接觸分析義實(shí)用教案

1、7. 接觸接觸(jich)介紹介紹什么是接觸?當(dāng)兩個(gè)分離的表面互相碰觸并互切時(shí), 就稱它們處于接觸狀態(tài).在一般的物理意義中, 處于接觸狀態(tài)的表面有下列特點(diǎn):不互相穿透.能夠傳遞法向壓力和切向摩擦力. 通常不傳遞法向拉力(ll).因此, 它們相互間可以自由地分開并遠(yuǎn)離.第1頁/共78頁第一頁，共79頁。 接觸接觸(jich)介紹介紹 本章將通過以下主題介紹非線性接觸分析: A. 基本概念 B. 利用接觸向?qū)?C. 求解(qi ji) D. 后處理 E. 練習(xí) F. 裝配接觸 目的是通過“簡(jiǎn)單”(容易收斂)模型, 介紹接觸分析過程. 另外, 用于處理難度更大的模型的高級(jí)接觸分析, 在高級(jí)接觸和螺栓

2、預(yù)緊 培訓(xùn)手冊(cè)中討論.第2頁/共78頁第二頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹A. 基本概念基本概念 接觸是狀態(tài)(zhungti)改變 非線性. 也就是說, 系統(tǒng)的剛度依賴于接觸狀態(tài)(zhungti):狀態(tài)狀態(tài)(zhungti) = 開開狀態(tài)狀態(tài) = 閉合和粘閉合和粘結(jié)結(jié)狀態(tài)狀態(tài)= 閉合和滑動(dòng)閉合和滑動(dòng)第3頁/共78頁第三頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 接觸是強(qiáng)非線性, 因?yàn)殡S著接觸狀態(tài)的改變, 接觸表面的法向和切向剛度都有顯著的變化(binhu). 剛度方面大的突變通常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的收斂困難.uF開接觸開接觸(jich)閉接觸閉接觸第4頁/共78頁第四

3、頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 其它使接觸分析復(fù)雜化的因素包括: 典型地, 在分析開始時(shí), 接觸區(qū)域未知. 大多數(shù)接觸問題包括摩擦. 摩擦是路徑相關(guān)的(能量耗散)現(xiàn)象, 需要用較小的時(shí)間步和精確的載荷歷史. 摩擦響應(yīng)可能是混沌的, 使求解收斂困難. 除了(ch le)和其他部件接觸, 部件可能是無約束 的. 在建立接觸之前, 這樣的部件初始為無約束自由體, 整體剛度為零. 靜態(tài)分析中, 無約束自由體在數(shù)學(xué)上是不穩(wěn)定的, 求解“溢出”.第5頁/共78頁第五頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 幸好, 目前的 ANSYS 接觸技術(shù)能夠相

4、當(dāng)(xingdng)容易地分析類型廣泛的接觸模型. 許多模型只需很少的用戶參與就能成功地求解. 對(duì)于那些顯示出收斂行為比較困難的模型, 有豐富的接觸單元選項(xiàng)來幫助克服這樣的困難. 在高級(jí)接觸和螺栓預(yù)緊 培訓(xùn)手冊(cè)中討論了這些更高級(jí)的內(nèi)容.第6頁/共78頁第六頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念接觸分類接觸問題通常(tngchng)分為兩類: 剛性體 -柔性體 和柔性體 -柔性體.剛性體 - 柔性體一個(gè)或更多的接觸表面看作剛性體(一個(gè)表面與其它表面相比, 剛度顯然要大得多.). 許多金屬成形問題可歸為此類. 不計(jì)算剛性體內(nèi)的應(yīng)力柔性體 - 柔性體兩個(gè)或所有的接觸體都可變

5、形(所有表面的剛度相近). 螺栓結(jié)合凸緣連接就是柔性體 - 柔性體接觸的例子.第7頁/共78頁第七頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念剛性體 -柔性(ru xn)體接觸剛性表面剛性表面變形體變形體第8頁/共78頁第八頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念柔性(ru xn)體 -柔性(ru xn)體接觸花鍵軸過盈配合花鍵軸過盈配合, 兩個(gè)零件兩個(gè)零件都是柔體都是柔體.第9頁/共78頁第九頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念接觸協(xié)調(diào)(xitio)實(shí)際接觸體相互不穿透. 因此, 程序必須在這兩個(gè)面間建立一種關(guān)系, 防止

6、它們?cè)谟邢拊治鲋邢嗷ゴ┻^.當(dāng)程序防止相互穿透時(shí), 稱之為強(qiáng)制接觸協(xié)調(diào)(xitio).F目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面接觸面當(dāng)沒有強(qiáng)制接觸協(xié)調(diào)時(shí)當(dāng)沒有強(qiáng)制接觸協(xié)調(diào)時(shí), 發(fā)生穿透發(fā)生穿透. F第10頁/共78頁第十頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念接觸協(xié)調(diào) 罰函數(shù)法強(qiáng)制(qingzh)接觸協(xié)調(diào)的罰函數(shù)法, 用一個(gè)接觸“彈簧”在兩個(gè)面間建立關(guān)系.彈簧剛度稱為懲罰參數(shù), 或者更通俗一點(diǎn), 就是接觸剛度.當(dāng)面分開時(shí)(開狀態(tài)), 彈簧不起作用；當(dāng)面開始穿透時(shí)(閉合), 彈簧起作用.彈簧偏移量彈簧偏移量滿足滿足(mnz)平衡方程平衡方程:F = k 式中式中 k 是接觸剛度是接觸剛度.F

7、D D第11頁/共78頁第十一頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 接觸協(xié)調(diào) 罰函數(shù)法數(shù)學(xué)上要求有限的穿透量 D 在交界面處產(chǎn)生接觸力.平衡需要此接觸力.因此, 為了(wi le)平衡, D 必須大于零.然而, 實(shí)際的接觸體相互不穿透. 因此, 為了(wi le)最高的精度, 目的是使發(fā)生在接觸界面處的穿透量最小.最小的穿透給出最大的精度.這意味著, 理想的接觸剛度應(yīng)該是個(gè)非常大的值.然而, 值太大會(huì)引起收斂困難.第12頁/共78頁第十二頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 如果接觸剛度太大, 一個(gè)微小的穿透將會(huì)產(chǎn)生(chnshng)一個(gè)

8、過大的接觸力, 在下一次迭代中可能會(huì)將接觸面推開. 用太大的接觸剛度通常會(huì)導(dǎo)致收斂振蕩, 并且常會(huì)發(fā)散.迭代迭代 n迭代迭代 n+1FFF F接觸接觸F迭代迭代 n+2第13頁/共78頁第十三頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念接觸協(xié)調(diào) lagrange乘子法另外一種方法, lagrange乘子 法, 增加(zngji)一個(gè)附加自由度 (接觸壓力),來滿足不可穿透條件.F第14頁/共78頁第十四頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念接觸協(xié)調(diào) 增廣(zn un) lagrange法多數(shù) ANSYS 接觸單元可以將罰函數(shù)法和 lagrange乘

9、子法結(jié)合起來強(qiáng)制接觸協(xié)調(diào). 稱之為增廣(zn un) lagrange法.在迭代的開始, 接觸協(xié)調(diào)基于懲罰剛度確定. 一旦達(dá)到平衡, 檢查穿透容差. 此時(shí), 如果有必要, 接觸壓力增加, 迭代繼續(xù).F穿透容差穿透容差第15頁/共78頁第十五頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 接觸( jich)協(xié)調(diào) 增廣 lagrange法 由于由于(yuy)平衡平衡, 矯矯正穿透量正穿透量.在矯正階段發(fā)生振蕩在矯正階段發(fā)生振蕩.增大接觸應(yīng)力增大接觸應(yīng)力, 減少穿透減少穿透量量.第16頁/共78頁第十六頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念面 - 面接觸單

10、元 ANSYS 中最常用的接觸單元是面-面單元.Targe169 和 170剛性或可變形(bin xng)的目標(biāo)面Conta171 到 174可變形(bin xng)的接觸面這些單元非常適合面-面接觸的情況, 如過盈裝配接觸, 嚙合接觸, 鍛造和深拉.第17頁/共78頁第十七頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 面-面接觸單元(dnyun)這些接觸單元(dnyun)采用接觸對(duì) 概念, 接觸對(duì)由目標(biāo)面 和接觸面 組成.面-面接觸單元(dnyun)象皮膚一樣覆蓋在下面的有限元模型上.用獨(dú)立的單元(dnyun)類型定義目標(biāo)面和接觸面.接觸對(duì)通過共用實(shí)常數(shù)組 來識(shí)別.接觸接

11、觸(jich)面上的接觸面上的接觸(jich)單元單元 (實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù) = N )目標(biāo)面上的目標(biāo)單元目標(biāo)面上的目標(biāo)單元 (實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù) = N )第18頁/共78頁第十八頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 面-面接觸單元ANSYS 支持剛性體-柔性(ru xn)體 和柔性(ru xn)體-柔性(ru xn)體 的面-面接觸模型.柔性(ru xn)體-柔性(ru xn)體接觸模型有可變形的 目標(biāo)面, 只要目標(biāo)單元覆蓋在可變形的單元上, 就創(chuàng)建了目標(biāo)面.剛性體-柔性(ru xn)體接觸模型有剛性目標(biāo)面, 該目標(biāo)面不覆蓋在任何可變形的單元上.剛性目標(biāo)單元?jiǎng)傂阅繕?biāo)單元接觸

12、單元接觸單元下層網(wǎng)格下層網(wǎng)格第19頁/共78頁第十九頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 面-面接觸單元面-面接觸單元用增廣 lagrange法 強(qiáng)制接觸協(xié)調(diào)( 缺省). 廣義 lagrange 法采用接觸剛度和穿透容差.對(duì)于“簡(jiǎn)單”接觸模型, 正常情況需要給出接觸對(duì)的三個(gè)特征:接觸剛度值. 穿透容差值.還需要確定(qudng)接觸對(duì)中哪一個(gè)面應(yīng)該是目標(biāo)面, 哪一個(gè)面應(yīng)該是接觸面.第20頁/共78頁第二十頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念接觸剛度接觸剛度 是影響精度和收斂行為的最重要的參數(shù).已經(jīng)知道較大的剛度精度高, 但收斂困難.必須仔

13、細(xì)地確定一個(gè)(y )適當(dāng)?shù)慕佑|剛度值.“最好的”值經(jīng)常是與問題相關(guān)的.程序提供的缺省值可能不適合.可能要求做一些試驗(yàn)去確定一個(gè)(y )適當(dāng)?shù)闹? 使產(chǎn)生的收斂解具有可以接受的精度.第21頁/共78頁第二十一頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 接觸剛度對(duì)于面-面接觸單元, 用一個(gè)(y )系數(shù) (FKN)給出接觸剛度. 也就是說, 程序通過對(duì)下層單元的剛度乘以該系數(shù)來確定接觸剛度. k接觸t = FKN x f(k下層)對(duì)于面-面接觸單元, 接觸剛度的單位是單位面積的剛度, 或(F/L)/(L2).接觸剛度的一個(gè)(y )較好值經(jīng)常通過使接觸剛度等于下層單元的剛度獲得.

14、作為起始估計(jì), 嘗試:對(duì)于接觸中的大塊實(shí)體, FKN = 1.0.對(duì)于柔性較大(彎曲為主)的部件, FKN = 0.1.第22頁/共78頁第二十二頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 接觸剛度有時(shí), 一個(gè)(y )模型的不同區(qū)域可能需要有不同的接觸剛度.大塊實(shí)體大塊實(shí)體(sht)接觸接觸; 試用試用 FKN = 1.0柔性接觸柔性接觸; 試用試用 FKN = 0.1第23頁/共78頁第二十三頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 接觸剛度需要確定結(jié)果對(duì)接觸剛度是否(sh fu)敏感.選擇一個(gè)好的剛度值可能需要一些試驗(yàn),下面的步驟可以用于靜態(tài)、

15、非路徑相關(guān)分析的指南:改變接觸單元選項(xiàng), 允許接觸剛度在重啟動(dòng)期間可以修改, KEYOPT(10)=1.開始時(shí)采用一個(gè)“軟的” FKN 可以幫助克服收斂困難. 運(yùn)行此分析, 直到最終載荷.檢查對(duì)分析比較重要的一些結(jié)果(等效應(yīng)力,接觸壓力等).第24頁/共78頁第二十四頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 接觸剛度增大 FKN 并重啟動(dòng)求解.再檢查結(jié)果( ji gu).重復(fù)步驟5和6, 直到達(dá)到所預(yù)期的收斂.SEQVFKN尋找尋找 FKN 值值, 超過此值超過此值, 結(jié)果不發(fā)生結(jié)果不發(fā)生(fshng)顯著的改變顯著的改變.第25頁/共78頁第二十五頁，共79頁。接觸接

16、觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 接觸( jich)剛度作為一個(gè)例子, 對(duì)于一個(gè)軸上套環(huán)的過盈配合分析, FKN 是變化的.等效von Mises應(yīng)力的最大值被監(jiān)控.在這種特殊情況下, FKN1.0 經(jīng)證明可以給出足夠的精度.FKNMax. SEQV0.0014,0000.0120,0000.165,000191,0001092,90010093,000第26頁/共78頁第二十六頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹A. 接觸剛度接觸剛度(n d) 練習(xí)練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí):W14. 接觸介紹 - 接觸剛度(n d)研究 (FKN)第27頁/共78頁第二十七頁，共79頁。接觸接觸( jich

17、)介紹介紹. 基本概念基本概念穿透容差穿透容差 也影響收斂和精度, 盡管影響程度沒有接觸剛度大.當(dāng)穿透容差嚴(yán)格時(shí), 精度可以改善(gishn), 但是更難以收斂.和剛度一樣和剛度一樣, 以系數(shù)以系數(shù)(xsh) (FTOLN)的方式確定的方式確定穿透容差穿透容差.程序通過將下層單元的深度程序通過將下層單元的深度(h)乘以所給出的系數(shù)乘以所給出的系數(shù)(xsh)確定穿透容差確定穿透容差.容差容差 = FTOLN x h第28頁/共78頁第二十八頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 穿透容差不要用一個(gè)軟 FKN 和一個(gè)緊 FTOLN.如果接觸剛度達(dá)到強(qiáng)制協(xié)調(diào)的最好效果, 通

18、常(tngchng)會(huì)得到最好的收斂行為.用合理的剛度值 FKN.用合理的 FTOLN 值“協(xié)調(diào)”穿透.太小的 FTOLN 值將導(dǎo)致收斂困難. 千萬別用太小的容差值! 增大懲罰剛度 (FKN)將減少穿透. 盡管增大 FKN 100倍通常(tngchng)相應(yīng)地會(huì)減少穿透, 然而其它重要項(xiàng), 如接觸壓力, 可能至少會(huì)改變 5%.第29頁/共78頁第二十九頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho)A. 穿透容差穿透容差 練習(xí)練習(xí)請(qǐng)參考附加練習(xí):W15. 接觸介紹( jisho)- 穿透容差研究 (FTOLN)第30頁/共78頁第三十頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概

19、念指定接觸和目標(biāo)面程序通過一組離散的接觸點(diǎn)(單元高斯點(diǎn))定義接觸面.程序?qū)⒛繕?biāo)面定義為連續(xù)面. 兩個(gè)面可以在高斯點(diǎn)之間相互穿透而不識(shí)別接觸, 這會(huì)引起(ynq)誤差.目標(biāo)目標(biāo)(mbio)面面接觸面接觸面在高斯點(diǎn)之間在高斯點(diǎn)之間,目標(biāo)面可以穿目標(biāo)面可以穿透接觸面透接觸面.第31頁/共78頁第三十一頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 指定接觸和目標(biāo)面通過仔細(xì)地指定目標(biāo)和接觸面, 可以減少不能識(shí)別(shbi)的穿透.然而, 對(duì)于剛性體-柔性體接觸, 目標(biāo)面和接觸面的選擇是不能改變的. 剛性面必須總是 目標(biāo)面.鋼軸鋼軸(剛性剛性)必須必須(bx)是目是目標(biāo)標(biāo)橡膠罩橡膠罩(

20、柔性柔性)必須是接觸面必須是接觸面第32頁/共78頁第三十二頁，共79頁。 指定接觸和目標(biāo)面對(duì)于柔性體-柔性體接觸, 通過使接觸點(diǎn)數(shù)達(dá)到最大可以獲得最好的精度. 當(dāng)指定柔性體-柔性體接觸的接觸面和目標(biāo)面時(shí), 按如下準(zhǔn)則進(jìn)行( jnxng):如果一個(gè)面網(wǎng)格粗, 另一個(gè)面網(wǎng)格細(xì), 粗網(wǎng)格面應(yīng)該是目標(biāo)面.考慮如果顛倒此指定, 會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象:接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念xxxx如果更細(xì)的網(wǎng)格是目標(biāo)面如果更細(xì)的網(wǎng)格是目標(biāo)面, 它將跨過高斯點(diǎn)它將跨過高斯點(diǎn)“下垂下垂(xi chu)”, 象圖示那樣穿透象圖示那樣穿透.第33頁/共78頁第三十三頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹

21、介紹. 基本概念基本概念 指定接觸和目標(biāo)(mbio)面指定接觸和目標(biāo)(mbio)面的其它準(zhǔn)則:如果一個(gè)凸面與一個(gè)平面或凹面進(jìn)入接觸, 平面和凹面應(yīng)該是目標(biāo)(mbio)面. 如果一個(gè)面比另一個(gè)面更硬, 較硬的面應(yīng)該是目標(biāo)(mbio)面.如果一個(gè)面是高階, 另一個(gè)面是低階, 低階面應(yīng)該是目標(biāo)(mbio)面.如果一個(gè)面比另外一個(gè)面更大, 較大的面應(yīng)該是目標(biāo)(mbio)面.第34頁/共78頁第三十四頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 指定接觸和目標(biāo)面當(dāng)所有的接觸單元都在一個(gè)面上, 所有的目標(biāo)單元都在另一個(gè)面上時(shí), 稱該模型為不對(duì)稱接觸.不對(duì)稱接觸一般是模擬面-面接觸最有效

22、的方法. 然而, 在有些情況下, 不對(duì)稱接觸執(zhí)行的不令人滿意.目標(biāo)和接觸面之間不存在明顯的區(qū)別.目標(biāo)和接觸面都有粗糙(cco)的網(wǎng)格.有時(shí)目標(biāo)有時(shí)目標(biāo)-接觸接觸(jich)區(qū)別不明區(qū)別不明顯顯第35頁/共78頁第三十五頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 指定接觸( jich)和目標(biāo)面一個(gè)可用的辦法是創(chuàng)建雙 接觸( jich)對(duì), 稱之為對(duì)稱接觸( jich).創(chuàng)建了一個(gè)接觸( jich)對(duì)之后, 只要簡(jiǎn)單地對(duì)同樣的表面創(chuàng)建具有相反的目標(biāo)-接觸( jich)面指定的第二個(gè)接觸( jich)對(duì). 接觸接觸(jich)目標(biāo)目標(biāo)目標(biāo)目標(biāo)接觸接觸第一步第一步- 創(chuàng)建第一個(gè)接

23、觸對(duì)創(chuàng)建第一個(gè)接觸對(duì)第二步第二步- 創(chuàng)建第二個(gè)創(chuàng)建第二個(gè)(對(duì)稱對(duì)稱)接觸對(duì)接觸對(duì)第36頁/共78頁第三十六頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 指定接觸和目標(biāo)面盡管一些模型為了精確, 可能需要對(duì)稱(duchn)接觸. 但是要注意, 對(duì)稱(duchn)接觸比非對(duì)稱(duchn)接觸效率要低些.因此, 除非有必要, 否則不要用對(duì)稱(duchn)接觸.還要注意, 當(dāng)用對(duì)稱(duchn)接觸時(shí), 后處理要困難些. 接觸壓力是兩組接觸單元的平均值. 此平均值不能自動(dòng)地作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果項(xiàng)得到. 需要用 APDL或 ETABLE計(jì)算.第37頁/共78頁第三十七頁，共79頁。接觸介紹接

24、觸介紹A. 接觸和目標(biāo)接觸和目標(biāo)(mbio) 練習(xí)練習(xí)請(qǐng)參考(cnko)附加練習(xí):W16. 接觸介紹 - 接觸面和目標(biāo)面指定第38頁/共78頁第三十八頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念剛性目標(biāo)面-導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)缺省時(shí), 程序自動(dòng)約束剛性目標(biāo)面. 也就是說, 自動(dòng)地將目標(biāo)的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定 為零.要模擬剛性目標(biāo)的更復(fù)雜行為, 可以創(chuàng)建一個(gè)特殊的單節(jié)點(diǎn)目標(biāo)單元, 稱為導(dǎo)向節(jié)點(diǎn).該單元通過具有相同(xin tn)的實(shí)常數(shù)屬性與目標(biāo)面聯(lián)系起來.對(duì)于整個(gè)剛性面, 導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)起手柄 的作用.可以對(duì)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)指定非零的位移,轉(zhuǎn)動(dòng),力和/或力矩模擬目標(biāo)面的剛體運(yùn)動(dòng).注意如果存在導(dǎo)向節(jié)點(diǎn), 程

25、序?qū)⒉?自動(dòng)約束剛性面.第39頁/共78頁第三十九頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 基本概念基本概念 導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)可以在任意位置指定. 這允許剛性目標(biāo)面的一般(ybn)轉(zhuǎn)動(dòng).僅僅導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)可以與其它單元發(fā)生聯(lián)系. 例如, 要考慮剛性體的質(zhì)量,在導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)處定義一個(gè)質(zhì)量單元(MASS21).每個(gè)目標(biāo)面只能有一個(gè)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn).剛性剛性(n xn)面轉(zhuǎn)動(dòng)面轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)(在在轉(zhuǎn)動(dòng)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)的中心)第40頁/共78頁第四十頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹B. 接觸接觸( jich)向?qū)驅(qū)?面-面接觸單元可以用標(biāo)準(zhǔn)的單元生成過程創(chuàng)建: 建立單元TYPE, REAL 和 MA

26、T 數(shù)據(jù)(shj), 設(shè)置單元屬性, 指定目標(biāo)和接觸面, 然后劃分網(wǎng)格或用 ESURF 命令操作. 這個(gè)過程在創(chuàng)建接觸對(duì)時(shí)“費(fèi)心勞神”. 值得慶幸的是, 有個(gè)更好的辦法 .第41頁/共78頁第四十一頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 接觸接觸( jich)向?qū)驅(qū)Ы佑|向?qū)?xingdo) 為大多數(shù)接觸問題提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法來構(gòu)造接觸對(duì).接觸向?qū)?xingdo)將引導(dǎo)創(chuàng)建接觸對(duì)的過程.Preprocessor Create Contact Pair Contact Wizard第42頁/共78頁第四十二頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?接觸向?qū)У暮?/p>

27、處: 自動(dòng)定義單元類型和實(shí)常數(shù)設(shè)置 迅速接近接觸選項(xiàng)和參數(shù) 接觸對(duì)瀏覽工具(gngj) 迅速顯示和反轉(zhuǎn)接觸法向 只有對(duì)模型的部分劃分網(wǎng)格 后, 才能用接觸向?qū)? 在啟動(dòng)向?qū)?chuàng)建柔性體-柔性體接觸模型之前, 對(duì)用作接觸面的模型的所有部件劃分網(wǎng)格. 要?jiǎng)?chuàng)建剛性體-柔性體接觸模型, 只對(duì)用作柔性接觸面的模型的部件劃分網(wǎng)格.第43頁/共78頁第四十三頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?看看如何對(duì)第六章練習(xí)的連接器模型添加(tin ji)一個(gè)接觸對(duì). 首先首先, 指定剛性或柔性指定剛性或柔性 目標(biāo)類型目標(biāo)類型(如果選擇可用如果選擇可用), 并拾取目標(biāo)面并拾取目標(biāo)面. 可以

28、根可以根據(jù)據(jù)(gnj)模型中現(xiàn)有的實(shí)體模型中現(xiàn)有的實(shí)體, 拾取節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)組、線或面拾取節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)組、線或面.第44頁/共78頁第四十四頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 接觸接觸( jich)向?qū)驅(qū)缓笕缓? 拾取接觸面拾取接觸面. 同樣同樣, 根據(jù)根據(jù)(gnj)模型中現(xiàn)有的實(shí)體模型中現(xiàn)有的實(shí)體, 可以再次拾取節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)組、可以再次拾取節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)組、線或面線或面.第45頁/共78頁第四十五頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?點(diǎn)擊點(diǎn)擊 Optional setting 按鈕按鈕, 確定一般接觸行為的技術(shù)條件收斂工具、摩擦影響、目標(biāo)約確定一般接觸行為的

29、技術(shù)條件收斂工具、摩擦影響、目標(biāo)約束、熱界面參數(shù)和其它束、熱界面參數(shù)和其它(qt)各種參數(shù)各種參數(shù).第46頁/共78頁第四十六頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?最后最后, 點(diǎn)擊點(diǎn)擊 Creat 按鈕創(chuàng)建按鈕創(chuàng)建(chungjin)該接觸對(duì)的接觸和目標(biāo)單該接觸對(duì)的接觸和目標(biāo)單元元.用于該接觸對(duì)的實(shí)常數(shù)用于該接觸對(duì)的實(shí)常數(shù)(chngsh)號(hào)是相同的號(hào)是相同的.接觸對(duì)中的單元自動(dòng)畫出接觸對(duì)中的單元自動(dòng)畫出, 打開單元坐標(biāo)系打開單元坐標(biāo)系(ESYS)符號(hào)符號(hào), 來顯示單元的外法向方向來顯示單元的外法向方向. 如果有錯(cuò)誤法向如果有錯(cuò)誤法向, 現(xiàn)在就可以將它們翻轉(zhuǎn)現(xiàn)在就可

30、以將它們翻轉(zhuǎn)過來過來.第47頁/共78頁第四十七頁，共79頁。 在接觸對(duì)創(chuàng)建之后的任何時(shí)候, 都可以用此向?qū)ゲ榭床⒘斜?li bio)接觸單元.接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)У?8頁/共78頁第四十八頁，共79頁。 也可以用此向?qū)薷呐c接觸( jich)對(duì)相聯(lián)系的實(shí)常數(shù)和材料常數(shù).接觸接觸( jich)介紹介紹. 接觸接觸( jich)向?qū)驅(qū)У?9頁/共78頁第四十九頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?另一種方法, REAL 和 Material 常數(shù)也可以通過(tnggu)傳統(tǒng)的前處理 GUI或 R,和 MP,命令被修改. 具體請(qǐng)參看

31、命令手冊(cè).或 R,或 MP,第50頁/共78頁第五十頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?還可以用此向?qū)h除(shnch)接觸對(duì).第51頁/共78頁第五十一頁，共79頁。 面-面接觸單元提供了三個(gè)自由度選項(xiàng): 結(jié)構(gòu)( jigu): UX, UY, 和 UZ 結(jié)構(gòu)( jigu)和熱: UX, UY, UZ 和 TEMP 熱: TEMP (對(duì)純熱接觸問題) 當(dāng)用此向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)時(shí), 接觸單元自由度選項(xiàng)自動(dòng)基于下層單元的自由度設(shè)置. 不需要調(diào)整. 面-面接觸單元的自由度也可以通過命令設(shè)置: Main Menu Preprocessor Element Type Add/

32、Edit/Delete 接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)У?2頁/共78頁第五十二頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?Basic 表 包含所有與接觸行為和收斂(shulin)相關(guān)的一般參數(shù).指定參數(shù)指定參數(shù)(cnsh)是缺省的縮放系是缺省的縮放系數(shù)或常數(shù)數(shù)或常數(shù)第53頁/共78頁第五十三頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?Friction 表包含接觸界面上所有(suyu)和靜態(tài)和動(dòng)態(tài)摩擦有關(guān)的參數(shù); 也允許在接觸界面上定義最大摩擦應(yīng)力.MU = MUK*(1+(FACT-1)exp(-dc*VREL)式中式中:

33、MU = 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)MUK = 動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)VREL = 兩接觸面間的相對(duì)滑動(dòng)速率兩接觸面間的相對(duì)滑動(dòng)速率FACT = 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)的比靜態(tài)與動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)的比.dc = 衰變指數(shù)比率衰變指數(shù)比率第54頁/共78頁第五十四頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 接觸接觸( jich)向?qū)驅(qū)Σ劣嘘P(guān)的注釋面-面接觸單元提供基本的庫侖摩擦模型, 當(dāng)滑動(dòng)發(fā)生時(shí), 該摩擦模型定義等效應(yīng)(xioyng)力 t : t = m x p m 是摩擦系數(shù), 作為材料屬性定義, 如前面幻燈片上接觸向?qū)е兴?如果 m 等于零 (缺省), 剪切應(yīng)力將不會(huì)被傳遞.p 是接觸壓力.當(dāng)兩

34、面間的剪切應(yīng)力超過 m x p, 則這兩個(gè)面將相互滑動(dòng).還可以用更高級(jí)的摩擦選項(xiàng). 將在高級(jí)接觸和螺栓預(yù)緊 培訓(xùn)手冊(cè)中討論.第55頁/共78頁第五十五頁，共79頁。接觸向?qū)Ц呒?jí)接觸向?qū)Ц呒?jí)(goj)功能功能 Initial Adjustment 表表包括先前的穿透和表面補(bǔ)償參數(shù)包括先前的穿透和表面補(bǔ)償參數(shù)(具體指導(dǎo)請(qǐng)參看具體指導(dǎo)請(qǐng)參看培培訓(xùn)課程訓(xùn)課程.) 第56頁/共78頁第五十六頁，共79頁。接觸接觸(jich)向?qū)Ц呒?jí)功能向?qū)Ц呒?jí)功能 MISC 表表防止防止(fngzh)偽接觸偽接觸, 梁梁/殼厚度效應(yīng)和接觸檢測(cè)點(diǎn)的位置殼厚度效應(yīng)和接觸檢測(cè)點(diǎn)的位置, 高斯或高斯或節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) (在在培訓(xùn)課程中

35、詳細(xì)討論培訓(xùn)課程中詳細(xì)討論)第57頁/共78頁第五十七頁，共79頁。接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?xingdo)高級(jí)功能高級(jí)功能 Rigid target 表表指定指定(zhdng)約束和高階目標(biāo)單元選項(xiàng)約束和高階目標(biāo)單元選項(xiàng) (在在培訓(xùn)課程中詳細(xì)討論培訓(xùn)課程中詳細(xì)討論) 第58頁/共78頁第五十八頁，共79頁。接觸向?qū)Ц呒?jí)接觸向?qū)Ц呒?jí)(goj)功能功能 Thermal 表表所有的熱接觸參數(shù)所有的熱接觸參數(shù), 包括表面輻射場(chǎng)附近的接觸傳導(dǎo)性包括表面輻射場(chǎng)附近的接觸傳導(dǎo)性, 摩擦生熱因素摩擦生熱因素 (在在培訓(xùn)培訓(xùn)(pixn)課程中詳細(xì)討論課程中詳細(xì)討論) 第59頁/共78頁第五十九頁，共79頁。接觸接觸(

36、 jich)介紹介紹. 接觸接觸( jich)向?qū)驅(qū)?dǎo)向節(jié)點(diǎn)剛性目標(biāo)面可以與“導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)”聯(lián)系起來, 導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)控制目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng). 可以在導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)上為整個(gè)目標(biāo)面確定力, 位移和/或轉(zhuǎn)動(dòng).可以認(rèn)為導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)是整個(gè)剛性面的手柄.如果定義一個(gè)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn), ANSYS 僅在導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)上檢驗(yàn)邊界條件而忽略目標(biāo)面上其它節(jié)點(diǎn)的約束.導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)可以通過對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)劃分(hu fn)網(wǎng)格生成, 或通過采用和目標(biāo)單元相同的單元屬性直接生成.第60頁/共78頁第六十頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?dǎo)向節(jié)點(diǎn)(續(xù))接觸向?qū)Р荒転閯傂阅繕?biāo)面創(chuàng)建導(dǎo)向節(jié)點(diǎn). 要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn), 必須用劃分網(wǎng)格或直

37、接生成的辦法:首先, 為目標(biāo)單元設(shè)置單元屬性(材料,實(shí)常數(shù)和單元類型).記住對(duì)接觸對(duì)的余下部分要用相同的實(shí)常數(shù)號(hào).然后(rnhu)對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)劃分網(wǎng)格, 此關(guān)鍵點(diǎn)位于導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)所要求的位置.已經(jīng)知道導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)可以在任何位置-它不需要實(shí)際地附于其它目標(biāo)單元.另一種辦法, 直接生成, 為目標(biāo)單元形狀設(shè)置一個(gè)附加屬性(TSHAP,PILO), 然后(rnhu)在所要求的節(jié)點(diǎn)處創(chuàng)建單元.第61頁/共78頁第六十一頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹C. 求解求解 自動(dòng)求解控制, 包括(boku)面-面接觸單元的缺省選項(xiàng)設(shè)置, 對(duì)于大多數(shù)接觸分析通常都能相當(dāng)穩(wěn)定的求解. 如果遇到收斂困難, 一般是由如下

38、三個(gè)原因中的一個(gè)或幾個(gè)引起的: 接觸剛度值太大. 穿透容差值太緊. 最小時(shí)間步長(zhǎng)太大. 要改善收斂, 試用按如下次序修改你的模型: 減小 FKN. 增大 FTOLN. 減小最小時(shí)間步長(zhǎng)(或增大最大子步數(shù)).第62頁/共78頁第六十二頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 求解求解 如果修改了 FKN, FTOLN以及時(shí)間步長(zhǎng), 模型還不收斂, 則可能需要用高級(jí)接觸選項(xiàng). 在培訓(xùn)手冊(cè)中討論. 如果模型包括摩擦, 因?yàn)槟Σ潦且环N(y zhn)路徑相關(guān)的現(xiàn)象, 所以為了準(zhǔn)確, 需要用小的時(shí)間步長(zhǎng). 不像塑性, 如果摩擦?xí)r間步長(zhǎng)太大, 沒有 可以觸發(fā)的二分后移控制. 注意在接觸求解中, 所有

39、的平衡迭代在第一個(gè)子步的二分前進(jìn)行, 以幫助建立初始接觸條件.第63頁/共78頁第六十三頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹D. 后處理后處理 接觸模型的結(jié)果將包括許多與接觸有關(guān)的附加項(xiàng). 一些更常用的項(xiàng)包括: STAT 接觸狀態(tài) PENE 穿透 GAP間隙 PRES 接觸壓力 SFRI摩擦應(yīng)力 這些項(xiàng)與接觸 單元(不是目標(biāo)單元)聯(lián)系在一起, 并且在 GUI 中很容易得到(d do). 用通用后處理器, 可以按節(jié)點(diǎn)(平均)或單元(不平均)等值線圖對(duì)這些相進(jìn)行顯示. 對(duì)于接觸分析, 動(dòng)畫圖特別有幫助. 用時(shí)間-歷程后處理器, 可以將這些項(xiàng)作為時(shí)間-歷程變量畫出來.第64頁/共78頁第六十

40、四頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 后處理后處理接觸狀態(tài)是指定接觸單元當(dāng)前狀態(tài)的一個(gè)整數(shù):STAT = 0: 開但不鄰近接觸.STAT = 1: 開, 但鄰近接觸.STAT = 2: 閉合(b h)并滑動(dòng).STAT = 3: 閉合(b h)并粘著.第65頁/共78頁第六十五頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 后處理后處理 注意由于平均處理, 狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)(平均)等值線圖將展示非整數(shù)的等值線值. 對(duì)于單元狀態(tài)的等值線圖, 單元(不平均)等值線圖通常更合適(hsh). 與此類似, 對(duì)于其它接觸結(jié)果項(xiàng), 也會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的節(jié)點(diǎn)等值線圖. 如果節(jié)點(diǎn)(平均)等值線圖看上去不合理,

41、試用單元(不平均)圖代替.接觸區(qū)接觸區(qū)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)(ji din)等值線圖中等值線圖中, 狀狀態(tài)態(tài) 1單元等值線圖中單元等值線圖中, 狀態(tài)狀態(tài) = 1第66頁/共78頁第六十六頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 后處理后處理穿透 或間隙 距離表示實(shí)際的穿透量 (STAT = 2 或 3)或離開的間隙( STAT = 1), 與長(zhǎng)度單位一致.在列表中, 穿透距離為正, 間隙距離為負(fù).因?yàn)榈戎稻€圖可以顯示穿透或間隙(不同時(shí)(tngsh), 對(duì)這兩項(xiàng)等值線圖總是顯示為正值.接觸壓力 (PRES)和摩擦應(yīng)力 值(SFRI)表示接觸單元的當(dāng)前值, 從高斯點(diǎn)拷貝到節(jié)點(diǎn).第67頁/共78頁第六十七頁

42、，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho)E. 練習(xí)練習(xí)請(qǐng)參考附加(fji)練習(xí):W17. 接觸介紹-嚙合副第68頁/共78頁第六十八頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹F. 裝配接觸裝配接觸( jich) 現(xiàn)在許多分析人員從CAD軟件中輸入實(shí)體模型, 然后在ANSYS中對(duì)輸入的模型進(jìn)行( jnxng)網(wǎng)格劃分和分析. 對(duì)于多數(shù)CAD程序, 一個(gè)單個(gè)的體, 不管多復(fù)雜, 都是代表單個(gè)零件. 在裝配 中, 多個(gè)體模型將由幾個(gè)零件連接在一起. 零件零件 B零件零件 A第69頁/共78頁第六十九頁，共79頁。接觸接觸( jich)介紹介紹. 裝配接觸裝配接觸( jich) 一個(gè)裝配的零件間

43、的邊界通常(tngchng)表示 CAD 模型內(nèi)數(shù)學(xué)上的不連續(xù). 當(dāng)在ANSYS中劃分網(wǎng)格時(shí), 這些零件邊界處的網(wǎng)格將不連續(xù). 邊界一邊的節(jié)點(diǎn)不會(huì)與邊界另一邊的節(jié)點(diǎn)“通話”. 面-面接觸單元可以用一個(gè)稱為裝配接觸 (ASSEMBLY CONTACT )的概念聯(lián)系零件邊界間的網(wǎng)格.用裝配接觸粘結(jié)用裝配接觸粘結(jié)(zhn ji)零件零件 A 和和 B第70頁/共78頁第七十頁，共79頁。接觸介紹接觸介紹( jisho). 裝配接觸裝配接觸 盡管裝配接觸用高級(jí)接觸特征(tzhng)將零件粘結(jié)在一起, 但對(duì)于不同的模型, 步驟都直截了當(dāng), 并且十分一致. 事實(shí)上, ANSYS 公司的設(shè)計(jì)師級(jí)產(chǎn)品, DesignSpace, 包括自動(dòng)裝配過程. 它已經(jīng)被沒有非線性分析概念的設(shè)計(jì)師成功地應(yīng)用. 因?yàn)檠b配接觸應(yīng)用廣泛, 通常也比較“簡(jiǎn)單”(即有穩(wěn)定的收斂性), 在此, 我們對(duì)所用高級(jí)特征(tzhng)幾乎不作說明,