第9講_接觸問題分析

1、Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講1狀態(tài)非線性狀態(tài)非線性只能承受張力的纜索的松弛與張緊只能承受張力的纜索的松弛與張緊滾輪與支撐的接觸與脫開滾輪與支撐的接觸與脫開凍土的凍結(jié)與解凍凍土的凍結(jié)與解凍接接觸觸隨著它們狀態(tài)的變化，隨著它們狀態(tài)的變化，它們的剛度顯著變化。它們的剛度顯著變化。接觸是一種很普遍的非線性行為，它是接觸是一種很普遍的非線性行為，它是狀態(tài)變化非線性類型中一個特殊而重要狀態(tài)變化非線性類型中一個特殊而重要的子集，是一種高度非線性行為。的子集，是一種高度非線性行為。剛體柔體接觸剛體柔體接觸柔體柔體接觸柔體柔體接觸面面接觸面面接觸點面接觸點面接觸點點接觸點點接

2、觸概述概述第六章第六章 接觸問題分析接觸問題分析Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講2接觸問題的描述方法接觸問題的描述方法 DnuA產(chǎn)生接觸的兩個物體必需滿足無穿透約束條件產(chǎn)生接觸的兩個物體必需滿足無穿透約束條件 uAA點增量位移向量；點增量位移向量；n單位法向量；單位法向量； D為接觸距離容限。為接觸距離容限。 無穿透接觸約束無穿透接觸約束 Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講3接接觸觸算算法法基基本本流流程程 1定義接觸體定義接觸體2探測接觸探測接觸3施加接觸約束施加接觸約束4模擬摩擦模擬摩擦5修改接觸約束修改接觸約束6檢查約束的變化

3、檢查約束的變化7判斷分離和穿透判斷分離和穿透8以及熱以及熱機耦合機耦合的接觸傳熱等。的接觸傳熱等。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講4(一一)、 面面接觸分析面面接觸分析剛體柔體的接觸模型，只需給可能成為柔體接觸面的部分劃分網(wǎng)格。剛體柔體的接觸模型，只需給可能成為柔體接觸面的部分劃分網(wǎng)格。涉及到兩個邊界的接觸問題中涉及到兩個邊界的接觸問題中: 把一個邊界作為把一個邊界作為“ 目標(biāo)目標(biāo)”面，面， 而把另一個作為而把另一個作為“ 接觸接觸”面。面。接觸單元接觸單元剛體柔體剛體柔體柔體柔體柔體柔體“ 接觸接觸”面總是柔性面面總是柔性面接觸面和目標(biāo)面都是變形體，這兩個面合

4、起來叫作接觸面和目標(biāo)面都是變形體，這兩個面合起來叫作“ 接觸接觸對對”，程序通過相同的實常數(shù)號來識別，程序通過相同的實常數(shù)號來識別“ 接觸對接觸對”。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講5(二二)、 面面的接觸分析步驟面面的接觸分析步驟1建立模型建立模型2識別接觸對識別接觸對3指定接觸面和目標(biāo)面指定接觸面和目標(biāo)面4定義剛性目標(biāo)面定義剛性目標(biāo)面5定義柔性體的接觸面定義柔性體的接觸面6設(shè)置實常數(shù)和單元關(guān)鍵字設(shè)置實常數(shù)和單元關(guān)鍵字Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講63指定接觸面和目標(biāo)面指定接觸面和目標(biāo)面接觸單元被約束住，不能穿透目標(biāo)面，接觸單

5、元被約束住，不能穿透目標(biāo)面，然而目標(biāo)單元可以穿透接觸面。然而目標(biāo)單元可以穿透接觸面。(5)一個面上的基礎(chǔ)單元是高階單元，而另一一個面上的基礎(chǔ)單元是高階單元，而另一個面上的基礎(chǔ)單元是低階單元，應(yīng)將基礎(chǔ)單個面上的基礎(chǔ)單元是低階單元，應(yīng)將基礎(chǔ)單元為高階單元的面作為接觸單元。元為高階單元的面作為接觸單元。(1)當(dāng)凸面和平面或凹面接觸時，應(yīng)當(dāng)凸面和平面或凹面接觸時，應(yīng)指定平面或凹面作為目標(biāo)面。指定平面或凹面作為目標(biāo)面。目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面接觸面目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面接觸面目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面接觸面(4)如果兩個面的大小明顯不同，應(yīng)將大如果兩個面的大小明顯不同，應(yīng)將大面作為目標(biāo)面。面作為目標(biāo)面。目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面

6、接觸面(2)如果一個面上的網(wǎng)格較細，而另一個如果一個面上的網(wǎng)格較細，而另一個面上的網(wǎng)格較粗，應(yīng)指定細網(wǎng)格所在面作面上的網(wǎng)格較粗，應(yīng)指定細網(wǎng)格所在面作為接觸面，粗網(wǎng)格所在面作為目標(biāo)面為接觸面，粗網(wǎng)格所在面作為目標(biāo)面目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面接觸面硬面硬面(3)如果兩個面的剛度不同時，應(yīng)當(dāng)較硬的如果兩個面的剛度不同時，應(yīng)當(dāng)較硬的面為目標(biāo)面，較軟的面作為接觸面。面為目標(biāo)面，較軟的面作為接觸面。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講74定義剛性目標(biāo)面定義剛性目標(biāo)面單元類型單元類型實常數(shù)實常數(shù)二維剛性目標(biāo)面用二維剛性目標(biāo)面用TARGE169單元單元三維剛性目標(biāo)面用三維剛性目標(biāo)面用TAR

7、GE170單元單元對對TARGE169和和TARGE170僅需設(shè)置實常數(shù)僅需設(shè)置實常數(shù)R1和和R2在三維情況下，任意形狀的目在三維情況下，任意形狀的目標(biāo)面應(yīng)該使用三角面來建模。標(biāo)面應(yīng)該使用三角面來建模。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講8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GUI， Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsElem Attrributes 剛性目標(biāo)單元及形狀剛性目標(biāo)單元及形狀維維 數(shù)數(shù)形形 狀狀2D2Dstraighlinestraighline ； Parabola Parab

8、ola ； Clockwise arcClockwise arc ；Counterclockwise arcCounterclockwise arc； circle circle：pi1ot nodepi1ot node3D3DTriangleTriangle；C Cylinderylinder；cone sphesecone sphese；pilot nodepilot node劃分剛性目標(biāo)單元劃分剛性目標(biāo)單元2D目標(biāo)單元目標(biāo)單元Command，LMESHGUI：Main MenuPreprocessor一一Meshing一一MeshLinesCommand：AMFSHGUI:Main Me

9、nuPreprocessorMeshing meshAres一一Target Sarf3D目標(biāo)單元目標(biāo)單元Command:MSNKEY，2GUI：Main MenuPreprocessorMeshing一一MeshAres一一Targe surfLzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講9建模和網(wǎng)格劃分的注意點建模和網(wǎng)格劃分的注意點2D接觸接觸問題問題3D接觸接觸問題問題(1)一個目標(biāo)面可能由兩個或多個間斷的區(qū)域組成，應(yīng)該一個目標(biāo)面可能由兩個或多個間斷的區(qū)域組成，應(yīng)該盡可能地通過定義多個目標(biāo)面來使接觸區(qū)域局部化。盡可能地通過定義多個目標(biāo)面來使接觸區(qū)域局部化。(2)不能使用

10、鏡面對稱技術(shù)不能使用鏡面對稱技術(shù)(ARSYSM，LSYMM)來映射來映射圓、圓柱，圓錐或球面到對稱平面的另一邊，因為每個圓、圓柱，圓錐或球面到對稱平面的另一邊，因為每個實常數(shù)的設(shè)置不能同時賦給多個圖元。實常數(shù)的設(shè)置不能同時賦給多個圖元。檢驗?zāi)繕?biāo)的接觸方向檢驗?zāi)繕?biāo)的接觸方向目標(biāo)面的節(jié)點號順目標(biāo)面的節(jié)點號順序定義了接觸方向序定義了接觸方向當(dāng)沿著目標(biāo)線從第一個節(jié)點移向第二個節(jié)點時，當(dāng)沿著目標(biāo)線從第一個節(jié)點移向第二個節(jié)點時，變形體的接觸單元必須位于變形體的接觸單元必須位于目標(biāo)面的右邊目標(biāo)面的右邊。目標(biāo)三角形單元號應(yīng)該使剛性面的外法線方目標(biāo)三角形單元號應(yīng)該使剛性面的外法線方向指向接觸面，外法線通過右手原

11、則來定義。向指向接觸面，外法線通過右手原則來定義。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講105定義柔性體的接觸面定義柔性體的接觸面程序通過組成變形體表面的接觸單元來定義接觸表面程序通過組成變形體表面的接觸單元來定義接觸表面定義柔性體接觸面的接觸單元定義柔性體接觸面的接觸單元單元名稱單元名稱維維數(shù)數(shù)特點特點使用方法使用方法CONTA171CONTA171二二維維2 2個節(jié)點的低個節(jié)點的低階線單元階線單元可能位于可能位于2D2D實體，殼或梁單元的表面實體，殼或梁單元的表面CONTA172CONTA172二二維維3 3個節(jié)點的高個節(jié)點的高階拋線形單元階拋線形單元可能位于有中

12、節(jié)點的可能位于有中節(jié)點的2D2D實體或梁單元實體或梁單元的表面的表面CONTA173CONTA173三三維維4 4個節(jié)點的低個節(jié)點的低階四邊形單元階四邊形單元可能位于可能位于3D3D實體或殼單元的表面，它實體或殼單元的表面，它可能退化成一個可能退化成一個3 3節(jié)點的三角形單元節(jié)點的三角形單元CONTA174CONTA174三三維維8 8個節(jié)點的高個節(jié)點的高階四階四 邊形單邊形單元元可能位于有中節(jié)點的可能位于有中節(jié)點的3D3D實體或殼單元實體或殼單元的表面，它可能退化成的表面，它可能退化成6 6節(jié)點的三角節(jié)點的三角形單元形單元Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講11生

13、成接觸單元生成接觸單元l)選擇節(jié)點選擇節(jié)點: 選擇節(jié)點時必須保證沒有漏掉可能會接觸到目標(biāo)面的節(jié)點。選擇節(jié)點時必須保證沒有漏掉可能會接觸到目標(biāo)面的節(jié)點。Command:NSELGU1：Main MenuPreprocessorCreateElement0nFree Surf2)生成接觸單元生成接觸單元Command: ESURFGUI:Main MenuPreprocessorCreateElementOn Free Surf如果接觸單元是附在已用實體單元劃分網(wǎng)格的面或體如果接觸單元是附在已用實體單元劃分網(wǎng)格的面或體上，程序會自動決定接觸計算所需的外法向。上，程序會自動決定接觸計算所需的外法向。

14、Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講12對對3D單元，按節(jié)點程序號以右手定則來決定單元的外法單元，按節(jié)點程序號以右手定則來決定單元的外法向，接觸面的外法向應(yīng)該指向目標(biāo)面。向，接觸面的外法向應(yīng)該指向目標(biāo)面。Command：PSYMB，ESYS，1GUI: Utility MenuPotCtrLSymbols當(dāng)發(fā)現(xiàn)單元的外法線方向不正確時，必須通過反轉(zhuǎn)不正確當(dāng)發(fā)現(xiàn)單元的外法線方向不正確時，必須通過反轉(zhuǎn)不正確單元的節(jié)點號來改正它們單元的節(jié)點號來改正它們。Command: ESURF，REVEGUI：Main MenuPreprocessorCreateElements O

15、n Free Surf3)檢查接觸單元外法線的方向。檢查接觸單元外法線的方向。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講136設(shè)置實常數(shù)和單元關(guān)鍵字設(shè)置實常數(shù)和單元關(guān)鍵字(1)(1)實常數(shù)實常數(shù)R1R1和和R2R2定義目標(biāo)單元幾何形狀；定義目標(biāo)單元幾何形狀；FKNFKN定義法向接觸剛度因子；定義法向接觸剛度因子；FTOLNFTOLN定義最大的穿透范圍；定義最大的穿透范圍；ICONTICONT定義初始靠近因子：定義初始靠近因子：PINBPINB定義定義“ pinballpinball”區(qū)域；區(qū)域；PMINPMIN和和PMAXPMAX定義初始穿透的容許范圍；定義初始穿透的容許

16、范圍；FKOPFKOP指定接觸發(fā)生時所給的剛度因子；指定接觸發(fā)生時所給的剛度因子；TAUMARTAUMAR指定最大的接觸摩擦；指定最大的接觸摩擦；CNOFCNOF給接觸面指定一個正的或負的偏移值給接觸面指定一個正的或負的偏移值目標(biāo)面單元目標(biāo)面單元的幾何形狀的幾何形狀控制接觸行為控制接觸行為正值正值比比例因子例因子負值負值真實值真實值Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講14接觸算法接觸算法 (KEYOPT(2)(KEYOPT(2)出現(xiàn)超單元時的應(yīng)力狀態(tài)出現(xiàn)超單元時的應(yīng)力狀態(tài)(KEYOPT(3)(KEYOPT(3)接觸檢查點的位置接觸檢查點的位置 (KEYOPI(4)(

17、KEYOPI(4)剛度矩陣的選擇剛度矩陣的選擇 (KEYOPT(6)(KEYOPT(6)時間步長控制時間步長控制 (KEYOPT(7)(KEYOPT(7)初始穿透影響初始穿透影響 (KEYOPT(9)(KEYOPT(9)接觸模型接觸模型 (KEYOPT(12)(KEYOPT(12)(2)(2)單元關(guān)鍵字單元關(guān)鍵字對大多的接觸問題，缺省的關(guān)鍵字對大多的接觸問題，缺省的關(guān)鍵字是合適的。但在某些情況下，可能是合適的。但在某些情況下，可能需要改變?nèi)笔≈祦砜刂平佑|行為。需要改變?nèi)笔≈祦砜刂平佑|行為。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講15選擇接觸算法選擇接觸算法開始時取一個較

18、低的值，低估此值要比高估此值好。開始時取一個較低的值，低估此值要比高估此值好。對前幾個子步進行計算。對前幾個子步進行計算。檢查穿透量和每一子步中的平衡迭代次數(shù)。檢查穿透量和每一子步中的平衡迭代次數(shù)。按需要調(diào)整按需要調(diào)整FKN或或FTOLN的值，重新分析。的值，重新分析。面面的面面的接觸單元接觸單元用用KETOPT(2)來指定接來指定接觸算法擴展的觸算法擴展的拉格朗日或拉格朗日或罰函數(shù)罰函數(shù), ,實常數(shù)實常數(shù)FTOLNFTOLN缺省值為缺省值為0.1，可以改變這個，可以改變這個值，但要注意如果值，但要注意如果此值太小可能會造此值太小可能會造成大多的迭代次數(shù)成大多的迭代次數(shù)或者不收斂?；蛘卟皇諗?。

19、決定接決定接觸剛度觸剛度所有的接觸問題都所有的接觸問題都需要定義接觸剛度需要定義接觸剛度實常數(shù)實常數(shù)Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講16選擇摩擦類型選擇摩擦類型在基本的庫侖摩擦模型中，兩個接觸面在開始相互滑動之在基本的庫侖摩擦模型中，兩個接觸面在開始相互滑動之前是粘合狀態(tài)前是粘合狀態(tài)(stick)。庫侖磨擦類型定義了一個等效剪應(yīng)。庫侖磨擦類型定義了一個等效剪應(yīng)力，一旦剪應(yīng)力超過此值后，兩個表面之間將開始相互滑力，一旦剪應(yīng)力超過此值后，兩個表面之間將開始相互滑動，這叫做滑動狀態(tài)動，這叫做滑動狀態(tài)(sliding)。程序缺省值為表面之間無摩擦。程序缺省值為表面之間無

20、摩擦。對對rough或或bonded接觸接觸(KEYOPT(2)1(或或3)，程序?qū)?，程序?qū)⒉还芙o定的不管給定的MU值而認為摩擦阻值而認為摩擦阻力無限大。力無限大。接觸界面上的最大許可剪應(yīng)力，設(shè)接觸界面上的最大許可剪應(yīng)力，設(shè)置常數(shù)置常數(shù)TAUMAX(缺省為缺省為1.0E20)Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講17選擇接觸檢查的位置選擇接觸檢查的位置 接觸檢查點位于接觸單元的積分點上。在積分點上接觸單接觸檢查點位于接觸單元的積分點上。在積分點上接觸單元不能穿透進人目標(biāo)面，然而，目標(biāo)面能穿透進入接觸面。元不能穿透進人目標(biāo)面，然而，目標(biāo)面能穿透進入接觸面。接觸檢查點位于

21、高斯積分點上接觸檢查點位于高斯積分點上高斯積高斯積分點分點目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面接觸面剛體剛體變形體變形體ANSYS面一面接觸單元使用面一面接觸單元使用GAUSS積分點作為缺省值，積分點作為缺省值，NewtonCoteslobatto使用使用節(jié)點本身作為積分點。節(jié)點本身作為積分點。KEYOPT(4)來選來選擇所想使用的方法擇所想使用的方法Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講18高斯積分點高斯積分點目標(biāo)面目標(biāo)面剛體剛體變形體變形體接觸檢查點位于高斯節(jié)點上接觸檢查點位于高斯節(jié)點上使用節(jié)點本身作為積分點使用節(jié)點本身作為積分點僅應(yīng)該用于角接觸問題僅應(yīng)該用于角接觸問題Lzh_CA

22、ELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講19調(diào)整初始接觸條件調(diào)整初始接觸條件使用實常數(shù)使用實常數(shù)ICONT來指定一個好的初始接觸環(huán)。來指定一個好的初始接觸環(huán)。目標(biāo)面目標(biāo)面目標(biāo)面目標(biāo)面剛體剛體剛體剛體接觸面接觸面接觸面接觸面不連續(xù)不連續(xù)初始接初始接觸環(huán)觸環(huán)初始接初始接觸環(huán)觸環(huán)用用ICON進行接觸面的調(diào)整進行接觸面的調(diào)整a 調(diào)整調(diào)整前前b調(diào)整調(diào)整后后建議使用一個小建議使用一個小的的ICONT值，值，否則可能會發(fā)生否則可能會發(fā)生大的不連續(xù)大的不連續(xù)任何落在任何落在“ 調(diào)調(diào)整環(huán)整環(huán)”區(qū)域內(nèi)的區(qū)域內(nèi)的接觸檢查點被自接觸檢查點被自動移到目標(biāo)面上動移到目標(biāo)面上Lzh_CAELzh_CAE練章華練

23、章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講20使用實常數(shù)使用實常數(shù)PMIN和和PMAX來指定初始容許的穿透范圍來指定初始容許的穿透范圍對給定載荷或給定位移的剛性目標(biāo)面將會執(zhí)行初始接對給定載荷或給定位移的剛性目標(biāo)面將會執(zhí)行初始接觸狀態(tài)的初始調(diào)節(jié)。觸狀態(tài)的初始調(diào)節(jié)。 當(dāng)目標(biāo)面上的節(jié)點有給的零位移值時，使用當(dāng)目標(biāo)面上的節(jié)點有給的零位移值時，使用PMAX和和PMIN的初始調(diào)節(jié)將不會被執(zhí)行。的初始調(diào)節(jié)將不會被執(zhí)行。使用實常數(shù)使用實常數(shù)CNOF來指定接觸面的偏移來指定接觸面的偏移 正值表示將整個接觸面向目標(biāo)面移動正值表示將整個接觸面向目標(biāo)面移動負值表示讓整個接觸面遠離目標(biāo)面負值表示讓整個接觸面遠離目標(biāo)面Lzh_CAEL

24、zh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講21設(shè)置設(shè)置KEYOPT(9)來調(diào)整初始穿透來調(diào)整初始穿透真正的初始穿透包括由幾何形狀導(dǎo)致的和由于用戶指定真正的初始穿透包括由幾何形狀導(dǎo)致的和由于用戶指定接觸表面偏移量接觸表面偏移量(CNOF)所引起的。所引起的。幾何形狀和接觸表面偏移量所引起的穿透幾何形狀和接觸表面偏移量所引起的穿透KEYOPT(9)0；忽略上述兩方面所引起的穿透，設(shè)置忽略上述兩方面所引起的穿透，設(shè)置KEYOPT(9)1;用戶指定的接觸表面偏移量，忽略由幾何形狀所引起的初用戶指定的接觸表面偏移量，忽略由幾何形狀所引起的初 始穿透，設(shè)置始穿透，設(shè)置KEYOPT(9)=3。消除初始

25、始穿透消除初始始穿透接觸面接觸面目標(biāo)面目標(biāo)面剛體剛體Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講22讓總的初始穿透漸變?yōu)榱阕尶偟某跏即┩笣u變?yōu)榱?CNOF幾何形狀幾何形狀)，設(shè)置，設(shè)置KEYOPT(9)2漸變用戶指定的接觸面過盈量，忽略幾何形狀所引起的穿透漸變用戶指定的接觸面過盈量，忽略幾何形狀所引起的穿透KEYOPT(9)=4漸進初始穿透漸進初始穿透剛體剛體剛體剛體剛體剛體漸變漸變開始開始漸變漸變中途中途漸變漸變結(jié)束結(jié)束目標(biāo)面目標(biāo)面目標(biāo)面目標(biāo)面目標(biāo)面目標(biāo)面當(dāng)使用上面的當(dāng)使用上面的KEYOPT(9)的的設(shè)置時，在第一個載荷步中設(shè)置時，在第一個載荷步中不要給其它載荷，并且應(yīng)設(shè)

26、不要給其它載荷，并且應(yīng)設(shè)置置KBC，0。同時應(yīng)保證。同時應(yīng)保證Pinball區(qū)域足夠大，可以捕區(qū)域足夠大，可以捕獲到初始過盈量。獲到初始過盈量。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講23決定接觸狀態(tài)和決定接觸狀態(tài)和Pinba11區(qū)域區(qū)域接觸單元相對于目標(biāo)面的運動和位置決定了接觸單元的接觸單元相對于目標(biāo)面的運動和位置決定了接觸單元的狀態(tài)；程序檢測每個接觸單元并給出一種狀態(tài)。狀態(tài)；程序檢測每個接觸單元并給出一種狀態(tài)。STAT0未合的遠區(qū)接觸；未合的遠區(qū)接觸；STAT1未合的近區(qū)接觸；未合的近區(qū)接觸；STAT2滑動接觸；滑動接觸；STAT3粘合接觸。粘合接觸。選擇表面作用模

27、式選擇表面作用模式KEYOPT(12)法向單邊接觸法向單邊接觸(KEYOPT(12)0不分開的接觸，但允許有相對滑動不分開的接觸，但允許有相對滑動KEYOPT(12)2綁定接觸，也不允許有相對滑動綁定接觸，也不允許有相對滑動KEYOPT(12)3Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講24用超單元建立接觸模型用超單元建立接觸模型KEYOPT(3)2D單元單元(CONTA171 、 CONTA172)對對3D單元單元(CONTA173，CONTA174)不使用超單元不使用超單元KETOPT(3)0軸對稱軸對稱KEYOPT(3)1平面應(yīng)變或單位厚度的平面應(yīng)力平面應(yīng)變或單位厚

28、度的平面應(yīng)力KEYOPT(3)2需要厚度輸調(diào)的平面應(yīng)力需要厚度輸調(diào)的平面應(yīng)力KEYOPT(3)3 實常數(shù)的實常數(shù)的R2來指定厚度來指定厚度使用使用H單元單元KEYOPT(3)0使用超單元使用超單元KEYOPT(3)1Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講25考慮厚度影響考慮厚度影響程序能夠用程序能夠用KEYOPT(11)來考慮殼來考慮殼(2D和和3D)和梁和梁(2D)的厚度的厚度KEYOPT(11)1時則考慮梁或殼的厚度，時則考慮梁或殼的厚度，從底面或頂面來計算接觸距離從底面或頂面來計算接觸距離使用時間步長控制使用時間步長控制KEYOPT(7)0 沒有控制，時間步長的

29、大小不受預(yù)測影響沒有控制，時間步長的大小不受預(yù)測影響KETOPT(7)1 如果一次迭代期間有太大的穿透發(fā)生如果一次迭代期間有太大的穿透發(fā)生KEYOPT(7)2 對下一個子步預(yù)測一個合理的時間增量對下一個子步預(yù)測一個合理的時間增量KETOPT(7)3 對下一個子步，預(yù)測一個最小的時間增量對下一個子步，預(yù)測一個最小的時間增量Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講26(三三)、點面接觸分析、點面接觸分析用點面接觸單元來模擬個表面和個節(jié)點用點面接觸單元來模擬個表面和個節(jié)點的接觸，另外，可以通過把表面指定為組節(jié)的接觸，另外，可以通過把表面指定為組節(jié)點，從而用點面接觸來代表面面的

30、接觸。點，從而用點面接觸來代表面面的接觸。 ANSYS程序的點面接觸單元允許下列非線性行為：程序的點面接觸單元允許下列非線性行為： 有大變形的面面接觸分析：有大變形的面面接觸分析： 接觸和分開；接觸和分開； 庫侖摩擦滑動；庫侖摩擦滑動； 熱傳遞。熱傳遞。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講272點面接觸分析的步驟點面接觸分析的步驟(1)建模，劃分網(wǎng)格建模，劃分網(wǎng)格(2)識別接觸對識別接觸對(3)生成接觸單元生成接觸單元(4)設(shè)置單元關(guān)鍵字和實常數(shù)設(shè)置單元關(guān)鍵字和實常數(shù)(5)加上必要的邊界條件加上必要的邊界條件(6)定義求解選項定義求解選項(7)求解求解(8)查看結(jié)果

31、查看結(jié)果1使用點面的接觸單元使用點面的接觸單元這類接觸單元，不需要預(yù)先知道確切的接觸這類接觸單元，不需要預(yù)先知道確切的接觸位置，接觸面之間也不需要保持一致的網(wǎng)格，位置，接觸面之間也不需要保持一致的網(wǎng)格，并且允許大的變形和大的相對滑動。并且允許大的變形和大的相對滑動。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講28(1)建模，劃分網(wǎng)格建模，劃分網(wǎng)格由于幾何形狀和潛在變形的多樣化，可能有多個目標(biāo)面和同一個接觸面相互作用，在這種情況下，必須定義多個接觸對，對每個表面需要建立一個包含表面節(jié)點的組元。然后就可以使用這些表面節(jié)點，在接觸面之間形成所有有可能的接觸形狀。如果能肯定某些面永

32、遠不會相互接觸，那么應(yīng)該適當(dāng)?shù)陌ǜ嗟墓?jié)點。通過接觸單元定義在變形過程中，哪兒可能發(fā)生接觸通過接觸單元定義在變形過程中，哪兒可能發(fā)生接觸CommandCommand：CMCM GUI GUI： UtilityUtilitySelectSelectCompCompAssemblyAssembly create Componentcreate Component(2)識別接觸對識別接觸對應(yīng)避免使用有中間節(jié)點的單元應(yīng)避免使用有中間節(jié)點的單元僅在使用僅在使用CONTA48的二維分析中才可以在接觸面上使用的二維分析中才可以在接觸面上使用中節(jié)點單元，且不能在目標(biāo)面上使用中節(jié)點單元。中節(jié)點單元，且不能在目

33、標(biāo)面上使用中節(jié)點單元。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講29(3)生成接觸單元生成接觸單元NSELNSEL，S S，NODENODE ！在接觸面上選擇一組節(jié)點！在接觸面上選擇一組節(jié)點CMCM，CONTACTCONTACT， NODE NODE ！將所選節(jié)點生成組元！將所選節(jié)點生成組元“COMTACTCOMTACT”NSELNSEL，S S，NODENODE ！在目標(biāo)面上選擇一組新節(jié)點！在目標(biāo)面上選擇一組新節(jié)點CMCM，TARGETTARGET，NODE ! NODE ! 將所選節(jié)點生成組元將所選節(jié)點生成組元“TARGETTARGET”NSELNSEL，ALLALL

34、GCGENGCGEN，CONTACTCONTACT，TARGETTARGETGCGENGCGEN，TARGETTARGET，CONTACTCONTACTCommand：GCGENGUI：Main menuPreprocessorCreateElementsAt Contact srfa.首先必須定義單元類型首先必須定義單元類型b.定義接觸單元的實常數(shù)定義接觸單元的實常數(shù)c.在對應(yīng)的接觸對之間生在對應(yīng)的接觸對之間生 成接觸單元成接觸單元每個不同的接觸面應(yīng)該每個不同的接觸面應(yīng)該有一個不同的實常數(shù)號有一個不同的實常數(shù)號點一面點一面的接觸的接觸CONTAC48(2D)CONTAC49(3D)Lzh_C

35、AELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講30(4)設(shè)置單元關(guān)鍵字和實常數(shù)設(shè)置單元關(guān)鍵字和實常數(shù)KEYOPT(1)KEYOPT(1)：選擇正確的自由度：選擇正確的自由度( (包含或不包括溫度包含或不包括溫度) )；KEYOPT(2)KEYOPT(2)：選擇罰函數(shù)的方法或罰函數(shù)十拉格朗日方法；：選擇罰函數(shù)的方法或罰函數(shù)十拉格朗日方法；KEYOPT(3)KEYOPT(3)：選擇摩擦類型；無摩擦、彈性庫侖摩擦或剛性庫侖摩擦；：選擇摩擦類型；無摩擦、彈性庫侖摩擦或剛性庫侖摩擦；KEYOPT(7)KEYOPT(7)：選擇接觸時間步長預(yù)測控制。：選擇接觸時間步長預(yù)測控制。CONTAC48CON

36、TAC48CONTAC49CONTAC49單元關(guān)鍵字單元關(guān)鍵字實常數(shù)實常數(shù)KN法向接觸剛度；法向接觸剛度；KT粘合接觸剛度；粘合接觸剛度；TOLN最大的穿透容差；最大的穿透容差；FACT靜摩擦與動摩擦的比值；靜摩擦與動摩擦的比值；TOLS一個小的容差以增加目標(biāo)面的長度；一個小的容差以增加目標(biāo)面的長度；COND接觸傳導(dǎo)率。接觸傳導(dǎo)率。CONTAC48CONTAC48CONTAC49CONTAC49Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講31(5)加上必要的邊界條件加上必要的邊界條件建模時，使接觸體處于恰好接觸的位置；建模時，使接觸體處于恰好接觸的位置；使用給定位移來將它移

37、到某個位置；使用給定位移來將它移到某個位置；使用很弱的彈簧把兩個分開的物本連起來，使用動態(tài)方法求解。使用很弱的彈簧把兩個分開的物本連起來，使用動態(tài)方法求解。(7)求解求解(8)查看結(jié)果查看結(jié)果(6)定義求解選項定義求解選項使用使用KEYOPT（7）來設(shè)置合適的時間步長）來設(shè)置合適的時間步長時間步長必須是足夠小的，可信方法是打時間步長必須是足夠小的，可信方法是打 開自動時間步長。開自動時間步長。Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講32Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講33實例實例1：彈簧卡子接觸分析：彈簧卡子接觸分析 在這個實例中，我們將

38、對一個彈簧卡子進行接在這個實例中，我們將對一個彈簧卡子進行接觸分析，計算將卡頭壓進卡座和拉出卡座所需要觸分析，計算將卡頭壓進卡座和拉出卡座所需要的力。的力。 問題描述：問題描述： 此問題屬于需要輸入厚度的平面應(yīng)力問題，卡此問題屬于需要輸入厚度的平面應(yīng)力問題，卡頭和卡座的底板被認為是剛性的，因此在建模時頭和卡座的底板被認為是剛性的，因此在建模時不以考慮。不以考慮。 由于模型和載荷都是對稱的，因此可用模型的由于模型和載荷都是對稱的，因此可用模型的右半部來進行計算。求解通過二個載荷步實現(xiàn)。右半部來進行計算。求解通過二個載荷步實現(xiàn)。 問題詳細說明：問題詳細說明： 材料性質(zhì)：材料性質(zhì)： EX2.8e3（

39、楊氏模量）（楊氏模量） NUXY0.3（泊松比）（泊松比） MU=0.2 （摩擦系數(shù)）（摩擦系數(shù)）卡頭卡頭卡座卡座FLzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講34k,1,10 k,2,20 k,3,15,18.5 k,4,10,20 k,5,12.5,30 k,6,20,30 l,1,3 l,3,4 l,4,5 l,5,6 l,6,2 l,2,1 al,all Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講35lgen,2,1,3,1k,11,5 k,12,5,30 ! LPLOT l,11,7 l,11,12 l,12,10 lsla,s lsel,i

40、nvert al,all lsel,allrectng,0,15,0,10asba,2,3agen,2,4,0,30,0,0,1 asel,s,4 aatt,1,1,2 asel,allesize,4 amesh,all Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講36接觸力的變化接觸力的變化Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講370.4s0.6s0.7s0.875s不同接觸時刻與等效應(yīng)力的關(guān)系不同接觸時刻與等效應(yīng)力的關(guān)系Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講381.0s1.1s1.4s1.8s2.0不同接觸時刻與等效應(yīng)

41、力的關(guān)系不同接觸時刻與等效應(yīng)力的關(guān)系Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講39fini/clear/FILNAM,Ex6-2Clamp-Contact !文件名文件名!* 單位：單位：mm-MPa-N /PREP7 !進入前處理器進入前處理器 ET,1,182,3 !1為為182單元單元ET,2,169 !2為為TARGE169單元單元ET,3,172 !3為為CONTA172單元單元KEYOPT,3,9,0 !受初始間距影響受初始間距影響KEYOPT,3,10,2 !迭代更新剛度迭代更新剛度!* 設(shè)置材料參數(shù)設(shè)置材料參數(shù)MP,EX,1,2.8E3 !彈性模量彈性模量

42、MPaMP,MU,1,0.2 !泊松比泊松比R,1,5 !定義實常數(shù)，厚度定義實常數(shù)，厚度mm R,2 $R,3!* 建立模型建立模型K,1,10 $K,2,20 $K,3,15,18.5 $K,4,10,20$K,5,12.5,30 $K,6,20,30 L,1,3 $L,3,4 $L,4,5L,5,6 $L,6,2 $L,2,1AL,ALL !所有線連成面所有線連成面A1 LGEN,2,1,3,1 !復(fù)制線復(fù)制線K,11,5 !關(guān)鍵點關(guān)鍵點11K,12,5,30 !關(guān)鍵點關(guān)鍵點12L,11,7 $L,11,12 $L,12,10 LSLA,S !選取面選取面A1上全部線上全部線LSEL,I

43、NVERT !反選其他線反選其他線AL,ALL !將所選線連成面將所選線連成面A2 LSEL,ALL !選擇所有線選擇所有線RECTNG,0,15,0,10 !建立矩形建立矩形A3ASBA,2,3 !面面A2減面減面A3AGEN,2,4,0,30,0,0,1 !復(fù)制面復(fù)制面ASEL,S,4 !選擇面選擇面A4ASEL,ALL !選擇所有面選擇所有面ESIZE,3 !單元長度控制在單元長度控制在3mmMSHAPE,0,2D !選擇選擇2D單元單元MSHKEY,0 !自由網(wǎng)格自由網(wǎng)格AMESH,ALL !全部面劃分網(wǎng)格全部面劃分網(wǎng)格EPLOT !畫單元畫單元FINI/SOLU !進入前求解器進入前

44、求解器 NSEL,S,LOC,Y,0 !選擇選擇Y=0上的節(jié)點上的節(jié)點D,ALL,ALL !所選節(jié)點全約束所選節(jié)點全約束NSEL,S,LOC,Y,60 !選擇選擇Y=60上的節(jié)點上的節(jié)點*GET,NCEN,NODE,NUM,MIN !編號編號NCENCP,1,UY,ALL !所選節(jié)點所選節(jié)點UY自由度耦合自由度耦合NSEL,R,LOC,X,5 !再選擇再選擇X=5上的節(jié)點上的節(jié)點D,ALL,UX !約束所選節(jié)點的約束所選節(jié)點的UX自由度自由度NSEL,ALL !選擇所有節(jié)點選擇所有節(jié)點 FINI/PREP7 !進入前處理器進入前處理器 !* 生成目標(biāo)面生成目標(biāo)面 REAL,2 !建立接觸對建立

45、接觸對2TYPE,2 !設(shè)置單元類型設(shè)置單元類型2LSEL,S,8 !選擇線選擇線L8 LSEL,A,9 !同時選擇線同時選擇線L9 LSEL,A,17 !同時選擇線同時選擇線L17 NSLL,S,1 !選擇所選線上全部節(jié)點選擇所選線上全部節(jié)點ESLN,S,0 !選擇所選節(jié)點上不含兩端單元選擇所選節(jié)點上不含兩端單元 ESURF !建立接觸單元建立接觸單元!* 生成接觸面生成接觸面TYPE,3 !設(shè)置單元類型設(shè)置單元類型3LSEL,S,1 !選擇線選擇線L1 LSEL,A,2 !同時再選擇線同時再選擇線L2 LSEL,A,3 !同時再選擇線同時再選擇線L3NSLL,S,1 !選擇所選線上全部節(jié)點

46、選擇所選線上全部節(jié)點ESLN,S,0 !選擇所選節(jié)點上不含兩端單元選擇所選節(jié)點上不含兩端單元 ESURF !建立接觸單元建立接觸單元ALLSEL !全選全選!* 生成目標(biāo)單元生成目標(biāo)單元REAL,3 !建立接觸對建立接觸對3 TYPE,2 !設(shè)置單元類型設(shè)置單元類型2LSEL,S,1 !選擇線選擇線L1 LSEL,A,2 !同時選擇線同時選擇線L2 LSEL,A,3 !同時選擇線同時選擇線L3NSLL,S,1 !選擇所選線上全部節(jié)點選擇所選線上全部節(jié)點ESLN,S,0 !選擇所選節(jié)點上不含兩端單元選擇所選節(jié)點上不含兩端單元 ESURF !建立接觸單元建立接觸單元!* 生成接觸單元生成接觸單元T

47、YPE,3 !設(shè)置單元類型設(shè)置單元類型3LSEL,S,8 !選擇線選擇線L8LSEL,A,9 !同時選擇線同時選擇線L9LSEL,A,17 !同時選擇線同時選擇線17NSLL,S,1 !選擇所選線上全部節(jié)點選擇所選線上全部節(jié)點 ESLN,S,0 !選擇所選節(jié)點上不含兩端單元選擇所選節(jié)點上不含兩端單元 ESURF !建立接觸單元建立接觸單元ALLSEL !全選全選FINI/PLOPTS, DEFA !在窗口右邊顯示數(shù)值在窗口右邊顯示數(shù)值 /SOLU !進入前求解器進入前求解器 NLGEOM,ON !打開大變形效應(yīng)打開大變形效應(yīng) PRED,ON !激活自由度求解預(yù)測激活自由度求解預(yù)測AUTOT,O

48、N !自動步長自動步長TIME,1 !設(shè)置第一次計算最終時間設(shè)置第一次計算最終時間OUTRES,ALL,ALL ! 輸出所有結(jié)果項輸出所有結(jié)果項 D,NCEN,UY,-30 ! 節(jié)點節(jié)點NCEN施加施加30mm位移位移SOLVE !求解求解TIME,2 !設(shè)置第二次計算最終時間設(shè)置第二次計算最終時間D,NCEN,UY,-27 ! 節(jié)點施加節(jié)點施加-27mm位移位移LNSR,ON !使用線性搜索使用線性搜索SOLV !求解求解FINI/POST1 !進入處理器進入處理器SET,0.8 ! 顯示顯示0.8s時刻的計算結(jié)果時刻的計算結(jié)果PLNS,S,EQV !顯示顯示Von Mises應(yīng)力云圖應(yīng)力云

49、圖FINI/POST26 !進入時間歷程后處理器進入時間歷程后處理器/AXLAB,Y,FORCE(N) !命名命名Y軸為軸為FORCE(N) /AXLAB,X,TIME(s) !命名命名X軸為軸為DISPLACEMENT(mm)NSOL,2,NCEN,U,Y !獲節(jié)點的獲節(jié)點的y位移變量位移變量2RFORCE,3,NCEN,F,Y !獲節(jié)點的反力變量獲節(jié)點的反力變量3PLVAR,3 !繪制反力變化曲線繪制反力變化曲線接觸分析接觸分析實例實例APDL程序程序Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講40實例實例1：兩塊板間受壓的兩塊板間受壓的O-形橡膠密封圈的接觸分析形橡膠

50、密封圈的接觸分析C10 = 0.01055 !橡膠材料參數(shù)C10 C01 = 0.01408 !橡膠材料參數(shù)C01NU1 = 0.49967 !橡膠泊松比DD=(1-2*NU1)/(C10+C01)48.65mm12mm預(yù)加位移Disp中心線密封圈橫截面 問題描述：兩塊無摩擦板間受壓的問題描述：兩塊無摩擦板間受壓的O-形橡膠密封圈的接觸問題如圖形橡膠密封圈的接觸問題如圖6.31所示，橡膠材料參數(shù)：所示，橡膠材料參數(shù)：Lzh_CAELzh_CAE練章華練章華/林鐵軍林鐵軍 主講主講41fini/clear/FILNAM,Ex6-3Contact_O_Ring !定義文件名定義文件名!* 單位：單

51、位：mm-MPa-N Disp=4 !密封圈位移密封圈位移mmR = 12/2 !密封圈橫截面半徑密封圈橫截面半徑mm R0=48.65/2 !密封圈中半經(jīng)密封圈中半經(jīng)mmC10 = 0.01055 !橡膠材料參數(shù)橡膠材料參數(shù)C10 C01 = 0.01408 !橡膠材料參數(shù)橡膠材料參數(shù)C01NU1 = 0.49967 !橡膠泊松比橡膠泊松比DD=(1-2*NU1)/(C10+C01)/PREP7ET,1,PLANE182, , ,1 !1為為PLANE182單元，單元，1-平面軸對稱平面軸對稱KEYOPT,1,6,1 !混合計算格式混合計算格式 ET,2,CONTA172 !2為為CONTA

52、172單元單元ET,3,TARGE169 !3為為TARGE169單元單元!* 設(shè)置材料參數(shù)設(shè)置材料參數(shù)R,2, , ,-2000 !設(shè)置表面剛度設(shè)置表面剛度R,3, , ,-2000 !設(shè)置表面剛度設(shè)置表面剛度TB,HYPER,1,1,2,MOONEY !1為超彈性，為超彈性，Mooney-Rivlin模型模型TBDATA,1,C10,C01,DD !參數(shù)橡膠材料參數(shù)參數(shù)橡膠材料參數(shù)!* 建立模型建立模型CYL4,R0,0,R !生成圓面生成圓面A1!* 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分N=12Lesize,all,N !所有線所有線N等分等分AMESH,1 !劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格!建立剛性關(guān)鍵點建立剛性關(guān)鍵點

53、1001-1004k,1001,R0+(-2*R),-R k,1002,R0+(2*R) ,-Rk,1003,R0+(-2*R),R k,1004,R0+(2*R) ,RL,1001,1002 L,1003,1004 dk,1001,all !關(guān)鍵點關(guān)鍵點1001全約束全約束 dk,1002,all !關(guān)鍵點關(guān)鍵點1002全約束全約束 dk,1003,ux !關(guān)鍵點關(guān)鍵點1003的的ux自由度約束自由度約束dk,1004,ux !關(guān)鍵點關(guān)鍵點1004的的ux自由度約束自由度約束alls*Create,Down,mac !建立下部接觸對建立下部接觸對Down宏模塊宏模塊REAL,2 !設(shè)置接觸對設(shè)置接觸對2TYPE,3 !選擇選擇3號單元號單元!* 生成目標(biāo)面生成目標(biāo)面 LSEL,S,5 !選擇線選擇線L5 TYPE,3 !設(shè)置單元類型設(shè)置單元類型3LMESH,ALL !線線L5網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分!* 生成接觸表面生成接觸表面TYPE,2 !設(shè)置單元類型設(shè)置單元類型2LSEL,S,3 !選擇線選擇線L3 LSEL,A,4 !同時選擇線同時選擇線L4 NSLL,S,1 !選擇