接觸分析高級剛性目標面PPT課件

1、剛性剛性(n xn)目標面目標面 當一個面相對其臨近的面為剛性面時，柔體剛體接觸對能夠極大的簡化模型. 此接觸分析技術(shù)較常用. 剛性目標單元 (TARGE169/170) 僅針對(zhndu)面面單元(CONTA171-174) 和點面單元 (CONTA175). 該章節(jié)主要考慮模擬剛性目標面時需用到的高級工具選項.第1頁/共29頁第一頁，共30頁。剛性剛性(n xn)目標面目標面本章我們(w men)考慮以下主題:導向節(jié)點約束剛性目標面復雜目標面創(chuàng)建接觸單元第2頁/共29頁第二頁，共30頁。剛性目標剛性目標(mbio)面面A.導向節(jié)點導向節(jié)點 剛性面和導向節(jié)點相聯(lián)系，導向節(jié)點的移動控制目標面

2、的移動. 導向節(jié)點可控制整個剛性目標面. 整個面的力、位移以及轉(zhuǎn)動可以通過導向節(jié)點指定. 如果定義了導向節(jié)點，那么ANSYS只檢查導向節(jié)點的邊界條件并忽略目標面上其它節(jié)點的約束. 導向節(jié)點可以直接生成(shn chn)也可以通過mesh一個關(guān)鍵點生成(shn chn).第3頁/共29頁第三頁，共30頁。 導向節(jié)點可以在任何位置指定，因此支持剛性面的轉(zhuǎn)動. 只有導向節(jié)點可以和其它單元連接，若剛性體有質(zhì)量，那么可在導向點上再定義一個Mass21單元. 每個目標(mbio)面只能有一個導向節(jié)點. 剛性剛性(n xn)面轉(zhuǎn)面轉(zhuǎn)動動剛性目標面剛性目標面.導向?qū)?do xin)節(jié)點節(jié)點第4頁/共29頁第

3、四頁，共30頁。 缺省情況下，若滿足下列(xili)條件，剛性目標面自動被約束: 沒有明確的定義邊界條件. 目標面沒有和其它單元相連接. 沒有定義耦合和約束方程.剛性目標剛性目標(mbio)面面B. 約束剛性目標約束剛性目標(mbio)第5頁/共29頁第五頁，共30頁。 如果選擇自動約束，那么ANSYS對剛性面的約束設(shè)置在每個載荷步結(jié)束時會被重置。因此重啟動分析時需謹慎。 如果選擇用戶指定，那么用戶需要定義剛性目標面的所有正確的邊界條件。 如果用戶沒有定義適當?shù)淖杂啥燃s束的話，表面會在相應的方向(fngxing)作剛體運動剛性剛性(n xn)目標面目標面.約束剛性約束剛性(n xn)目標目標第

4、6頁/共29頁第六頁，共30頁。 ANSYS靜態(tài)分析中，如果力施加在一個零剛度的自由度上，那么程序?qū)⒑雎栽撦d荷. 一個初始未施加約束的剛性目標面會產(chǎn)生(chnshng)零剛度. 施加在此類表面導向節(jié)點上的力和彎矩將會被忽略. 在這種情況下，可使用弱彈簧單元來增加一個小的剛度，以防止載荷的丟失.剛性目標剛性目標(mbio)面面約束剛性目標約束剛性目標(mbio)第7頁/共29頁第七頁，共30頁。 剛性目標可以是基本圖元的疊加和綜合（例如圓柱、圓臺和球體等）. 對于任意表面，網(wǎng)格(wn )形狀不是很重要，但目標單元是否很好的代表了幾何結(jié)構(gòu)卻至關(guān)重要. 過粗略的對目標面離散化會導致收斂困難.剛性剛性

5、(n xn)目標面目標面C. 復雜目標面復雜目標面第8頁/共29頁第八頁，共30頁。 對復雜目標面分網(wǎng)的一些建議: 如果剛性目標能夠離散成基本圖元，那么就使用基本圖元. (更少的單元且更有效.) 盡可能使用映射網(wǎng)格. 如果面的某邊無曲率，那么指定(zhdng)單元分割數(shù). 對較平坦的面使用低階目標單元，若面的曲率較大則使用高階單元.剛性剛性(n xn)目標面目標面.復雜目標面復雜目標面第9頁/共29頁第九頁，共30頁。 以下為一個剛性面使用低階單元和高階單元的例子(l zi). 低階單元占機時較少，但需要較多數(shù)量的單元. 高階單元占機時較多，但需要較少數(shù)量的單元.低階單低階單元元(dnyun)

6、高階單元高階單元(dnyun)剛性目標面剛性目標面.復雜目標面復雜目標面第10頁/共29頁第十頁，共30頁。對與使用高階單元分網(wǎng)或低階單元分網(wǎng)的目標面，目標節(jié)點都可采用局部坐標系. 這使得目標面在分析中能夠改變形狀. 例如，要模擬(mn)一個膨脹的圓柱體可采用如下幾步:使用高階四邊形單元分網(wǎng)旋轉(zhuǎn)節(jié)點坐標系至柱坐標系給節(jié)點施加徑向位移使圓柱體膨脹剛性剛性(n xn)目標面目標面.復雜目標面復雜目標面第11頁/共29頁第十一頁，共30頁。 在大滑動問題中，尖的突角會導致收斂困難. 對線或面進行倒角以防止尖角的出現(xiàn). 使用KEYOPT(4)改變(gibin)接觸探測的位置. 或者在尖角處增加點面接觸

7、.外法向外法向 平滑半徑平滑半徑剛性目標面剛性目標面剛性目標剛性目標(mbio)面面.復雜目標復雜目標(mbio)面面第12頁/共29頁第十二頁，共30頁。 有時因為目標面不是足夠的大，使得接觸單元從剛性目標面上滑落. 為解決這個潛在問題，采用目標面延伸參數(shù)(cnsh)可使得目標面足夠大以保證接觸狀態(tài)不變. 缺省值為目標單元長度的10% 接觸探測的位置設(shè)為節(jié)點時該選項才可使用剛性目標剛性目標(mbio)面面.復雜目標復雜目標(mbio)面面第13頁/共29頁第十三頁，共30頁。剛性剛性(n xn)目標面目標面D.創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建接觸單元 接觸向?qū)且粋€極為方便的接觸對創(chuàng)建工具，它需要最少的用戶

8、干預. 但少數(shù)時候接觸向?qū)Р⒉荒芡耆珓偃螌佑|的模擬. 盡管此種情況較少，但如果遇到的話，必須使用接觸向?qū)獾钠渌椒▌?chuàng)建接觸單元. 目標單元有一種特殊的單元屬性目標單元形狀(TSHAP). 當直接生成目標面時要指定TSHAP. 當使用KMESH, LMESH, AMESH產(chǎn)生(chnshng)剛體單元時，程序自動使用正確的 TSHAP 使用TSHAP時,用戶應該對可供選擇的單元形狀較熟悉.第14頁/共29頁第十四頁，共30頁。 2D 目標單元 TARGE169 有以下(yxi)幾種形式: 線、拋物線、弧線、圓和導向節(jié)點. JIIJKIJKII弧線弧線導向?qū)?do xin)節(jié)點節(jié)點圓圓線線拋

9、物線拋物線剛性剛性(n xn)目標面目標面.創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建接觸單元第15頁/共29頁第十五頁，共30頁。 3D 目標單元 TARGE170有以下幾種形式: 3節(jié)點三角形, 4節(jié)點四邊形, 6節(jié)點三角形, 8節(jié)點四邊形, 圓柱, 圓臺, 球體以及(yj)導向節(jié)點. 剛性目標面剛性目標面.創(chuàng)建接觸創(chuàng)建接觸( jich)單元單元第16頁/共29頁第十六頁，共30頁。 2D 面面接觸單元 CONTA171是一個二維2節(jié)點的低階線單元，它可以附在二維體單元、殼單元和梁單元的表面(biomin)上. CONTA172是一個二維3節(jié)點（帶中間節(jié)點）的高階拋物線單元，它可以附在二維體單元的表面(biomin

10、)上.CONTA171CONTA172剛性目標面剛性目標面.創(chuàng)建接觸創(chuàng)建接觸( jich)單元單元第17頁/共29頁第十七頁，共30頁。 3-D 面面接觸( jich)單元CONTA174是一個三維是一個三維8 8節(jié)點（帶中間節(jié)點（帶中間節(jié)點）的高階四邊形單元，它可附在節(jié)點）的高階四邊形單元，它可附在三維體單元的表面三維體單元的表面. .它也可退化為它也可退化為6 6節(jié)節(jié)點三角形點三角形.CONTA173是一個三維是一個三維4 4節(jié)點的低階四節(jié)點的低階四邊形單元，它可附在三維體單元或殼單邊形單元，它可附在三維體單元或殼單元的表面元的表面. .它也可退化為它也可退化為3 3節(jié)點三角形節(jié)點三角形.

11、 .剛性目標面剛性目標面.創(chuàng)建接觸創(chuàng)建接觸( jich)單元單元第18頁/共29頁第十八頁，共30頁。創(chuàng)建(chungjin)面面接觸單元的步驟Step 1.創(chuàng)建(chungjin)下面的實體模型并分網(wǎng).Step 2.指定接觸面和目標面.在右邊這個例子中，存在剛性面，因此目標面和接觸面的指定可以確定.接觸面接觸面 超彈性密封件的嵌入模擬超彈性密封件的嵌入模擬剛性目標剛性目標面面 剛性目標剛性目標(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建接觸單元第19頁/共29頁第十九頁，共30頁。Step 3.設(shè)定單元選項和實常數(shù). 注意(zh y)：接觸對由實常數(shù)進行識別.接觸單元和目標單元必須共用一個實常數(shù). 剛

12、性目標面剛性目標面.創(chuàng)建創(chuàng)建(chungjin)接觸單元接觸單元第20頁/共29頁第二十頁，共30頁。Step 4. 創(chuàng)建目標面單元. 此步視目標單元是剛體或柔體而定. 對于 剛體 :使用(shyng)直接生成法 (E) 或者自動分網(wǎng)生成 (LMESH, AMESH)對于 柔體:使用(shyng)Create Elements Surface-to-Surface (ESURF)剛性目標面剛性目標面.創(chuàng)建創(chuàng)建(chungjin)接觸單元接觸單元第21頁/共29頁第二十一頁，共30頁。Step 4 創(chuàng)建目標面單元. 直接生成剛性目標面時,目標單元形狀(xngzhun)（TSHAP）要在創(chuàng)建目標單

13、元之前設(shè)定.TSHAPTSHAP定義定義(dngy)(dngy)目標單元的形狀目標單元的形狀. .剛性目標面剛性目標面.創(chuàng)建接觸創(chuàng)建接觸( jich)單元單元第22頁/共29頁第二十二頁，共30頁。Step 4 創(chuàng)建目標面單元. 在對剛性(n xn)目標面自動劃分網(wǎng)格時并不需要TSHAP. ANSYS會自動確定目標單元的形狀. Mesh 關(guān)鍵點 (KMESH) 導向節(jié)點Mesh 線 (LMESH) 二維剛性(n xn)目標面Mesh 面 (AMESH) 三維剛性(n xn)目標面剛性目標剛性目標(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建接觸單元第23頁/共29頁第二十三頁，共30頁。Step 4 創(chuàng)建

14、目標面單元. 檢查外法線方向（如果對剛性目標使用自動分網(wǎng)時）:顯示單元（打開單元坐標(zubio)標志）.然后使用 ESURF 創(chuàng)建單元.線線 反時針圓弧線反時針圓弧線 導向節(jié)點導向節(jié)點剛性目標剛性目標(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建接觸單元第24頁/共29頁第二十四頁，共30頁。Step 5. 創(chuàng)建接觸(jich)面單元.設(shè)置好接觸(jich)單元的屬性，選擇柔體表面節(jié)點并創(chuàng)建接觸(jich)單元（和在柔體上創(chuàng)建目標單元的步驟類似）Preprocessor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to Surf這些接觸(jich)單元的階數(shù)（低

15、階或高階）和它下面單元的階數(shù)相同.(ESURF)剛性目標面剛性目標面.創(chuàng)建創(chuàng)建(chungjin)接觸單元接觸單元第25頁/共29頁第二十五頁，共30頁。Step 5 創(chuàng)建接觸面單元. 對于在殼單元或者梁單元上創(chuàng)建接觸單元或目標單元，程序(chngx)可讓用戶選擇是在殼/梁的底面還是頂面創(chuàng)建該單元. 單元單元(dnyun)位置控制位置控制剛性剛性(n xn)目標面目標面.創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建接觸單元第26頁/共29頁第二十六頁，共30頁。 當使用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對時，接觸單元(dnyun)自由度自動和底下的單元(dnyun)協(xié)調(diào). 當接觸對是在接觸向?qū)獗粍?chuàng)建時, 必須使用APDL定義其自由度KE

16、YOPT(1) ，或使用以下GUI方式: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/DeleteOptions剛性目標剛性目標(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建接觸單元第27頁/共29頁第二十七頁，共30頁。 此后，施加載荷、邊界條件、求解、后處理的步驟和是否使用接觸向?qū)o關(guān). 創(chuàng)建一個典型(dinxng)的面面、剛體柔體接觸對的APDL: et,2,169 !定義目標單元 et,3,171 !定義接觸單元 r,3,0.1!接觸對通過實常數(shù)3識別，F(xiàn)KN值為0.1 mp,mu,3,0.2 !定義摩擦系數(shù) lsel,s,!選擇目標面 type,2!指定目標面的單元類型 real,3!指定實常數(shù) lmesh,all !分網(wǎng) lsel,s,!選擇接觸面 nsll,s,1 !選擇附在接觸面上的節(jié)點 type,3!指定接觸單元的單元類型 esurf,all!創(chuàng)建單元 allsel剛性目標剛性目標(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建接觸單元第28頁/共29頁第二十八頁，共30頁。謝謝您的觀看(gunkn