非線性4接觸分析

1、ANSYS 非線形分析指南 接觸分析第 1 頁(yè)接觸分析 接觸分析接觸問(wèn)題是一種高度非線性行為，需要較大的計(jì)算資源，為了進(jìn)行實(shí)為有效的計(jì)算， 理解問(wèn)題的特性和建立合理的模型是很重要的。接觸問(wèn)題存在兩個(gè)較大的難點(diǎn)：其一，在你求解問(wèn)題之前，你不知道接觸區(qū)域，表面 之間是接觸或分開是未知的，突然變化的，這隨載荷、材料、邊界

2、條件和其它因素而定； 其二，大多的接觸問(wèn)題需要計(jì)算摩擦，有幾種摩擦和模型供你挑選，它們都是非線性的， 摩擦使問(wèn)題的收斂性變得困難。 一般的接觸分類 一般的接觸分類接觸問(wèn)題分為兩種基本類型：剛體─柔體的接觸，半柔體─柔體的接觸，在剛體─柔 體的接觸問(wèn)題中，接觸面的一個(gè)或多個(gè)被當(dāng)作剛體， （與它接觸的變形體相比，有大得多的 剛度） ，一般情況下，一種軟材料和一種硬材料接觸時(shí)，問(wèn)題可以被假定為剛體─柔體的接 觸，許多金屬成形問(wèn)題歸為此類接觸，

3、另一類，柔體─柔體的接觸，是一種更普遍的類 型，在這種情況下，兩個(gè)接觸體都是變形體（有近似的剛度） 。ANSYS 接觸能力 接觸能力ANSYS 支持三種接觸方式：點(diǎn)─點(diǎn)，點(diǎn)─面，平面─面，每種接觸方式使用的接觸單 元適用于某類問(wèn)題。為了給接觸問(wèn)題建模，首先必須認(rèn)識(shí)到模型中的哪些部分可能會(huì)相互接觸，如果相互 作用的其中之一是一點(diǎn)，模型的對(duì)立應(yīng)組元是一個(gè)結(jié)點(diǎn)。如果相互作用的其中之一是一個(gè) 面，模型的對(duì)應(yīng)組元是單元，例如梁?jiǎn)卧?，殼單元或?qū)嶓w單

4、元，有限元模型通過(guò)指定的接 觸單元來(lái)識(shí)別可能的接觸匹對(duì)，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸面之上的一層單元，至于 ANSTS 使用的接觸單元和使用它們的過(guò)程，下面分類詳述。 點(diǎn)─點(diǎn)接觸單元 點(diǎn)─點(diǎn)接觸單元點(diǎn)─點(diǎn)接觸單元主要用于模擬點(diǎn)─點(diǎn)的接觸行為，為了使用點(diǎn)─點(diǎn)的接觸單元，你需 要預(yù)先知道接觸位置，這類接觸問(wèn)題只能適用于接觸面之間有較小相對(duì)滑動(dòng)的情況（即使 在幾何非線性情況下）如果兩個(gè)面上的結(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，相對(duì)滑動(dòng)又以忽略不計(jì)，兩個(gè)面撓度（轉(zhuǎn)動(dòng)

5、）保持小 量，那么可以用點(diǎn)─點(diǎn)的接觸單元來(lái)求解面─面的接觸問(wèn)題，過(guò)盈裝配問(wèn)題是一個(gè)用點(diǎn)─ 點(diǎn)的接觸單元來(lái)模擬面─與的接觸問(wèn)題的典型例子。 點(diǎn)─面接觸單元 點(diǎn)─面接觸單元點(diǎn)─面接觸單元主要用于給點(diǎn)─面的接觸行為建模，例如兩根梁的相互接觸。如果通過(guò)一組結(jié)點(diǎn)來(lái)定義接觸面，生成多個(gè)單元，那么可以通過(guò)點(diǎn)─面的接觸單元來(lái) 模擬面─面的接觸問(wèn)題，面即可以是剛性體也可以是柔性體，這類接觸問(wèn)題的一個(gè)典型例 子是插頭到插座里。使用這類接觸單元，不需要預(yù)先知

6、道確切的接觸位置，接觸面之間也不需要保持一致 的網(wǎng)格，并且允許有大的變形和大的相對(duì)滑動(dòng)。Contact48 和 Contact49 都是點(diǎn)─面的接觸單元，Contact26 用來(lái)模擬柔性點(diǎn)─剛性面的 接觸，對(duì)有不連續(xù)的剛性面的問(wèn)題，不推薦采用 Contact26 因?yàn)榭赡軐?dǎo)致接觸的丟失，在 這種情況下，Contact48 通過(guò)使用偽單元算法能提供較好的建模能力。 面─面的接觸單元 面─面的接觸單元ANSYS 支持剛體─柔體的面─面的接觸

7、單元，剛性面被當(dāng)作“目標(biāo)”面，分別用 Targe169 和 Targe170 來(lái)模擬 2─D 和 3—D 的“目標(biāo)”面，柔性體的表面被當(dāng)作“接觸” 面，用 Conta171,Conta172,Conta173,Conta174 來(lái)模擬。一個(gè)目標(biāo)單元和一個(gè)接單元叫作一 個(gè)“接觸對(duì)”程序通過(guò)一個(gè)共享的實(shí)常號(hào)來(lái)識(shí)別“接觸對(duì)” ，為了建立一個(gè)“接觸對(duì)”給目 標(biāo)單元和接觸單元指定相同的實(shí)常的號(hào)。與點(diǎn)─面接觸單元相比，面─面接觸單元有好幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，

8、·支持低階和高階單元 ·支持有大滑動(dòng)和摩擦的大變形，協(xié)調(diào)剛度陣計(jì)算，單元提法不對(duì)稱剛度陣 的選 項(xiàng)。·提供工程目的采用的更好的接觸結(jié)果，例如法向壓力和摩擦應(yīng)力。ANSYS 非線形分析指南 接觸分析第 3 頁(yè)步驟三：定義剛性目標(biāo)面 步驟三：定義剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面可能是 2—D 的或

9、3─D 的。在 2—D 情況下，剛性目標(biāo)面的形狀可以通過(guò) 一系列直線、圓弧和拋物線來(lái)描述，所有這些都可以用 TAPGE169 來(lái)表示。另外，可以使 用它們的任意組合來(lái)描述復(fù)雜的目標(biāo)面。在 3—D 情況下，目標(biāo)面的形狀可以通過(guò)三角面，圓柱面，圓錐面和球面來(lái)推述，所 有這些都可以用 TAPGE170 來(lái)表示，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的，任意形狀的目標(biāo)面，應(yīng)該使用三角 面來(lái)給它建模?？刂平Y(jié)點(diǎn)（ 控制結(jié)點(diǎn)（Pilot）剛性目標(biāo)面可能會(huì)和“pilot 結(jié)點(diǎn)“

10、聯(lián)系起來(lái)，它實(shí)際上是一個(gè)只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)的單元， 通過(guò)這個(gè)結(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以控制整個(gè)目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)，因此可以把 pilot 結(jié)點(diǎn)作為剛性目標(biāo)的控 制器。整個(gè)目標(biāo)面的受力和轉(zhuǎn)動(dòng)情況可以通過(guò) pilot 結(jié)點(diǎn)表示出來(lái)， “pilot 結(jié)點(diǎn)”可能是目 標(biāo)單元中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，也可能是一個(gè)任意位置的結(jié)點(diǎn)，只有當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)或力矩載荷時(shí)， “pilot 結(jié)點(diǎn)”的位置才是重要的，如果你定義了“pilot 結(jié)點(diǎn)”ANSYS 程序只在“pilot 結(jié) 點(diǎn)”上檢查邊界條件

11、，而忽略其它結(jié)點(diǎn)上的任何約束。對(duì)于圓、圓柱、圓錐、和球的基本圖段，ANSYS 總是使用條一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為“pilot 結(jié) 點(diǎn)”基本原型 基本原型你能夠使用基本幾形狀來(lái)模擬目標(biāo)面，例如：“圓、圓柱、圓錐、球。直線、拋物 線、弧線、和三角形不被允許、雖然你不能把這些基本原型彼此合在一起，或者是把它們 和其它的目標(biāo)形狀合在一起以便形成一個(gè)同一實(shí)常數(shù)號(hào)的復(fù)雜目標(biāo)面。但你可以給每個(gè)基 本原型指定它自己的實(shí)常的號(hào)。單元類型和實(shí)常數(shù) 單元類型和實(shí)常數(shù)在生

12、成目標(biāo)單元之前，首先必須定義單元類型（TARG169 或 TARG170） 。命令：ETGUI:main menu>preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete隨后必須設(shè)置目標(biāo)單元的實(shí)常數(shù)。命令:RealGUI:main menn>preprocessor>real constants對(duì) TARGE169 和 TARGE170 僅需設(shè)置實(shí)常數(shù) R1 和 R2，而只有在

13、使用直接生成法建 立目標(biāo)單元時(shí)，才需要從為指定實(shí)常數(shù) R1、R2，另外除了直接生成法，你也可以使用 ANSYS 網(wǎng)格劃分工具生成目標(biāo)單元，下面解釋這兩種方法。使用直接生成法建立剛性目標(biāo)單元 使用直接生成法建立剛性目標(biāo)單元為了直接生成目標(biāo)單元，使用下面的命令和菜單路徑。命令：TSHAPGUI：main menu>preprocessor>modeling-create>Elements>Elem Attribute

14、s隨后指定單元形狀，可能的形狀有： · straight line (2D) · parabola (2-D) · clockwise arc(2-D) · counterclokwise arc (2-D) · circle(2-D) · Triangle (3-D) · Cylinder (3-D) · Cone (3-D)·