Sec16_模態(tài)中粘接接觸

1、S16-1NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation第第16章章在正則模態(tài)分析中使用粘接接觸在正則模態(tài)分析中使用粘接接觸 S16-2NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software CorporationS16-3NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation線性和非線性分析線性和非線性分析 線性分析運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系是線性的，小位移單元兼容性和

2、本構(gòu)關(guān)系是線性的。剛度矩陣不會(huì)變化。沒(méi)有屈服。小應(yīng)變。未變形時(shí)滿足平衡關(guān)系。即力平衡方程可以直接建立在變形前的位形上。邊界條件和載荷沒(méi)有變化以及以下情況位移和載荷直接成比例不同載荷的結(jié)果可以相互疊加S16-4NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation線性和非線性分析線性和非線性分析(續(xù)續(xù))非線性分析的來(lái)源幾何非線性運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系是非線性的大位移和大轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)應(yīng)力跟隨力載荷是位移的函數(shù)大應(yīng)變單元應(yīng)變是單元形變的非線性函數(shù)材料非線性單元本構(gòu)關(guān)系是非線性的，單元可能屈服單元力不再等于剛度乘以位移接觸分析變形體和

3、剛體接觸通常都是非線性的。但是一些簡(jiǎn)單的此類接觸可以在MD Nastran和Patran中用線性來(lái)處理。見(jiàn)下頁(yè)。改變的邊界條件和載荷以及以下情況位移與載荷不是直接的成比例關(guān)系不同載荷的結(jié)果不能線性疊加S16-5NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation線性和非線性分析線性和非線性分析(續(xù)續(xù)) 線性接觸建模SOL 101 支持線性接觸分析線性接觸的定義和SOL 400沒(méi)有材料非線性時(shí)的非線性是一致的，通常要求小應(yīng)變和小的轉(zhuǎn)動(dòng)。永久粘接接觸建模SOLs 101, 103, 105, 107, 108,

4、 109, 110, 111, and 112支持永久粘接接觸永久粘接接觸是一種特殊的接觸類型。要求相互接觸的面之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且物體之間初始狀態(tài)就是接觸的。永久粘接接觸的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于可以快速的關(guān)聯(lián)起不一致的網(wǎng)格。S16-6NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation接觸功能的歷史接觸功能的歷史MD Nastran中有各種不同功能的接觸類型GAP contactSlide line contact SOL 106, 129 (version 68+)Full 3D contact SOL 6

5、00 (version 2004+)Full 3D contact SOL 400 (MD Nastran R2+) 3D linear contact SOL 101 (MD Nastran R2+)3D linear glued contact SOLs 101, 103, 105, 107, 108, 109, 110, 111, and 112 (MD Nastran R2+)本章討論3D線性粘接接觸。S16-7NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation永久粘接接觸永久粘接接觸使用準(zhǔn)則永久

6、粘接接觸通過(guò)創(chuàng)建MPC方程的方式實(shí)現(xiàn)可以在以下線性求解序列中使用：101, 103, 105, 107, 108, 109, 110, 111, 和112在工況控制里，BCONTACT=sid必須方式在最前，或者放置在第一個(gè)子工況中。在模型數(shù)據(jù)段，由BCONTACT 引用的BCTABLE卡片中對(duì)所有從接觸體設(shè)置IGLUE=1。初始自由應(yīng)力接觸(Initial stress-free contact)選項(xiàng)可以用來(lái)改進(jìn)剛體模態(tài)。S16-8NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation有限元分析中的接觸有限

7、元分析中的接觸為什么我們需要它?有限元基于 “局部支持” 的概念節(jié)點(diǎn)和單元僅與相鄰節(jié)點(diǎn)相傳遞。力只通過(guò)公共節(jié)點(diǎn)傳遞；無(wú)公共節(jié)點(diǎn) = 無(wú)傳遞S16-9NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation為什么我們需要它?(續(xù))沒(méi)有公共節(jié)點(diǎn)相連的單元不能考慮相互作用，應(yīng)而在標(biāo)準(zhǔn)的有限元分析中可直接穿透因此, 標(biāo)準(zhǔn)有限元不能滿足接觸問(wèn)題的要求有限元分析中的接觸有限元分析中的接觸(續(xù)續(xù))S16-10NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software

8、Corporation可能的接觸體可能的接觸體可變形體物體是可變形的具有應(yīng)力和溫度分布剛體(本課程不加討論)物體是不可變形的，是剛性的沒(méi)有應(yīng)力分布固定的溫度值S16-11NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation變形接觸體變形接觸體每個(gè)變形體包括一個(gè)或多個(gè)有限單元變形接觸體不必與物理實(shí)體完全對(duì)應(yīng)l如果考慮與環(huán)境的熱交換，則應(yīng)包括所有的單元l節(jié)點(diǎn)和單元只能屬于一個(gè)變形接觸體，不能屬于多個(gè)變形接觸體l程序在其內(nèi)部把變形接觸體的邊界單元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為接觸段/片和接觸點(diǎn)l2D：用邊界上的單元邊表示接觸段l3D

9、：用邊界上的單元面表示接觸片v變形接觸體變形接觸體S16-12NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation接觸探測(cè)接觸探測(cè)S16-13NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation可能的接觸狀態(tài)可能的接觸狀態(tài)被接觸體被接觸體相對(duì)差的網(wǎng)格相對(duì)差的網(wǎng)格相對(duì)較硬的材料相對(duì)較硬的材料距離容差距離容差22) 節(jié)點(diǎn)在單元外，在距離容差內(nèi)節(jié)點(diǎn)在單元外，在距離容差內(nèi)33) 節(jié)點(diǎn)在單元內(nèi)，在距離容差內(nèi)節(jié)點(diǎn)在單元內(nèi)，在距離容差

10、內(nèi)44) 節(jié)點(diǎn)在單元內(nèi)，在距離容差外節(jié)點(diǎn)在單元內(nèi)，在距離容差外主動(dòng)接觸體主動(dòng)接觸體l相對(duì)好的網(wǎng)格相對(duì)好的網(wǎng)格l相對(duì)柔性材料相對(duì)柔性材料11) 節(jié)點(diǎn)在單元外，在距離容差外節(jié)點(diǎn)在單元外，在距離容差外S16-14NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation1) 節(jié)點(diǎn)在單元外，在距離容差外節(jié)點(diǎn)在單元外，在距離容差外l未發(fā)生接觸l節(jié)點(diǎn)保持當(dāng)前位置S16-15NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation2) 節(jié)點(diǎn)在單

11、元外，在距離容差內(nèi)節(jié)點(diǎn)在單元外，在距離容差內(nèi)l接觸節(jié)點(diǎn)投影到接觸片上l內(nèi)力平衡l如果接觸力小于分離力，保持接觸S16-16NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporationl接觸節(jié)點(diǎn)受到接觸體的抵抗l內(nèi)力平衡3) 節(jié)點(diǎn)在單元內(nèi)，在距離容差內(nèi)節(jié)點(diǎn)在單元內(nèi)，在距離容差內(nèi)S16-17NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation4) 節(jié)點(diǎn)在單元內(nèi)，在距離容差外節(jié)點(diǎn)在單元內(nèi)，在距離容差外l節(jié)點(diǎn)穿透l時(shí)間步長(zhǎng)縮減，重新迭代

12、l如果在分析初始發(fā)生穿透，不會(huì)發(fā)生接觸S16-18NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation距離容差距離容差l接觸距離容差對(duì)計(jì)算花費(fèi)和求解的準(zhǔn)確度有影響l接觸距離容差太?。簂接觸探測(cè)困難，計(jì)算花費(fèi)高l有更多節(jié)點(diǎn)需要考慮穿透，導(dǎo)致增量步的細(xì)分，增加計(jì)算花費(fèi)l接觸距離容差太大：l過(guò)早考慮節(jié)點(diǎn)接觸，準(zhǔn)確性降低l節(jié)點(diǎn)過(guò)多的穿透表面S16-19NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation距離容差（續(xù)）距離容差（續(xù)

13、）l接觸體的法向l可用戶自定義l默認(rèn)情況，距離容差為：l實(shí)體單元是1/20的最小單元邊長(zhǎng)l梁、殼單元是1/4的最小厚度LminyxS16-20NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation默認(rèn)接觸距離容差是兩邊相等的通過(guò)偏斜系數(shù)B可以改變兩邊的容差：0 B 1（默認(rèn)為0）由于判斷節(jié)點(diǎn)接觸距離減小，提高了準(zhǔn)確性由于允許節(jié)點(diǎn)穿透的接觸距離增加，減小了增量步的進(jìn)一步細(xì)分對(duì)大部分接觸分析推薦B = 0.9考慮摩擦的接觸分析，B推薦為(0.95 - 0.99)disttoldisttoldisttol (1-B

14、)disttol (1+B)偏斜系數(shù)偏斜系數(shù)S16-21NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸導(dǎo)入如下兩個(gè)網(wǎng)格不協(xié)調(diào)一致的部件用粘接接觸將他們關(guān)聯(lián)起來(lái)進(jìn)行正則模態(tài)分析S16-22NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporationa導(dǎo)入文件: 2part.bdf案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸bcdS16-23NAS122, Section 16, August 20

15、10Copyright 2010 MSC.Software Corporation根據(jù)單元屬性創(chuàng)建2個(gè)組案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸Left component (psolid.1)Right component (p2.2)abcS16-24NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation顯示左側(cè)部件 (psolid.1)案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸abcS16-25NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software C

16、orporation為部件創(chuàng)建柔性接觸體選擇整個(gè)組點(diǎn)擊Apply左側(cè)部件的接觸體創(chuàng)建完畢案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸abcdeefgS16-26NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation顯示右側(cè)部件 (p2.2)案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸abcS16-27NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸abcdeefg為第2個(gè)部件創(chuàng)建柔性接觸體選擇整個(gè)組

17、點(diǎn)擊Apply為右側(cè)部件創(chuàng)建接觸體完畢S16-28NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation選擇正則模態(tài)分析類型案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸abcdeS16-29NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation設(shè)置接觸案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸abcS16-30NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corpor

18、ation雙擊對(duì)角線，取消自接觸單擊其它非對(duì)角項(xiàng)，選擇粘接接觸(G)勾選“Automatic”作為接觸探測(cè)選項(xiàng)勾選“Stress-free Initial Contact”刪除偏斜系數(shù)Bias Factor刪除Friction Stress Limit點(diǎn)擊Ok 案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸ijklmnS16-31NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation把工作名稱改為 free-free點(diǎn)擊Apply提交分析將Action改為 Access Results選擇xdb，點(diǎn)擊Apply案例分析

19、：粘接接觸案例分析：粘接接觸abcdeS16-32NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸1st 剛體模態(tài)S16-33NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸1st 柔性體模態(tài) (mode # 7)S16-34NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software

20、Corporation作為兩個(gè)部件用粘接接觸連接計(jì)算得到的特征值作為兩個(gè)部件用粘接接觸連接計(jì)算得到的特征值 R E A L E I G E N V A L U E S MODE EXTRACTION EIGENVALUE RADIANS CYCLES GENERALIZED GENERALIZED NO. ORDER MASS STIFFNESS 1 1 -1.171884E-09 3.423279E-05 5.448318E-06 1.000000E+00 -1.171884E-09 2 2 -5.963443E-10 2.442016E-05 3.886589E-06 1.000000E+

21、00 -5.963443E-10 3 3 -4.914682E-10 2.216908E-05 3.528319E-06 1.000000E+00 -4.914682E-10 4 4 3.120704E-10 1.766551E-05 2.811554E-06 1.000000E+00 3.120704E-10 5 5 7.080416E-10 2.660905E-05 4.234962E-06 1.000000E+00 7.080416E-10 6 6 1.203603E-09 3.469297E-05 5.521558E-06 1.000000E+00 1.203603E-09 7 7 1

22、.182300E+05 3.438459E+02 5.472477E+01 1.000000E+00 1.182300E+05 8 8 1.837844E+05 4.287008E+02 6.822984E+01 1.000000E+00 1.837844E+05 9 9 1.886899E+05 4.343845E+02 6.913444E+01 1.000000E+00 1.886899E+05 10 10 5.792752E+05 7.611013E+02 1.211330E+02 1.000000E+00 5.792752E+05作為單一部件計(jì)算得到的特征值作為單一部件計(jì)算得到的特征值

23、 R E A L E I G E N V A L U E S MODE EXTRACTION EIGENVALUE RADIANS CYCLES GENERALIZED GENERALIZED NO. ORDER MASS STIFFNESS 1 1 -1.551484E-09 3.938888E-05 6.268936E-06 1.000000E+00 -1.551484E-09 2 2 -1.001126E-09 3.164058E-05 5.035754E-06 1.000000E+00 -1.001126E-09 3 3 6.592700E-10 2.567625E-05 4.0865

24、02E-06 1.000000E+00 6.592700E-10 4 4 9.093242E-10 3.015500E-05 4.799318E-06 1.000000E+00 9.093242E-10 5 5 1.077808E-09 3.282999E-05 5.225055E-06 1.000000E+00 1.077808E-09 6 6 4.967831E-09 7.048284E-05 1.121769E-05 1.000000E+00 4.967831E-09 7 7 1.196370E+05 3.458858E+02 5.504943E+01 1.000000E+00 1.19

25、6370E+05 8 8 1.860559E+05 4.313420E+02 6.865021E+01 1.000000E+00 1.860559E+05 9 9 1.907854E+05 4.367899E+02 6.951727E+01 1.000000E+00 1.907854E+05 10 10 5.849898E+05 7.648463E+02 1.217291E+02 1.000000E+00 5.849898E+05案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸不同的建模方式得到的特征值之間僅有細(xì)微的差別S16-35NAS122, Section 16, August 2010Copyright 2010 MSC.Software Corporation案例分析：粘接接觸案例分析：粘接接觸MD Nastran輸入卡片文件輸入卡片文件SOL 103CEND BCONTACT = 0SUBCASE 1 TITLE=This is a default subcase. METHOD = 1 BCONTACT = 1 VECTOR(SORT1,REAL)=ALL$ Direct Text Input for this Subcase