面面接触问题

与所有其它非线性分析一样 对接触问题 时间步长是非常有力的提高与所有其它非线性分析一样 对接触问题 时间步长是非常有力的提高 收敛性的工具 收敛性的工具 采用足够小的时间步长以获得收敛采用足够小的时间步长以获得收敛 在涉及到两个边界的接触问题中 很自然把一个边界作为在涉及到两个边界的接触问题中 很自然把一个边界作为 目标目标 面而把另一个面而把另一个 作为作为 接触接触 面 对刚体面 对刚体 柔体的接触 柔体的接触 目标目标 面总是刚性的 面总是刚性的 接触接触 面总是柔面总是柔 性面 性面 这两个面合起来叫作这两个面合起来叫作 接触对接触对 使用使用 Targe169 和和 Conta171 或或 Conta172 来定义来定义 2 D 接触对 使用接触对 使用 Targe170 和和 Conta173 或或 Conta174 来来 定义定义 3 D 接触对 程序接触对 程序通过相同的实常数号来识别通过相同的实常数号来识别 接触对接触对 接触分析的步骤 接触分析的步骤 执行一个典型的面执行一个典型的面 面接触分析的基本步骤列示如下 面接触分析的基本步骤列示如下 1 建立模型 并划分网格建立模型 并划分网格 2 识别接触对识别接触对 3 定义刚性目标面定义刚性目标面 4 定义柔性接触面定义柔性接触面 5 设置单元关键字和实常的设置单元关键字和实常的 6 定义 控制刚性目标面的运动定义 控制刚性目标面的运动 7 给定必须的边界条件给定必须的边界条件 8 定义求解选项和载荷步定义求解选项和载荷步 9 求解接触问题求解接触问题 10 查看结果 查看结果 步骤步骤 1 建立模型 并划分网格 建立模型 并划分网格 在这一步中 你需要建立代表接触体几何形状的实体模型 与其它分析过程一在这一步中 你需要建立代表接触体几何形状的实体模型 与其它分析过程一 样 设置单元类型 实常的 材料特性 用恰当的单元类型给接触体划分网格 样 设置单元类型 实常的 材料特性 用恰当的单元类型给接触体划分网格 命令 命令 AMESH VMESH GUI Main Menu Preprocessor mesh Mapped 3 or4 Sided Main Menu Pneprocessor mesh mapped 4 or 6 sided 步骤二 识别接触对步骤二 识别接触对 你必须认识到 模型在变形期间哪些地方可能发生接触 一是你已经识别出潜你必须认识到 模型在变形期间哪些地方可能发生接触 一是你已经识别出潜 在的接触面 你应该通过目标单元和接触单元来定义它们 目标和接触单元跟在的接触面 你应该通过目标单元和接触单元来定义它们 目标和接触单元跟 踪变形阶段的运动 构成一个接触对的目标单元和接触单元通过共享的实常号踪变形阶段的运动 构成一个接触对的目标单元和接触单元通过共享的实常号 联系起来 联系起来 接触环 区域 可以任意定义 然而为了更有效的进行计算 主要指接触环 区域 可以任意定义 然而为了更有效的进行计算 主要指 CPU 时时 间 你可能想定义更小的局部化的接触环 但能保证它足以描述所需要的接触间 你可能想定义更小的局部化的接触环 但能保证它足以描述所需要的接触 行为 不同的接触对必须通过不同的实常数号来定义 即使实常数号没有变化 行为 不同的接触对必须通过不同的实常数号来定义 即使实常数号没有变化 由于几何模型和潜在变形的多样形 有时候一个接触面的同一区域可能和多 由于几何模型和潜在变形的多样形 有时候一个接触面的同一区域可能和多 个目标面产生接触关系 在这种情况下 应该定义多个接触对 使用多组覆盖个目标面产生接触关系 在这种情况下 应该定义多个接触对 使用多组覆盖 层接触单元 每个接触对有不同的实常数号 层接触单元 每个接触对有不同的实常数号 步骤三 定义刚性目标面步骤三 定义刚性目标面 刚性目标面可能是刚性目标面可能是 2 D 的或的或 3 D 的 在的 在 2 D 情况下 刚性目标面的形状可情况下 刚性目标面的形状可 以通过一系列直线 圆弧和抛物线来描述 所有这些都可以用以通过一系列直线 圆弧和抛物线来描述 所有这些都可以用 TAPGE169 来来 表示 另外 可以使用它们的任意组合来描述复杂的目标面 表示 另外 可以使用它们的任意组合来描述复杂的目标面 在在 3 D 情况下 目标面的形状可以通过三角面 圆柱面 圆锥面和球面来推情况下 目标面的形状可以通过三角面 圆柱面 圆锥面和球面来推 述 所有这些都可以用述 所有这些都可以用 TAPGE170 来表示 对于一个复杂的 任意形状的目来表示 对于一个复杂的 任意形状的目 标面 应该使用三角面来给它建模 标面 应该使用三角面来给它建模 控制结点 控制结点 Pilot 刚性目标面可能会和刚性目标面可能会和 pilot 结点结点 联系起来 它实际上是一个只有一个结点的单联系起来 它实际上是一个只有一个结点的单 元 通过这个结点的运动可以控制整个目标面的运动 因此可以把元 通过这个结点的运动可以控制整个目标面的运动 因此可以把 pilot 结点结点 作为刚性目标的控制器 整个目标面的受力和转动情况可以通过作为刚性目标的控制器 整个目标面的受力和转动情况可以通过 pilot 结点表结点表 示出来 示出来 pilot 结点结点 可能是目标单元中的一个结点 也可能是一个任意位置的可能是目标单元中的一个结点 也可能是一个任意位置的 结点 只有当需要转动或力矩载荷时 结点 只有当需要转动或力矩载荷时 pilot 结点结点 的位置才是重要的 如果你的位置才是重要的 如果你 定义了定义了 pilot 结点结点 ANSYS 程序只在程序只在 pilot 结点结点 上检查边界条件 而忽略其它上检查边界条件 而忽略其它 结点上的任何约束 对于圆 圆柱 圆锥 和球的基本图段 结点上的任何约束 对于圆 圆柱 圆锥 和球的基本图段 ANSYS 总是使总是使 用同一个结点作为用同一个结点作为 pilot 结点结点 基本原型基本原型 你能够使用基本几形状来模拟目标面 例如 圆 圆柱 圆锥 球 直线 抛你能够使用基本几形状来模拟目标面 例如 圆 圆柱 圆锥 球 直线 抛 物线 弧线 和三角形 虽然你不能把这些基本原型彼此合在一起 或者是把物线 弧线 和三角形 虽然你不能把这些基本原型彼此合在一起 或者是把 它们和其它的目标形状合在一起以便形成一个同一实常数号的复杂目标面 但它们和其它的目标形状合在一起以便形成一个同一实常数号的复杂目标面 但 你可以给每个基本原型指定它自己的实常的号 你可以给每个基本原型指定它自己的实常的号 单元类型和实常数单元类型和实常数 在生成目标单元之前 首先必须定义单元类型 在生成目标单元之前 首先必须定义单元类型 TARG169 或或 TARG170 命令 命令 ET GUI main menu preprocessor Element Type Add Edit Delete 随后必须设置目标单元的实常数 随后必须设置目标单元的实常数 命令命令 Real GUI main menn preprocessor real constants 对对 TARGE169 和和 TARGE170 仅需设置实常数仅需设置实常数 R1 和和 R2 而只有在使用直接 而只有在使用直接 生成法建立目标单元时 才需要从为指定实常数生成法建立目标单元时 才需要从为指定实常数 R1 R2 另外除了直接生成 另外除了直接生成 法 你也可以使用法 你也可以使用 ANSYS 网格划分工具生成目标单元 下面解释这两种方法 网格划分工具生成目标单元 下面解释这两种方法 使用直接生成法建立刚性目标单元使用直接生成法建立刚性目标单元 为了直接生成目标单元 使用下面的命令和菜单路径 为了直接生成目标单元 使用下面的命令和菜单路径 命令 命令 TSHAP GUI main menu preprocessor modeling create Elements Elem Attributes 随后指定单元形状 可能的形状有 随后指定单元形状 可能的形状有 straight line 2D parabola 2 D clockwise arc 2 D counterclokwise arc 2 D circle 2 D Triangle 3 D Cylinder 3 D Cone 3 D Sphere 3 D Pilot node 2 D 和和 3 D 一旦你指定目标单元形状 所有以后生成的单元都将保持这个形状 除非你指一旦你指定目标单元形状 所有以后生成的单元都将保持这个形状 除非你指 定另外一种形状 然后你就可以使用标准的定另外一种形状 然后你就可以使用标准的 ANSYS 直接生成技术生成结点和直接生成技术生成结点和 单元 单元 命令 命令 N E GUI main menu pnoprocessor modeling create nodes main menu pnoprocessor modeling create Elements 在建立单元之后 你可以通过列示单元来验证单元形状在建立单元之后 你可以通过列示单元来验证单元形状 命令 命令 ELIST GUI utility menu list Elements Nodes Attributes 使用使用 ANSYS 网格划分工具生成刚性目标单元网格划分工具生成刚性目标单元 你也可以使用标准的你也可以使用标准的 ANSYS 网格划分功能让程序自动地生成目标单元 网格划分功能让程序自动地生成目标单元 ANSYS 程序将会以实体模型为基础生成合适的目标单元形状而忽略程序将会以实体模型为基础生成合适的目标单元形状而忽略 TSHAP 命命 令的选项 为了生成一个令的选项 为了生成一个 PILOT 结点结点 使用下面的命令或使用下面的命令或 GUI 路径 路径 命令 命令 Kmesh GUI main menu proprocessor meshing mesh keypoints 注意 注意 KMESH 总是生成总是生成 PILOT 结点结点 为了生成一个为了生成一个 2 D 目标单元 使用下面的命令和目标单元 使用下面的命令和 GUI 路径 路径 ANSYS 在每条直在每条直 线上生成一条单一的线 在样条曲线上生成抛物线部分 在每条圆弧和倒角上线上生成一条单一的线 在样条曲线上生成抛物线部分 在每条圆弧和倒角上 生成圆弧部分 如果所有的圆弧形成一个封闭的圆 生成圆弧部分 如果所有的圆弧形成一个封闭的圆 ANSYS 生成一个单一的生成一个单一的 圆段 圆段 命令 命令 LMESH GUI main menu pneprocessor mesling mesh lines 为了生成为了生成 3 D 的目标单元 使用下面的命令或的目标单元 使用下面的命令或 GUI 路径 如果实体模型的表路径 如果实体模型的表 面部分形成了一个完整的球 圆柱或圆锥 那么面部分形成了一个完整的球 圆柱或圆锥 那么 ANSYS 程序自动生成一个基程序自动生成一个基 本的本的 3 D 目标单元 因为生成较少的单元 从而使你分析计算更有效率 对任目标单元 因为生成较少的单元 从而使你分析计算更有效率 对任 意形状的表面 应该使用意形状的表面 应该使用 Amesh 命令来生成目标单元 在这种情况下 网格命令来生成目标单元 在这种情况下 网格 形状的质量不是重要的 而目标单元的形状是否能完成好的模拟刚性面的表面形状的质量不是重要的 而目标单元的形状是否能完成好的模拟刚性面的表面 几何形状显得更重要 几何形状显得更重要 命令 命令 AMESH GUI main menu preprocessor meshing mesh Area ANSYS 在所有可能的面上推荐使用三角形的映射网格划分 如果在表面的在所有可能的面上推荐使用三角形的映射网格划分 如果在表面的 边界上没有曲率 则在网格划分时 指定那条边界分为一分 下面的命令或边界上没有曲率 则在网格划分时 指定那条边界分为一分 下面的命令或 GUI 路径将尽可能的生成一个映射网格 如果不能进行映射 它将生成自由网路径将尽可能的生成一个映射网格 如果不能进行映射 它将生成自由网 格 格 命令 命令 MSHKFY 2 GUI main menu preprocessor meshling mesh Ares Target Surf 建模和网格划分的注意点建模和网格划分的注意点 一个目标面可能由两个或多个面断的区域组成 你应该尽可能地通过定义多个一个目标面可能由两个或多个面断的区域组成 你应该尽可能地通过定义多个 目标面来使接触区域局部比 每个目标面有一个不同的实常数号 刚性目标面目标面来使接触区域局部比 每个目标面有一个不同的实常数号 刚性目标面 上由的离散能足够指述出目标面的形状 上由的离散能足够指述出目标面的形状 过粗的网格离散可能导致收敛问题过粗的网格离散可能导致收敛问题 如果刚性面有一个实的凸角 求解大的滑动问题时很难获得收敛结果如果刚性面有一个实的凸角 求解大的滑动问题时很难获得收敛结果 为了避 为了避 免这些建模问题 免这些建模问题 在实体模型上 使用线或面的倒角来使尖角光滑比 或者在在实体模型上 使用线或面的倒角来使尖角光滑比 或者在 曲率突然变化的区域使用更细的网格 曲率突然变化的区域使用更细的网格 注意 不能使用镜面对称技术 注意 不能使用镜面对称技术 ARSYSM LSYMM 来映射圆 圆柱 圆锥 来映射圆 圆柱 圆锥 或球面到对称平面的另一边 因为每个实常数的设置不能同时赋给多个基本原或球面到对称平面的另一边 因为每个实常数的设置不能同时赋给多个基本原 型段 型段 检验目标面的接触方向检验目标面的接触方向 目标面的结点号顺序是重要的 因为它定义了接触主向 对目标面的结点号顺序是重要的 因为它定义了接触主向 对 2 D 接触问题 当接触问题 当 沿着目标线从第一个结点移向第二个结点时 变形体的接触单元必须位于目标沿着目标线从第一个结点移向第二个结点时 变形体的接触单元必须位于目标 面的右边 面的右边 对对 3 D 接触问题 目标三角形单元号应该使刚性面的外法线方向指向接触面 接触问题 目标三角形单元号应该使刚性面的外法线方向指向接触面 外法线通过右手原则来定义外法线通过右手原则来定义 为了检查法线方向 显示单元坐标系为了检查法线方向 显示单元坐标系 命令 命令 PSYMS ESYS 1 GUI Utility menu plotctrls symbols 如果单元法向不指向接触面 选择单元反转表面的法向的方向 如果单元法向不指向接触面 选择单元反转表面的法向的方向 命令 命令 ESURF REVE GUI main menu preprocossor create Element on free surf 步骤步骤 4 定义柔性体的接触面 定义柔性体的接触面 为了定义柔性体的接触面 必须使用接触单元为了定义柔性体的接触面 必须使用接触单元 CONFA171 或或 CONFA172 对 对 2 D 或 或 CONTA173 或或 CONTA174 对 对 3 D 来定义表面 程序通过组成变 来定义表面 程序通过组成变 形体表面的接触单元来定义接触表面 接触单元与下面覆盖的变形体单元有同形体表面的接触单元来定义接触表面 接触单元与下面覆盖的变形体单元有同 样的几何特性 接触单元与下面覆盖的变形体单元必须处于同一阶次 低阶或样的几何特性 接触单元与下面覆盖的变形体单元必须处于同一阶次 低阶或 高阶 下面的变形体单元可能是实体单元 壳单元 梁单元或超单元 接触面高阶 下面的变形体单元可能是实体单元 壳单元 梁单元或超单元 接触面 可能壳或梁单元任何一边 可能壳或梁单元任何一边 与目标面单元一样 你必须定义接触面的单元类型 然后选择正确的实常数号与目标面单元一样 你必须定义接触面的单元类型 然后选择正确的实常数号 实常数号必须与它对应目标的实常数号相同 最后生成接触单元 实常数号必须与它对应目标的实常数号相同 最后生成接触单元 单元类型 单元类型 下面简单描述四种类型的接触单元下面简单描述四种类型的接触单元 CONTA171 这是一种 这是一种 2 D 2 个结点的低附线单元 可能位于个结点的低附线单元 可能位于 2 D 实体 实体 壳或梁单元的表面壳或梁单元的表面 CONTA172 这是一个 这是一个 2 D 的 的 3 结点的高阶抛物线形单元 可能位于有中结结点的高阶抛物线形单元 可能位于有中结 点的点的 2 D 实体或梁单元的表面实体或梁单元的表面 CONTA173 这是一个 这是一个 3 D 的 的 4 结点的低阶四边形单元可能位于结点的低阶四边形单元可能位于 3 D 实体实体 或壳单元的表面 它可能褪化成一个结点的三角形单元 或壳单元的表面 它可能褪化成一个结点的三角形单元 CONTA174 这是一个 这是一个 3 D 8 结点的高阶四边形单元 可能位于有中结点的结点的高阶四边形单元 可能位于有中结点的 3 D 实体或壳单元的表面 它可能褪化成实体或壳单元的表面 它可能褪化成 6 结点的三角形单元 结点的三角形单元 不能在高阶柔性体单元的表面上分成低阶接触单元 反之也不行 不能在高阶不能在高阶柔性体单元的表面上分成低阶接触单元 反之也不行 不能在高阶 接触单元上消去中结点 接触单元上消去中结点 命令 命令 ET GUI main menu preprocessor Element type Add Edit Delete 实常数和材料特性实常数和材料特性 在定义了单元类型之后 需要选择正确的实常数的设置 每个接触对的接触面在定义了单元类型之后 需要选择正确的实常数的设置 每个接触对的接触面 和目标面必须有相同的实常数号 而每个接触对必须有它自己不同的实常数号 和目标面必须有相同的实常数号 而每个接触对必须有它自己不同的实常数号 ANSYS 使用下面柔性体单元的材料特性来计算一个合适的接触 或罚 刚度 使用下面柔性体单元的材料特性来计算一个合适的接触 或罚 刚度 如果下面的单元是一个超单元 接触单元的材料的设置必须与超单元形成时的如果下面的单元是一个超单元 接触单元的材料的设置必须与超单元形成时的 原始结构单元相同 生成接触单元 我们既可以通过直接生成法生成接触单元 原始结构单元相同 生成接触单元 我们既可以通过直接生成法生成接触单元 也可以在柔性体单元的外表面上自动生成接触单元 我们推荐采用自动生成法 也可以在柔性体单元的外表面上自动生成接触单元 我们推荐采用自动生成法 这种方这种方 可以通过下面三个步骤来自动生成接触单元法更为简单和可靠 可以通过下面三个步骤来自动生成接触单元法更为简单和可靠 1 选择结点 选择结点 选择已划分网格的柔性体表面的结果 如果你确定某一部分结点永远不会接触选择已划分网格的柔性体表面的结果 如果你确定某一部分结点永远不会接触 到目标面 你可以忽略它以便减少计算时间 然而 你必须保证设有漏掉可能到目标面 你可以忽略它以便减少计算时间 然而 你必须保证设有漏掉可能 会接触到目标面的结点 会接触到目标面的结点 命令 命令 NSEL GUI main menu preprocessor create Element on free surf 2 生成接触单元 生成接触单元 命令 命令 ESURF GUI main menu preprocessor create Element on free surf 如果接触单元是附在已用实体单元划分网格的面或体上 程序会自动决定接触如果接触单元是附在已用实体单元划分网格的面或体上 程序会自动决定接触 计算所需的外法向 如果下面的单元是梁或壳单元 则必须指明哪个表面 上计算所需的外法向 如果下面的单元是梁或壳单元 则必须指明哪个表面 上 表面或下表面 是接触面表面或下表面 是接触面 命令 命令 ESURF TOP OR BOTIOM GUI main menu preprocessor create Element on free surf 使用上表面生成接触单元 则它们的外法向与梁或壳单元的法向相同 使用下使用上表面生成接触单元 则它们的外法向与梁或壳单元的法向相同 使用下 表面生成接触单元 则它们的外法向与梁或壳单元的法向相反 如果下面的单表面生成接触单元 则它们的外法向与梁或壳单元的法向相反 如果下面的单 元是实体单元 则元是实体单元 则 TOP 或或 BOTTOM 选项不起作用选项不起作用 3 检查接触单元外法线的方向 当程序进行是否接触的检查时 接触面的外法检查接触单元外法线的方向 当程序进行是否接触的检查时 接触面的外法 线方向是重要的 对线方向是重要的 对 3 D 单元 按结点程序号以右手定则来决定单元的外法向 单元 按结点程序号以右手定则来决定单元的外法向 接面的外法向应该指向目标面 否则 在开始分析计算时 程序可能会认为有接面的外法向应该指向目标面 否则 在开始分析计算时 程序可能会认为有 面的过度渗透而很难找到初始解 在此情况下 程序一般会立即停止执行 你面的过度渗透而很难找到初始解 在此情况下 程序一般会立即停止执行 你 可以检查单元外法线方向是否正确 可以检查单元外法线方向是否正确 命令 命令 PSYMB GUI Utility menu plotctrls symbols 当发现单元的外法线方向不正确时 必须通过倒不正确单元的结点号来改变当发现单元的外法线方向不正确时 必须通过倒不正确单元的结点号来改变 它们 它们 命令 命令 ESURF REVE GUI main menu preprocossor Create Elements on free surf 步骤步骤 5 设置实常数和单元关键字 设置实常数和单元关键字 程序使用九个实常数和好几个单元关键字来控制面程序使用九个实常数和好几个单元关键字来控制面 面接触单元的接触行为 面接触单元的接触行为 实常数实常数 9 个实常数中 两个 个实常数中 两个 R1 和和 R2 用采定义目标面单元的几何形状 乘下的 用采定义目标面单元的几何形状 乘下的 7 个用来控制接触行为 个用来控制接触行为 R1 和和 R2 定义目标单元几何形状定义目标单元几何形状 FKN 定义法向接触刚度因子定义法向接触刚度因子 FTOLN 定义最大的渗透范围定义最大的渗透范围 ICONT 定义初始靠近因子定义初始靠近因子 PINB 定义定义 Pinball 区域区域 PMIN 和和 PMAX 定义初始渗透的容许范围定义初始渗透的容许范围 TAUMAR 指定最大的接触摩擦指定最大的接触摩擦 命令 命令 R GUI main menu preprocessor real constant 对实常数对实常数 FKN FTOLN ICONT PINB PMAX 和 和 PMIN 你既可以定义 你既可以定义 一个正值也可以定义一个负值 程序将正值作为比例因子 将负值作为真实值 一个正值也可以定义一个负值 程序将正值作为比例因子 将负值作为真实值 程序将下面覆盖原单元的厚度作为程序将下面覆盖原单元的厚度作为 ICON FTOLN PINB PMAX 和和 PMIN 的参考值 例如对的参考值 例如对 ICON 0 1 表明初始间隙因子是表明初始间隙因子是 0 1 下面覆盖层单元的厚度 下面覆盖层单元的厚度 然而 然而 0 1 表明真实缝隙是表明真实缝隙是 0 1 如果下面覆盖层单元是超单元 则将接触单 如果下面覆盖层单元是超单元 则将接触单 元的最小长度作为厚度 元的最小长度作为厚度 单元关键字单元关键字 每种接触单元都饭知好几个关键字 对大多的接触问题缺省的关键字是合适的 每种接触单元都饭知好几个关键字 对大多的接触问题缺省的关键字是合适的 而在某些情况下 可能需要改变缺省值 来控制接触行为 而在某些情况下 可能需要改变缺省值 来控制接触行为 接触算法 罚函数接触算法 罚函数 拉格郎日或罚函数 拉格郎日或罚函数 KEYOPT 2 出现超单元时的应力状态 出现超单元时的应力状态 DEYOPT 3 接触方位点的位置接触方位点的位置 KEYOPI 4 刚度矩阵的选择刚度矩阵的选择 KEYOPT 6 时间步长控制时间步长控制 KEYOPT 7 初始渗透影响初始渗透影响 KEYOPT 9 接触表面情况接触表面情况 KEYOPT 12 命令 命令 KEYOPT ET GUI main menu preprocessor Elemant Type Add Edit Delete 选择接触算法 选择接触算法 对面对面 面的接触单元 程序可以使用扩增的拉格朗日算法或罚函数方法 通过面的接触单元 程序可以使用扩增的拉格朗日算法或罚函数方法 通过 使用单元关键字使用单元关键字 KETOPT 2 来指定 来指定 扩张的拉格朗日算法是为了找到精确的拉格朗日乘子而对罚函数修正项进行反扩张的拉格朗日算法是为了找到精确的拉格朗日乘子而对罚函数修正项进行反 复迭代 与罚函数的方法相比 拉格朗日方法不易引起病态条件 对接触刚度复迭代 与罚函数的方法相比 拉格朗日方法不易引起病态条件 对接触刚度 的灵敏度较小 然而 在有些分析中 扩增的拉格朗日方法可能需要更多的迭的灵敏度较小 然而 在有些分析中 扩增的拉格朗日方法可能需要更多的迭 代 特别是在变形后网格变得太扭曲时 代 特别是在变形后网格变得太扭曲时 使用拉格朗日算法的同时应使用实常数使用拉格朗日算法的同时应使用实常数 FTOLN FTOLN 为搠格朗日算法指定容许的最大渗艉 如果程序发现渗透大于此值时 为搠格朗日算法指定容许的最大渗艉 如果程序发现渗透大于此值时 即使不平衡力和位移增量已经满足了收敛准则 总的求解仍被当作不收敛处理 即使不平衡力和位移增量已经满足了收敛准则 总的求解仍被当作不收敛处理 FTLON 的缺省值为的缺省值为 0 1 你可以改变这个值 但要注意如果此值太小可能会造 你可以改变这个值 但要注意如果此值太小可能会造 成太多的迭代次数或者不收敛 成太多的迭代次数或者不收敛 决定接触刚度决定接触刚度 所有的接触问题都需要定义接触刚度 两个表面之间渗量的大小取决了接触刚所有的接触问题都需要定义接触刚度 两个表面之间渗量的大小取决了接触刚 度 度 过大的接触刚度可能会引起总刚矩阵的病态 而造成收敛困难 过大的接触刚度可能会引起总刚矩阵的病态 而造成收敛困难 一般来谘 一般来谘 应该选取足够大的接触刚度以保证接触渗透小到可以接受 但同时又应该让接应该选取足够大的接触刚度以保证接触渗透小到可以接受 但同时又应该让接 触刚度足够小以使不会引起总刚矩阵的病态问题而保证收敛性 触刚度足够小以使不会引起总刚矩阵的病态问题而保证收敛性 程序会根据变形体单元的材料特性来估计一个缺省的接触刚度值 你能够用实程序会根据变形体单元的材料特性来估计一个缺省的接触刚度值 你能够用实 常数常数 FKN 来为接触刚度指定一个比例因子或指定一个真正的值 比例因子一般来为接触刚度指定一个比例因子或指定一个真正的值 比例因子一般 在在 0 01 和和 10 之间 当避免过多的迭代次数时 应该尽量使渗透到达极小值 之间 当避免过多的迭代次数时 应该尽量使渗透到达极小值 为了取得一个较好的为了取得一个较好的接触刚度值 又可需要一些经验接触刚度值 又可需要一些经验 你可以按下面的步骤过 你可以按下面的步骤过 行 行 1 开始时取一个较低的值 低估些值要比高估些值好因为由一个较低的接触刚 开始时取一个较低的值 低估些值要比高估些值好因为由一个较低的接触刚 度导致的渗透问题要比度导致的渗透问题要比 过高的接触刚度导致的收敛性困难 要容易解决 过高的接触刚度导致的收敛性困难 要容易解决 2 对前几个子步进行计算 对前几个子步进行计算 3 检查渗透量和每一子步中的平衡迭代次数 如果总体收敛困难是由过大的渗 检查渗透量和每一子步中的平衡迭代次数 如果总体收敛困难是由过大的渗 透引起的 而不是由不平衡力和位移增量引起的 那么可能低估了透引起的 而不是由不平衡力和位移增量引起的 那么可能低估了 FKN 的值的值 或者是将或者是将 FTOLN 的值取得大小 如果总体的收敛困难是由于不平衡力和位移的值取得大小 如果总体的收敛困难是由于不平衡力和位移 增量达到收敛值需要过多的迭代次数 而不是由于过大的渗透量 那么增量达到收敛值需要过多的迭代次数 而不是由于过大的渗透量 那么 FKN 的的 值可能被高估 值可能被高估 4 按需要调查 按需要调查 FKN 或或 FTOLN 的值 重新分析 的值 重新分析 选择摩擦类型选择摩擦类型 在基本的库仑摩擦模型中 两个接触面在开始相互滑动之前 在它们的界面上在基本的库仑摩擦模型中 两个接触面在开始相互滑动之前 在它们的界面上 会有达到某一大小的剪应力产生 这种状态则作粘合状态 会有达到某一大小的剪应力产生 这种状态则作粘合状态 stick 库仑摩擦模库仑摩擦模 型定义了一个等效剪应力 一旦剪应力超过此值后 两个表面之间将开始相型定义了一个等效剪应力 一旦剪应力超过此值后 两个表面之间将开始相 互滑动 这种状态 叫作滑动状态 互滑动 这种状态 叫作滑动状态 Sliding 粘合 粘合 滑动计算决定什么时候一滑动计算决定什么时候一 个点从粘合状态到滑动状态或从滑动状态变到粘合状态 摩擦系数可以是任一个点从粘合状态到滑动状态或从滑动状态变到粘合状态 摩擦系数可以是任一 非负值 程序缺省值为表面之间无摩擦 对非负值 程序缺省值为表面之间无摩擦 对 rough 或或 bonded 接触接触 KEYOPT 2 1 或 或 3 程序将不管给定的 程序将不管给定的 MV 值而认为摩擦阻力无限值而认为摩擦阻力无限 大 大 程序提供了一个不管接触压力的故而人为指定最大等效剪应力的选项 如果等程序提供了一个不管接触压力的故而人为指定最大等效剪应力的选项 如果等 效剪应力达到此值时 滑动发生 看图效剪应力达到此值时 滑动发生 看图 1 为了指定接触界面上最大许可剪应 为了指定接触界面上最大许可剪应 力 设置常数力 设置常数 TAUMAX 缺省为 缺省为 1 0E20 这种限制剪应力的情况一般用于 这种限制剪应力的情况一般用于 接触压力非常大的时候 以至于用库仑理论计算出的界面剪应力超过了材料的接触压力非常大的时候 以至于用库仑理论计算出的界面剪应力超过了材料的 屈服极限 一对屈服极限 一对 TAUMAX 的一个合理高估为的一个合理高估为 是材料的是材料的 mises 屈服应力 屈服应力 图图 1 摩擦模式摩擦模式 对无摩擦对无摩擦 rough 和和 bonded 接触 接触单元刚度矩阵是对称的 而涉及到摩擦接触 接触单元刚度矩阵是对称的 而涉及到摩擦 的接触问题产生一个不对称的刚度 而在每次迭代使用不对称的求解器比对称的接触问题产生一个不对称的刚度 而在每次迭代使用不对称的求解器比对称 的求解器需要更多的计算时间 因此的求解器需要更多的计算时间 因此 ANSYS 程序采用对称化算法 通过采用程序采用对称化算法 通过采用 这种算法大多的摩擦接触问题能够使用对称系统的求解器来求解 如果摩擦应这种算法大多的摩擦接触问题能够使用对称系统的求解器来求解 如果摩擦应 力在整个位移范围内有相当大的影响 并且摩擦应力的大小高度依赖于求解过力在整个位移范围内有相当大的影响 并且摩擦应力的大小高度依赖于求解过 程 对刚度阵的任何对称近似都可能导致收敛性的降低 在这种情况下 程 对刚度阵的任何对称近似都可能导致收敛性的降低 在这种情况下 选择选择 不对称求解选项 不对称求解选项 KEYOPT 6 1 来改善收敛性 来改善收敛性 选择检查接触与否的位置选择检查接触与否的位置 接触检查点位于接触单元的积分点上 在积分点上 接触单元不渗透进入目标接触检查点位于接触单元的积分点上 在积分点上 接触单元不渗透进入目标 面 然而 目标面能渗透进入接触面 看图面 然而 目标面能渗透进入接触面 看图 2 图图 2 接触检查点位于高斯接触检查点位于高斯 积分点上积分点上 ANSYS 面面 接触单元使用接触单元使用 GAUSS 积分点作为缺省值 积分点作为缺省值 GAUSS 积分点通常会积分点通常会 比比 Newton Cotes robatto 结点积分项产生更精确的结果 结点积分项产生更精确的结果 Newton cotes lobatto 使用结点本身作为积分点 通过使用结点本身作为积分点 通过 KEYOPT 4 来选择 你想使 来选择 你想使 用的方法 然而 使用结点本身作为积分点仅应该用于角接触问题 看图用的方法 然而 使用结点本身作为积分点仅应该用于角接触问题 看图 3 图图 3 接触检查点位于高接触检查点位于高 斯结点上斯结点上 然而 使用结点作为接触发现点 可能会导致其它的收敛性问题 例如然而 使用结点作为接触发现点 可能会导致其它的收敛性问题 例如 滑脱滑脱 结点滑下目标面的边界 看图 结点滑下目标面的边界 看图 4 对大多的点 对大多的点 面的接触问题 我们推荐使用面的接触问题 我们推荐使用 其它的点其它的点 面的接触单元 例如面的接触单元 例如 CONTA26 CONTA48 和和 CONTA49 图图 4 结点滑脱结点滑脱 调整初始接触条件调整初始接触条件 在动态分析中 刚体运动一般不会引起问题 然而在静力分析中 当物体没有在动态分析中 刚体运动一般不会引起问题 然而在静力分析中 当物体没有 足够的约束时会产生刚体运动 有可能引起错误而终止计算 足够的约束时会产生刚体运动 有可能引起错误而终止计算 在仅仅通过接触的出现来约束刚体运动时 必须保证在初始几何体中 接触对在仅仅通过接触的出现来约束刚体运动时 必须保证在初始几何体中 接触对 是接触的 换句话说 你要建立模型以便接触对是是接触的 换句话说 你要建立模型以便接触对是 刚好接触刚好接触 的 然而这样作的 然而这样作 可能会遇到以下问题 可能会遇到以下问题 刚体外形常常是复杂的 很难决定第一个接触点发生在哪儿刚体外形常常是复杂的 很难决定第一个接触点发生在哪儿 既使实体模型是在初始接触状态 在网格划分后余于数值舍入误差 两个面的既使实体模型是在初始接触状态 在网格划分后余于数值舍入误差 两个面的 单元网格之间也可能会产生小的缝隙 单元网格之间也可能会产生小的缝隙 接触单元的积分点和目标单元之间可能有小的缝隙 接触单元的积分点和目标单元之间可能有小的缝隙 同理 在目标面和接触面之间可能发生过大的初始渗透 在这种情况下 接触同理 在目标面和接触面之间可能发生过大的初始渗透 在这种情况下 接触 单元可能会高估接触力 导致不收敛或单元可能会高估接触力 导致不收敛或 民接触面之间脱离开接触关系 定义初民接触面之间脱离开接触关系 定义初 始接触也许是建立接触分析模型时最重要的方面 因此 程序提供了几种方法始接触也许是建立接触分析模型时最重要的方面 因此 程序提供了几种方法 来调整接触对的初始接触条件 来调整接触对的初始接触条件 注意 下面的技巧可以在开始分析时独立执行成几个联合起来执行 它们是为注意 下面的技巧可以在开始分析时独立执行成几个联合起来执行 它们是为 了消除由于生成网格造成的数值舍入误差而引起的小缝隙或渗透 而不是为了了消除由于生成网格造成的数值舍入误差而引起的小缝隙或渗透 而不是为了 改正网格或几何数据的错误 改正网格或几何数据的错误 1 使用实常数 使用实常数 ICONT 来指定一个好的初始接触环 初始接触环是指沿着目标来指定一个好的初始接触环 初始接触环是指沿着目标 面的面的 调整环调整环 的深度 如果没有人为指定的深度 如果没有人为指定 ICONT 的值 程序会根据几何尺寸的值 程序会根据几何尺寸 来给来给 ICONT 提供一个小值 同时输出一个表时什么值被指定的警告信息 对提供一个小值 同时输出一个表时什么值被指定的警告信息 对 ICONT 一个正值表示相对于下面变形体单元厚度的比例因子 一个负值表示接一个正值表示相对于下面变形体单元厚度的比例因子 一个负值表示接 触环的真正值 任何落在触环的真正值 任何落在 调整环调整环 敬域内的接触检查点被自动移到目标面上 敬域内的接触检查点被自动移到目标面上 看图 看图 5 a 建议使用一个小的 建议使用一个小的 ICONT 值否则 可能会发生大的不连续 看值否则 可能会发生大的不连续 看 图图 5 b 图图 5 用用 ICON 进行接触面的调整进行接触面的调整 a 调整前调整前 b 调整后调整后 2 使用实常数 使用实常数 PMIN 和和 PMAX 来指定初始容许的渗透范围 当指定来指定初始容许的渗透范围 当指定 PMAX 或或 PMIN 后 在开始分析时 程序会将目标面移到初始接触状态 如果初始渗透后 在开始分析时 程序会将目标面移到初始接触状态 如果初始渗透 大于大于 PMAX 程序会调整目标面的减少渗透 接触状态的初始调节仅仅通过平 程序会调整目标面的减少渗透 接触状态的初始调节仅仅通过平 移来实现 移来实现 对给定载或给定位移的刚性目标面将会执行初始接触状态的初始调节 同样 对给定载或给定位移的刚性目标面将会执行初始接触状态的初始调节 同样 对没有指定边界条件的目标面也可以进行初始接触的调整 对没有指定边界条件的目标面也可以进行初始接触的调整 当目标面上的节点 有给的零位移值时 使用当目标面上的节点 有给的零位移值时 使用 PMAX 和和 PMIN 的初始调节将不的初始调节将不 会被执行 会被执行 注意 注意 ANSYS 程序独立地处理目标面上节点的自由度 例如 如果你指定自程序独立地处理目标面上节点的自由度 例如 如果你指定自 中度中度 UX 值为值为 0 那么 沿着 那么 沿着 X 方向就没有初始调查 然而 在方向就没有初始调查 然而 在 Y 和和 Z 方向方向 仍然会激活仍然会激活 PMAX 和和 PMIN 选项 选项 初始状态调整是一个迭代过程 程序最多进行初始状态调整是一个迭代过程 程序最多进行 20 次迭代 如果目标面不能进次迭代 如果目标面不能进 入可接受的渗透范围 程序会给出一个警告信息 你可能需要调整你的初始几入可接受的渗透范围 程序会给出一个警告信息 你可能需要调整你的初始几 何模型 何模型 图图 6 给出了一个初始接触调整迭代失败的例子 目标面的给出了一个初始接触调整迭代失败的例子 目标面的 UY 被约束住 因此 被约束住 因此 初始接触唯一容许的调整是在初始接触唯一容许的调整是在 X 方向 然而 在这个问题中 刚性目标面在方向 然而 在这个问题中 刚性目标面在 X 方向的任何运动都不会引起初始接触 方向的任何运动都不会引起初始接触 图图 6 一个初始调整一个初始调整 失败的例子失败的例子 3 设置 设置 KEYOPI 9 1 来消除初始渗透 看图来消除初始渗透 看图 7 图图 7 消除初始始渗消除初始始渗 透透 在某些情况下 例如过盈装配问题 期望有过度的渗 为了缓解收敛性困难 在某些情况下 例如过盈装配问题 期望有过度的渗 为了缓解收敛性困难 在第一个载荷步中设置在第一个载荷步中设置 KEYOTI 9 2 来使过度渗透渐进到来使过度渗透渐进到 0 看图 看图 8 当使 当使 用这种方法时 在第一个载步中不要给定其它任何载荷 也就是说要保证载荷用这种方法时 在第一个载步中不要给定其它任何载荷 也就是说要保证载荷 是渐进的 是渐进的 KBC 0 图图 8 渐进初始渗透渐进初始渗透 在开始分析时 程序会给出每个目标面的初始接触状态的输出信息 在输出在开始分析时 程序会给出每个目标面的初始接触状态的输出信息 在输出 窗口或输出文件中 这个信息有助于决定每个目标面的最大渗透成最小间隙 窗口或输出文件中 这个信息有助于决定每个目标面的最大渗透成最小间隙 对于给定的目标面如果没有发现接触 可能是目标面离接触面太远 超出了对于给定的目标面如果没有发现接触 可能是目标面离接触面太远 超出了 Piaball 区域或者是接触区域或者是接触 目标单元已经被杀死 目标单元已经被杀死 决定接触状态和决定接触状态和 Pinball 区域 区域 接触单元相对于目标面的运动和位置决定了接触单元的状态 程序检测每个接接触单元相对于目标面的运动和位置决定了接触单元的状态 程序检测每个接 触单元并给出一种状态触单元并给出一种状态 STAT 0 未合的远区接触未合的远区接触 STAT 1 未合的近区接触未合的近区接触 STAT 2 滑动接触滑动接触 STAT 3 粘合接触粘合接触 当目标面进入当目标面进入 pinball 区域后 接触单元就被当作未合上的近区域接触 区域后 接触单元就被当作未合上的近区域接触 pinball 区域是以接触单元的积分点为中心的 使用实常数区域是以接触单元的积分点为中心的 使用实常数 PINB 来为来为 pinball 指定一个比例因子 正值 或其实值 负值 缺省时 程序将指定一个比例因子 正值 或其实值 负值 缺省时 程序将 pinball 区域区域 定义为一个以定义为一个以 4 变形体单元厚度为半径的圆 对变形体单元厚度为半径的圆 对 2 D 问题 或球 对问题 或球 对 3 D 问题 问题 检查接触的计算时间依赖于检查接触的计算时间依赖于 pinball 区域的大小 远区接触单元的计算是简单区域的大小 远区接触单元的计算是简单 的且计算时间较少 近区接触计算将要接触的接触单元是较慢的的且计算时间较少 近区接触计算将要接触的接触单元是较慢的 并是较复杂 并是较复杂 当单元已经接触时 计算最为复杂 当单元已经接触时 计算最为复杂 如果刚性面有好几个凸形区域 为了克服伪接触定义 设置一个合适的如果刚性面有好几个凸形区域 为了克服伪接触定义 设置一个合适的 pinball 区域是有用的 名而对大多数问题 缺省值是合适的区域是有用的 名而对大多数问题 缺省值是合适的 选择表面作用模式选择表面作用模式 通过设置通过设置 kcyopt 12 来选择下面的某种作用模式来选择下面的某种作用模式 法问单边接触法问单边接触 KEYOPT 12 0 粗糙接触粗糙接触 用来模拟无滑动的 表面相当粗糙的摩擦接触问题 这种设置对应 用来模拟无滑动的 表面相当粗糙的摩擦接触问题 这种设置对应 于摩擦系数无限大 于摩擦系数无限大 MU 因此用户定义的摩擦系的 因此用户定义的摩擦系的 MU 被忽略 被忽略 KEYOPT 12 1 不分开的接触不分开的接触 用来模拟那种一是接触就再不分开的问题 这种不分开是指对 用来模拟那种一是接触就再不分开的问题 这种不分开是指对 法方接触而言 允许有相对滑动 法方接触而言 允许有相对滑动 KEYOPT 12 2 绑定接触绑定接触 用来模拟那种接触一是发生表面在所省方向都被绑定的问题 一旦用来模拟那种接触一是发生表面在所省方向都被绑定的问题 一旦 接触就再也不能脱开也不允许有相对滑动 接触就再也不能脱开也不允许有相对滑动 KEYOPT 12 3 用超单元建立接触模型用超单元建立接触模型 面一面的接触单元能模拟刚体和另一个有面一面的接触单元能模拟刚体和另一个有 的运动的线