ANSYSWorkbench結(jié)構(gòu)非線性培訓(xùn)高級(jí)接觸解析課件

1、Workbench Mechanical結(jié)構(gòu)非線性第四章高級(jí)接觸第1頁，共32頁。章節(jié)概述本章討論高級(jí)接觸選項(xiàng)細(xì)節(jié):這些高級(jí)選項(xiàng)適用于包括實(shí)體及殼體的面和邊的接觸.假定在這章前用戶已掌握 第 2和3章的Nonlinear Structural.這章包括以下內(nèi)容:接觸中體類型自動(dòng)接觸探測選項(xiàng)界面處理初始接觸條件作業(yè) 4A時(shí)間步控制摩擦作業(yè)4B本章描述的性能通常適用于ANSYS Structural 或以上的license.第2頁，共32頁。WB-Mechanical提供了接觸技術(shù)選項(xiàng)的豐富列表，來分析實(shí)體及面體 (殼單元?jiǎng)澐值?的面和邊間的許多不同行為.實(shí)體面對(duì)實(shí)體面面體的面對(duì)面體 (或?qū)嶓w )

2、 的面面體邊對(duì)表面體 (或?qū)嶓w) 面A. 接觸的體類型第3頁，共32頁。在面體間建立接觸時(shí), 牢記一面體有表面區(qū)域但沒有體很重要.面體厚度在Details窗口由用戶賦值，是和面體相關(guān)的屬性面體產(chǎn)生無摩擦或摩擦接觸時(shí)，有必要識(shí)別面體的哪一側(cè)(頂部或底部)處于接觸關(guān)系中. 操作失敗會(huì)導(dǎo)致不能識(shí)別接觸.接觸的體類型第4頁，共32頁。下表識(shí)別各種接觸幾何支持的接觸類型, 公式和對(duì)稱行為 .接觸的體類型第5頁，共32頁。B. 自動(dòng)接觸探測選項(xiàng)缺省時(shí), 當(dāng)一個(gè)裝配體由CAD 系統(tǒng)輸入, 默認(rèn)是自動(dòng)探測接觸對(duì)，并指定接觸為面/面接觸條件. 這些默認(rèn)條件可由兩種方式改變: Mechanical 下的工具選項(xiàng)對(duì)

3、話框 Connections 設(shè)置可改變多個(gè)選項(xiàng)的全局默認(rèn)行為. 或Details of “Connections” 窗口改變或激活選項(xiàng)的行為.第6頁，共32頁。接觸默認(rèn)設(shè)置和自動(dòng)探測能力對(duì)大多接觸問題有效. 然而, 可以執(zhí)行這些額外控制來放寬分析的接觸范圍 : .自動(dòng)接觸探測選項(xiàng) Generate Contact on Update:若該選型設(shè)為Yes ，輸入模型(最新的)時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建面/面接觸區(qū)域. 設(shè)置為 No 仍然允許手動(dòng)激活自動(dòng)生成接觸, 或手動(dòng)構(gòu)建接觸區(qū)域. Tolerance Type, Tolerance Value, and Tolerance Slider: CAD 系統(tǒng)創(chuàng)建

4、的裝配體可能沒有精確裝配, 導(dǎo)致兩體間的接觸區(qū)域有小的重合或間隙. 可指定接觸探測容差來解決任何的不精確 (只適用于自動(dòng)接觸探測).第7頁，共32頁。為收緊接觸探測, 移動(dòng) Tolerance Slider 接近 +100. 放松接觸探測, 則移動(dòng)Tolerance Slider 接近 -100. 收緊容差意味在更小區(qū)域內(nèi)(間隙或重合)的體被考慮為接觸; 松的容差剛好是相反的作用. 接觸探測容差也可以通過改變Tolerance Type為Value并在Tolerance Value后輸入值來調(diào)整. 如圖所示，當(dāng)前指針位置出現(xiàn)一圓. . 自動(dòng)接觸探測選項(xiàng)CAD 部件間存在的間隙圖示說明用戶定義的

5、接觸探測容差值第8頁，共32頁。實(shí)體和面體間可得到的接觸探測類型: 面/面: 不同體面間的接觸面/邊: 不同體的面和邊間的接觸 邊/邊: 不同體邊間的接觸面/邊和邊/邊接觸只適用于實(shí)體和面體. 不支持線體的接觸關(guān)系. 對(duì)面/邊探測, 面總被指定為目標(biāo)面，而邊總指定為接觸邊. “Create Automatic Contact”中可選擇探測任何接觸組合. 對(duì)接觸過濾選項(xiàng)也可設(shè)置默認(rèn)優(yōu)選參數(shù). .自動(dòng)接觸探測選項(xiàng)第9頁，共32頁。優(yōu)先權(quán): 對(duì)非常大的模型，接觸對(duì)的數(shù)量有時(shí)候是過剩的，特別是當(dāng)允許多種接觸類型時(shí). .自動(dòng)接觸探測選項(xiàng) 209個(gè)部件 450 個(gè)對(duì)稱接觸對(duì) 115萬個(gè)自由度第10頁，共3

6、2頁。優(yōu)先權(quán)(contd).自動(dòng)接觸探測選項(xiàng)“Face Overrides” 選項(xiàng)使面/面接觸優(yōu)先于面/邊和邊/邊接觸. Face Overrides 也使面/邊接觸優(yōu)先于邊/邊接觸. 一般來說, 對(duì)面/邊和邊/邊接觸設(shè)置了Face Overrides, 會(huì)探測不到邊/邊接觸對(duì). “Edge Overrides” 使邊/邊接觸優(yōu)先于面/邊和面/面接觸. Edge Overrides 也使面/邊接觸優(yōu)先于面/面接觸. 一般來說,對(duì)面/邊和面/面接觸設(shè)置了Edge Overrides,會(huì)探測不到面/面接觸對(duì).第11頁，共32頁。設(shè)置“Group By” 為 “Bodies” (默認(rèn)) 或Parts

7、 意味位于同一體或相同部件的接觸面和邊將組成為單個(gè)區(qū)域. 自動(dòng)生成對(duì)可能有多種選擇，在源側(cè)，或目標(biāo)側(cè)，或兩側(cè)都有. 使用其中一個(gè)選項(xiàng)就可最小化創(chuàng)建的接觸區(qū)域數(shù)量. 任一生成區(qū)域只有一個(gè)作用于源和目標(biāo)的實(shí)體 (即, 一個(gè)面或一條邊). 如果單個(gè)區(qū)域中有大量源/目標(biāo)面，選擇None 避免ANSYS求解器中過多接觸搜索時(shí)間.自動(dòng)接觸探測選項(xiàng)Group By: 第12頁，共32頁。使自動(dòng)接觸探測選項(xiàng)通過以下選項(xiàng): Bodies(默認(rèn)): 體間. Parts : 不同部件體間, 也就是, 不能是同一多體部件內(nèi)的體之間. 對(duì)多體部件的一個(gè)體沒有接觸其它體的情況, 必須手動(dòng)插入 Connections對(duì)象來

8、連接體. Anywhere: 探測任何的自接觸. .自動(dòng)接觸探測選項(xiàng)Search Across:第13頁，共32頁。C. 界面處理在上一節(jié)中提到，對(duì)綁定接觸行為一個(gè)足夠大Pinball半徑允許忽略接觸和目標(biāo)面間任何間隙。對(duì)摩擦或無摩擦接觸，實(shí)體可以相互接觸或脫離接觸。因此，初始縫隙不能被自動(dòng)忽略，因?yàn)樗锌赡艽韼缀涡畔?。但是，有限元方法在靜力結(jié)構(gòu)分析時(shí)不允許有剛體移動(dòng). 如果存在初始縫隙，當(dāng)施加力載荷時(shí)，可能不會(huì)建立初始接觸，一個(gè)零件可能會(huì)相對(duì)于另一個(gè)零件飛開。第14頁，共32頁。建模時(shí)需要的間距或間隙在建立有摩擦或無摩擦行為的初始接觸時(shí)需要被忽略，為了解決這種情況，利用界面處理可以內(nèi)部偏移

9、接觸面到一指定的位置。左邊是原始的網(wǎng)格模型. 頂部的紅色網(wǎng)格是有接觸面的體接觸面可以偏移一定的量，就象右圖中藍(lán)線所示，這將允許建立初始接觸 界面處理第15頁，共32頁。接觸偏移重要注意事項(xiàng):在接觸界面上幾何的改變會(huì)有影響，因?yàn)閷?shí)際網(wǎng)格和偏移的接觸面之間會(huì)存在一個(gè)剛性區(qū)。應(yīng)用中，這種調(diào)整應(yīng)該足夠小，對(duì)于整個(gè)結(jié)果的影響忽略不計(jì)它已經(jīng)被證明在靜態(tài)分析中是建立初始接觸的一個(gè)有效工具，用戶不需要去CAD模型中修改。 界面處理第16頁，共32頁。 界面處理在詳細(xì)窗口中用戶可以選擇“Adjusted to Touch” 或 “Add Offset”“Adjusted to Touch” 讓Simulatio

10、n 決定需要多大的接觸偏移量來閉合縫隙建立初始接觸。注意，Pinball 區(qū)域大小會(huì)影響這種自動(dòng)方法，因此必須保證Pinball 半徑大於最小的縫隙距離.“Add Offset” 讓用戶來指定允許接觸面偏移的正負(fù)距離. 正值是指關(guān)閉縫隙而負(fù)值是指打開縫隙.該選項(xiàng)用于把模型調(diào)整到合適位置而不需要修改幾何。 讓幾何在剛好接觸的位置上，改變正距離到穿透值。第17頁，共32頁。 界面處理“Add Offset, Ramped Effects” 在一個(gè)載荷步內(nèi)分幾個(gè)子步逐步施加干涉。 該選項(xiàng)對(duì)富于挑戰(zhàn)的干涉問題的收斂是有幫助的?！癆dd Offset, No Ramping” 在第一個(gè)子步內(nèi)一次完成載荷

11、的施加。第18頁，共32頁。Contact Tool 允許檢查裝配接觸:加載前驗(yàn)證初始信息 (狀態(tài), 間隙,滲透, pinball,.等)在 Connections下插入驗(yàn)證最終信息各個(gè)接觸區(qū)域載荷 (力和力矩)傳遞是最終求解的一部分. 在 Solution 下插入 D. 接觸工具第19頁，共32頁。初始接觸信息可評(píng)估所有區(qū)域或?qū)佑|（和/或）目標(biāo)側(cè)指定關(guān)心區(qū)域. . 接觸工具 初始信息第20頁，共32頁。信息包含各區(qū)域的接觸狀態(tài)、接觸單元數(shù)、 滲透、pinball等 對(duì)驗(yàn)證和發(fā)現(xiàn)并解決問題是非常有用的 . 接觸工具 初始信息第21頁，共32頁?！皫缀伍g隙” 和 “幾何滲透”指 實(shí)體接觸區(qū)域存

12、在的物理間隙和滲透“Gap” 和“Penetration” 是從面體間或Add Offset 調(diào)整推導(dǎo)而來“N/A” 指示出現(xiàn)在以下位置和情況: 接觸對(duì)非激活時(shí)(灰色的行, 或狀態(tài)欄下出現(xiàn)非激活)的所有結(jié)果欄 . 無摩擦, 粗糙,或 摩擦接觸類型和界面處理 的幾何間隙欄 設(shè)為Add Offset. . 接觸工具 初始信息第22頁，共32頁。請參考作業(yè)中的補(bǔ)充說明:作業(yè)4A- 接觸表面偏移E. 作業(yè) 接觸表面偏移第23頁，共32頁。 F. 時(shí)間步控制時(shí)間步控制提供了一個(gè)額外的收斂加強(qiáng)選項(xiàng)，它允許基于收斂行為的二分和時(shí)間步大小調(diào)整。這種選擇在非線性接觸中顯示:無摩擦粗糙有摩擦第24頁，共32頁。默

13、認(rèn)情況下，接觸行為的改變不會(huì)影響到自動(dòng)時(shí)間步。當(dāng)因?yàn)榻佑|狀態(tài)改變而激活的二分影響整個(gè)運(yùn)行時(shí)間時(shí)，該選項(xiàng)對(duì)多數(shù)分析是適用的。下例中，由于接觸狀態(tài)的改變，沒有從時(shí)間步的減少得到任何好處 (from closed to open). 當(dāng)然自動(dòng)時(shí)間步 對(duì)于其他準(zhǔn)則仍然是值得期待的。Step 1Step 2Status = ClosedStatus = ClosedStatus = Open-near field 時(shí)間步控制第25頁，共32頁。 時(shí)間步控制自動(dòng)二分 接觸行為在每個(gè)子步后檢查，來決定接觸狀態(tài)中是否有過大的穿透或改變出現(xiàn)。如果有，當(dāng)前子步用二分時(shí)間增量（減半）重估。下例中，當(dāng)一個(gè)局部接觸狀態(tài)

14、的改變導(dǎo)致總體結(jié)構(gòu)剛度顯著改變時(shí)，自動(dòng)二分可以確保收斂。僅在該區(qū)域?qū)佑|狀態(tài)的改變使用自動(dòng)時(shí)間步.F第26頁，共32頁。 時(shí)間步控制預(yù)測沖擊 作用部分和自動(dòng)二分選項(xiàng)相同外，該選項(xiàng)還可以估計(jì)最小的時(shí)間增量，該時(shí)間增量是預(yù)測未來接觸狀態(tài)改變所必要的。 如預(yù)計(jì)有沖擊時(shí)推薦Substep 1Substep 2Substep 3因?yàn)榇植诘臅r(shí)間步，錯(cuò)過了接觸。自動(dòng)減小時(shí)間步以捕捉接觸狀態(tài)的改變。第27頁，共32頁。G. 摩擦接觸選項(xiàng)對(duì) ANSYS Structural licenses 及其以上的授權(quán)，除了上面的選項(xiàng)，還提供摩擦接觸選項(xiàng).通常的，兩個(gè)接觸體的切向或滑動(dòng)行為可能是無摩擦的或有摩擦的。無摩擦行為允許物體間無阻力滑動(dòng).當(dāng)引入摩擦后，在兩物體間會(huì)產(chǎn)生剪力摩擦接觸可用于小變形或大變形分析第28頁，共32頁。 摩擦接觸選項(xiàng)摩擦可以用Coulomb定律來考慮:這里 m 是靜摩擦系數(shù)當(dāng)切向力Ftangential大于上式的值時(shí)就會(huì)發(fā)生滑動(dòng)FnFtm Fn第29頁，共32頁。 摩擦接觸選項(xiàng)對(duì) ANSYS Structural licenses 及其以上的授權(quán)，除了上述選項(xiàng)外，還提供摩擦接觸選項(xiàng).對(duì)摩擦接觸必須輸入 “摩擦系數(shù)” 如果摩擦系數(shù)(Friction Coefficient) m為 0.0 將會(huì)導(dǎo)致無摩擦接觸如前面提到一樣，接觸算法建議使用 “Augmen