ANSYS非线性基础培训手册Basic7

1、Training Manual接触介绍接触介绍Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual什么是接触什么是接触? 当两个分离的表面互相碰触并互切当两个分离的表面互相碰触并互切时时, 就称它们处于就称它们处于接触状态接触状态. 在一般的物理意义中在一般的物理意义中, 处于接触状处于接触状态的表面有下列特点态的表面有下列特点: 不互相穿透不互相穿透. 能够传递法向压力和切向摩擦力能够传递法向压力和切

2、向摩擦力. 通常不传递法向拉力通常不传递法向拉力. 因此因此, 它们相互间可以自由地分开并远离它们相互间可以自由地分开并远离.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 本章将通过以下主题介绍非线性接触分析本章将通过以下主题介绍非线性接触分析:A. 基本概念基本概念B. 利用接触向导利用接触向导C. 求解求解D. 后处理后处理E. 练习练习F. 装配接触装配接触 目的是通过目的是通过“简单简单

3、”(容易收敛容易收敛)模型模型, 介绍接触分介绍接触分析过程析过程. 另外另外, 用于处理难度更大的模型的高级用于处理难度更大的模型的高级接触分析接触分析, 在在高级接触和螺栓预紧高级接触和螺栓预紧 培训手册中讨培训手册中讨论论.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 接触是接触是状态改变状态改变 非线性非线性. 也就是说也就是说, 系统的刚度系统的刚度依赖于接触状态依赖于接触状态:状态状

4、态 = 开开状态状态 = 闭合和粘闭合和粘结结状态状态= 闭合和滑动闭合和滑动Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 接触是强非线性接触是强非线性, 因为随着接触状态的改变因为随着接触状态的改变, 接接触表面的法向和切向刚度都有显著的变化触表面的法向和切向刚度都有显著的变化. 刚度方面大的突变通常会导致严重的收敛困难刚度方面大的突变通常会导致严重的收敛困难.uF开接触开接触闭接触闭接触Ba

5、sic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 其它使接触分析复杂化的因素包括其它使接触分析复杂化的因素包括: 典型地典型地, 在分析开始时在分析开始时, 接触区域接触区域未知未知. 大多数接触问题包括大多数接触问题包括摩擦摩擦. 摩擦是路径相关的摩擦是路径相关的(能量耗散能量耗散)现象现象, 需要用较小的时间步和精需要用较小的时间步和精确的载荷历史确的载荷历史. 摩擦响应可能是混沌的摩擦响应可能是混

6、沌的, 使求解收敛困难使求解收敛困难. 除了和其他部件接触除了和其他部件接触, 部件可能是部件可能是无约束无约束 的的. 在建立接触之前在建立接触之前, 这样的部件初始为无约束自由体这样的部件初始为无约束自由体, 整体刚度整体刚度为零为零. 静态分析中静态分析中, 无约束自由体在数学上是不稳定的无约束自由体在数学上是不稳定的, 求解求解“溢出溢出”.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual

7、幸好幸好, 目前的目前的 ANSYS 接触技术能够相当容易地接触技术能够相当容易地分析类型广泛的接触模型分析类型广泛的接触模型. 许多模型只需很少的用户参与就能成功地求解许多模型只需很少的用户参与就能成功地求解. 对于那些显示出收敛行为比较困难的模型对于那些显示出收敛行为比较困难的模型, 有丰有丰富的接触单元选项来帮助克服这样的困难富的接触单元选项来帮助克服这样的困难. 在在高级接触和螺栓预紧高级接触和螺栓预紧 培训手册中讨论了这些更高级培训手册中讨论了这些更高级的内容的内容.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlin

8、earities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual接触分类接触分类 接触问题通常分为两类接触问题通常分为两类: 刚性体刚性体 -柔性体柔性体 和和柔性体柔性体 -柔性体柔性体. 刚性体刚性体 - 柔性体柔性体 一个或更多的接触表面看作刚性体一个或更多的接触表面看作刚性体(一个表面与其它表一个表面与其它表面相比面相比, 刚度显然要大得多刚度显然要大得多.). 许多金属成形问题可归许多金属成形问题可归为此类为此类. 不计算刚性体内的应力不计算刚性体内的应力 柔性体柔性体 - 柔性体柔性体 两个或所有的接触体都可变形两个或

9、所有的接触体都可变形(所有表面的刚度相近所有表面的刚度相近). 螺栓结合凸缘连接就是柔性体螺栓结合凸缘连接就是柔性体 - 柔性体接触的例子柔性体接触的例子.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual刚性体刚性体 -柔性体接触柔性体接触刚性表面刚性表面变形体变形体Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities

10、 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual柔性体柔性体 -柔性体接触柔性体接触花键轴过盈配合花键轴过盈配合, 两个零件两个零件都是柔体都是柔体.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual接触协调接触协调 实际接触体相互不穿透实际接触体相互不穿透. 因此因此, 程序必须在这两程序必须在这两个面间建立一种关系个面间建立一种关系,

11、 防止它们在有限元分析中防止它们在有限元分析中相互穿过相互穿过. 当程序防止相互穿透时当程序防止相互穿透时, 称之为称之为强制接触协调强制接触协调.F目标面目标面接触面接触面当没有强制接触协调时当没有强制接触协调时, 发生穿透发生穿透. FBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual接触协调接触协调 罚函数法罚函数法 强制接触协调的强制接触协调的罚函数法罚函数法, 用一个接触用一个接触“弹簧弹簧

12、”在两个面间建立关系在两个面间建立关系. 弹簧刚度称为弹簧刚度称为惩罚参数惩罚参数, 或者更通俗一点或者更通俗一点, 就是就是接触刚接触刚度度. 当面分开时当面分开时(开状态开状态), 弹簧弹簧不起作用不起作用；当面开始穿透时；当面开始穿透时(闭合闭合), 弹簧起作用弹簧起作用.弹簧偏移量弹簧偏移量 满足平衡方程满足平衡方程:F = k 式中式中 k 是接触刚度是接触刚度.F Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Tr

13、aining Manual 接触协调接触协调 罚函数法罚函数法 数学上要求有限的穿透量数学上要求有限的穿透量 在交界面处产生接触在交界面处产生接触力力. 平衡需要此接触力平衡需要此接触力. 因此因此, 为了平衡为了平衡, 必须大于零必须大于零. 然而然而, 实际的接触体相互不穿透实际的接触体相互不穿透. 因此因此, 为了最高的精度为了最高的精度, 目的是使发生在接触界目的是使发生在接触界面处的穿透量最小面处的穿透量最小. 最小的穿透给出最大的精度最小的穿透给出最大的精度. 这意味着这意味着, 理想的接触刚度应该是个非常大的值理想的接触刚度应该是个非常大的值. 然而然而, 值太大会引起收敛困难值

14、太大会引起收敛困难.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 如果接触刚度太大如果接触刚度太大, 一个微小的穿透将会产生一个过大的一个微小的穿透将会产生一个过大的接触力接触力, 在下一次迭代中可能会将接触面推开在下一次迭代中可能会将接触面推开. 用太大的接触刚度通常会导致收敛振荡用太大的接触刚度通常会导致收敛振荡, 并且常会发散并且常会发散.迭代迭代 n迭代迭代 n+1FFF F接触接触F迭

15、代迭代 n+2Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual接触协调接触协调 lagrange乘子法乘子法 另外一种方法另外一种方法, lagrange乘子乘子 法法, 增加一个附加自增加一个附加自由度由度 (接触压力接触压力),来满足不可穿透条件来满足不可穿透条件.FBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlineariti

16、es 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual接触协调接触协调 增广增广 lagrange法法 多数多数 ANSYS 接触单元可以将罚函数法和接触单元可以将罚函数法和 lagrange乘子法结合起来强制接触协调乘子法结合起来强制接触协调. 称之为称之为增增广广 lagrange法法. 在迭代的开始在迭代的开始, 接触协调基于惩罚刚度确定接触协调基于惩罚刚度确定. 一一旦达到平衡旦达到平衡, 检查检查穿透容差穿透容差. 此时此时, 如果有必要如果有必要, 接触压力增加接触压力增加, 迭代继续迭代继续.F穿透容差穿透容差Basi

17、c Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 接触协调接触协调 增广增广 lagrange法法 由于平衡由于平衡, 矫正穿矫正穿透量透量.在矫正阶段发生振荡在矫正阶段发生振荡.增大接触应力增大接触应力, 减减少穿透量少穿透量.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural N

18、onlinearities 11.0Training Manual面面 - 面接触单元面接触单元 ANSYS 中最常用的接触单元是中最常用的接触单元是面面-面单元面单元. Targe169 和和 170 刚性或可变形的目标面刚性或可变形的目标面 Conta171 到到 174 可变形的接触面可变形的接触面 这些单元非常适合面这些单元非常适合面-面接触的情况面接触的情况, 如过盈装配如过盈装配接触接触, 啮合接触啮合接触, 锻造和深拉锻造和深拉.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basi

19、c Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 面面-面接触单元面接触单元 这些接触单元采用这些接触单元采用接触对接触对 概念概念, 接触对由接触对由目标面目标面 和和接触面接触面 组成组成. 面面-面接触单元象皮肤一样覆盖在下面的有限元模型上面接触单元象皮肤一样覆盖在下面的有限元模型上. 用独立的单元类型定义目标面和接触面用独立的单元类型定义目标面和接触面. 接触对通过接触对通过共用实常数组共用实常数组 来识别来识别.接触面上的接触单元接触面上的接触单元 (实常数实常数 = N )目标面上的目标单元目标面上的目标单元 (实常数实常数 = N )

20、Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 面面-面接触单元面接触单元 ANSYS 支持支持刚性体刚性体-柔性体柔性体 和和柔性体柔性体-柔性体柔性体 的面的面-面接触面接触模型模型. 柔性体柔性体-柔性体接触模型有柔性体接触模型有可变形的可变形的 目标面目标面, 只要目标单只要目标单元覆盖在可变形的单元上元覆盖在可变形的单元上, 就创建了目标面就创建了目标面. 刚性体刚性体-柔性体接触模型有

21、柔性体接触模型有刚性目标面刚性目标面, 该目标面不覆盖在该目标面不覆盖在任何可变形的单元上任何可变形的单元上.刚性目标单元刚性目标单元接触单元接触单元下层网格下层网格Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 面面-面接触单元面接触单元 面面-面接触单元用面接触单元用增广增广 lagrange法法 强制接触协调强制接触协调( 缺省缺省). 广义广义 lagrange 法采用接触刚度和穿透容差法

22、采用接触刚度和穿透容差. 对于对于“简单简单”接触模型接触模型, 正常情况需要给出接触正常情况需要给出接触对的三个特征对的三个特征: 接触刚度值接触刚度值. 穿透容差值穿透容差值. 还需要确定接触对中哪一个面应该是还需要确定接触对中哪一个面应该是目标面目标面, 哪一个哪一个面应该是面应该是接触面接触面.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual接触刚度接触刚度接触刚度接触刚度 是影响精度和收敛

23、行为的最重要的参数是影响精度和收敛行为的最重要的参数. 已经知道较大的刚度精度高已经知道较大的刚度精度高, 但收敛困难但收敛困难. 必须仔细地确定一个适当的接触刚度值必须仔细地确定一个适当的接触刚度值. “最好的最好的”值经常是与问题相关的值经常是与问题相关的. 程序提供的缺省值可能不适合程序提供的缺省值可能不适合. 可能要求做一些试验去确定一个适当的值可能要求做一些试验去确定一个适当的值, 使产生的收使产生的收敛解具有可以接受的精度敛解具有可以接受的精度.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 1

24、1.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 接触刚度接触刚度 对于面对于面-面接触单元面接触单元, 用一个系数用一个系数 (FKN)给出接触刚度给出接触刚度. 也也就是说就是说, 程序通过对下层单元的刚度乘以该系数来确定接程序通过对下层单元的刚度乘以该系数来确定接触刚度触刚度. k接触接触t = FKN x f(k下层下层) 对于面对于面-面接触单元面接触单元, 接触刚度的单位是单位面积的刚度接触刚度的单位是单位面积的刚度, 或或(F/L)/(L2). 接触刚度的一个较好值经常通过使接触刚度等于下层单元接触刚度的一个较好值经常通

25、过使接触刚度等于下层单元的刚度获得的刚度获得. 作为起始估计作为起始估计, 尝试尝试: 对于接触中的大块实体对于接触中的大块实体, FKN = 1.0. 对于柔性较大对于柔性较大(弯曲为主弯曲为主)的部件的部件, FKN = 0.1.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 接触刚度接触刚度 有时有时, 一个模型的不同区域可能需要有不同的接一个模型的不同区域可能需要有不同的接触刚度触刚度.大

26、块实体接触大块实体接触; 试用试用 FKN = 1.0柔性接触柔性接触; 试用试用 FKN = 0.1Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 接触刚度接触刚度 需要确定结果对接触刚度是否敏感需要确定结果对接触刚度是否敏感. 选择一个好的刚度值可能需要一些试验选择一个好的刚度值可能需要一些试验,下面的步下面的步骤可以用于静态、非路径相关分析的指南骤可以用于静态、非路径相关分析的指南:1. 改

27、变接触单元选项改变接触单元选项, 允许接触刚度在重启动期间可以允许接触刚度在重启动期间可以修改修改, KEYOPT(10)=1.2. 开始时采用一个开始时采用一个“软的软的” FKN 可以帮助克服收敛困难可以帮助克服收敛困难. 3. 运行此分析运行此分析, 直到最终载荷直到最终载荷.4. 检查对分析比较重要的一些结果检查对分析比较重要的一些结果(等效应力等效应力,接触压力接触压力等等).Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 1

28、1.0Training Manual 接触刚度接触刚度5. 增大增大 FKN 并并重启动重启动求解求解.6. 再检查结果再检查结果.7. 重复步骤重复步骤5和和6, 直到达到所预期的收敛直到达到所预期的收敛.SEQVFKN寻找寻找 FKN 值值, 超过此值超过此值, 结果结果不发生显著的改变不发生显著的改变.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 接触刚度接触刚度 作为一个例子作为一个例子

29、, 对于一个轴上套环的过盈配合分对于一个轴上套环的过盈配合分析析, FKN 是变化的是变化的.等效等效von Mises应力的最大值应力的最大值被监控被监控. 在这种特殊情况下在这种特殊情况下, FKN1.0 经证明可以给出足经证明可以给出足够的精度够的精度.FKNMax. SEQV0.0014,0000.0120,0000.165,000191,0001092,90010093,000Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 1

30、1.0Training Manual请参考请参考附加练习附加练习: W14. 接触介绍接触介绍 - 接触刚度研究接触刚度研究 (FKN)Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual穿透容差穿透容差穿透容差穿透容差 也影响收敛和精度也影响收敛和精度, 尽管影响程度没有尽管影响程度没有接触刚度大接触刚度大. 当穿透容差严格时当穿透容差严格时, 精度可以改善精度可以改善, 但是更难以收敛但是更难以收敛

31、. 和刚度一样和刚度一样, 以以系数系数 (FTOLN)的方的方式确定穿透容差式确定穿透容差. 程序通过将下层单元的深度程序通过将下层单元的深度(h)乘以所乘以所给出的系数确定穿透容差给出的系数确定穿透容差.容差容差 = FTOLN x hBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 穿透容差穿透容差 不要用一个软不要用一个软 FKN 和一个紧和一个紧 FTOLN. 如果接触刚度达到强制协调的最

32、好效果如果接触刚度达到强制协调的最好效果, 通常会得到最通常会得到最好的收敛行为好的收敛行为. 用合理的刚度值用合理的刚度值 FKN. 用合理的用合理的 FTOLN 值值“协调协调”穿透穿透. 太小的太小的 FTOLN 值将导致收敛困难值将导致收敛困难. 千万别用太千万别用太小的容差值小的容差值! 增大惩罚刚度增大惩罚刚度 (FKN)将减少穿透将减少穿透. 尽管增大尽管增大 FKN 100倍通常相应地会减少穿透倍通常相应地会减少穿透, 然然而其它重要项而其它重要项, 如接触压力如接触压力, 可能至少会改变可能至少会改变 5%.Basic Structural Nonlinearities 11

33、.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual请参考请参考附加练习附加练习: W15. 接触介绍接触介绍- 穿透容差研究穿透容差研究 (FTOLN)Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual指定接触和目标面指定接触和目标面 程序通过一组离散的接触点程序通过一组离散

34、的接触点(单元高斯点单元高斯点)定义定义接接触面触面. 程序将程序将目标面目标面定义为连续面定义为连续面. 两个面可以在高斯点之间相互穿透而不识别接触两个面可以在高斯点之间相互穿透而不识别接触, 这会引起误差这会引起误差.目标面目标面接触面接触面在高斯点之间在高斯点之间,目标面可以穿目标面可以穿透接触面透接触面.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 指定接触和目标面指定接触和目标面 通过

35、仔细地指定目标和接触面通过仔细地指定目标和接触面, 可以减少不能识可以减少不能识别的穿透别的穿透. 然而然而, 对于刚性体对于刚性体-柔性体接触柔性体接触, 目标面和接触面目标面和接触面的选择是不能改变的的选择是不能改变的. 刚性面必须刚性面必须总是总是 目标面目标面.钢轴钢轴(刚性刚性)必须是目标必须是目标橡胶罩橡胶罩(柔性柔性)必须是接触面必须是接触面Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manu

36、al 指定接触和目标面指定接触和目标面 对于柔性体对于柔性体-柔性体接触柔性体接触, 通过使接触点数达到最通过使接触点数达到最大可以获得最好的精度大可以获得最好的精度. 当指定柔性体当指定柔性体-柔性体接柔性体接触的接触面和目标面时触的接触面和目标面时, 按如下准则进行按如下准则进行: 如果一个面网格粗如果一个面网格粗, 另一个面网格细另一个面网格细, 粗网格面应该是粗网格面应该是目标面目标面. 考虑如果颠倒此指定考虑如果颠倒此指定, 会发生什么现象会发生什么现象:xxxx如果更细的网格是目标面如果更细的网格是目标面, 它将跨过高斯点它将跨过高斯点“下垂下垂”, 象图示那样穿透象图示那样穿透.

37、Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 指定接触和目标面指定接触和目标面 指定接触和目标面的其它准则指定接触和目标面的其它准则: 如果一个凸面与一个平面或凹面进入接触如果一个凸面与一个平面或凹面进入接触, 平面和凹面平面和凹面应该是目标面应该是目标面. 如果一个面比另一个面更硬如果一个面比另一个面更硬, 较硬的面应该是目标面较硬的面应该是目标面. 如果一个面是高阶如果一个面是高阶, 另一个

38、面是低阶另一个面是低阶, 低阶面应该是目低阶面应该是目标面标面. 如果一个面比另外一个面更大如果一个面比另外一个面更大, 较大的面应该是目标面较大的面应该是目标面.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 指定接触和目标面指定接触和目标面 当所有的接触单元都在一个面上当所有的接触单元都在一个面上, 所有的目标单所有的目标单元都在另一个面上时元都在另一个面上时, 称该模型为称该模型为不对称接触

39、不对称接触. 不对称接触一般是模拟面不对称接触一般是模拟面-面接触最有效的方法面接触最有效的方法. 然而然而, 在有些情况下在有些情况下, 不对称接触执行的不令人满意不对称接触执行的不令人满意. 目标和接触面之间不存在明显的区别目标和接触面之间不存在明显的区别. 目标和接触面都有粗糙的网格目标和接触面都有粗糙的网格.有时目标有时目标-接触区别不明显接触区别不明显Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training M

40、anual 指定接触和目标面指定接触和目标面 一个可用的办法是创建一个可用的办法是创建双双 接触对接触对, 称之为称之为对称接触对称接触. 创建了一个接触对之后创建了一个接触对之后, 只要简单地对同样的表面创建具只要简单地对同样的表面创建具有相反的目标有相反的目标-接触面指定的第二个接触对接触面指定的第二个接触对. 接触接触目标目标目标目标接触接触第一步第一步- 创建第一个接触对创建第一个接触对第二步第二步- 创建第二个创建第二个(对称对称)接触对接触对Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.

41、0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 指定接触和目标面指定接触和目标面 尽管一些模型为了精确尽管一些模型为了精确, 可能需要对称接触可能需要对称接触. 但但是要注意是要注意, 对称接触比非对称接触效率要低些对称接触比非对称接触效率要低些. 因此因此, 除非有必要除非有必要, 否则不要用对称接触否则不要用对称接触. 还要注意还要注意, 当用对称接触时当用对称接触时, 后处理要困难些后处理要困难些. 接触压力是两组接触单元的平均值接触压力是两组接触单元的平均值. 此平均值不能自动地作为标准结果项得到此平均值不能自动地作为标准结果项

42、得到. 需要用需要用 APDL或或 ETABLE计算计算.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual请参考请参考附加练习附加练习: W16. 接触介绍接触介绍 - 接触面和目标面指定接触面和目标面指定Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinear

43、ities 11.0Training Manual刚性目标面刚性目标面-导向节点导向节点 缺省时缺省时, 程序自动约束刚性目标面程序自动约束刚性目标面. 也就是说也就是说, 自自动地将目标的位移和转动动地将目标的位移和转动设定设定 为零为零. 要模拟刚性目标的更复杂行为要模拟刚性目标的更复杂行为, 可以创建一个特可以创建一个特殊的单节点目标单元殊的单节点目标单元, 称为称为导向节点导向节点. 该单元通过具有相同的实常数属性与目标面联系起来该单元通过具有相同的实常数属性与目标面联系起来. 对于整个刚性面对于整个刚性面, 导向节点起导向节点起手柄手柄 的作用的作用. 可以对导向节点指定非零的位移可

44、以对导向节点指定非零的位移,转动转动,力和力和/或力矩模拟或力矩模拟目标面的刚体运动目标面的刚体运动. 注意如果存在导向节点注意如果存在导向节点, 程序将程序将不不 自动约束刚性面自动约束刚性面.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 导向节点导向节点 导向节点可以在任意位置导向节点可以在任意位置指定指定. 这允许刚性目标面这允许刚性目标面的一般转动的一般转动. 仅仅导向节点可以与其它仅仅

45、导向节点可以与其它单元发生联系单元发生联系. 例如例如, 要要考虑刚性体的质量考虑刚性体的质量,在导在导向节点处定义一个质量单向节点处定义一个质量单元元(MASS21). 每个目标面只能有一个导每个目标面只能有一个导向节点向节点.刚性面转动刚性面转动导向节点导向节点(在在转动的中心转动的中心)Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 面面-面接触单元可以用标准的单元生成过程创建面接触单元可以

46、用标准的单元生成过程创建: 建立单元建立单元TYPE, REAL 和和 MAT 数据数据, 设置单元设置单元属性属性, 指定目标和接触面指定目标和接触面, 然后划分网格或用然后划分网格或用 ESURF 命令操作命令操作. 这个过程在创建接触对时这个过程在创建接触对时“费心劳神费心劳神”. 值得庆幸的是值得庆幸的是, 有个更好的办法有个更好的办法 .Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual接触

47、向导接触向导 为大多数接触问题提供了一个简单的办法来构为大多数接触问题提供了一个简单的办法来构造接触对造接触对.接触向导将引导创建接触对的过程接触向导将引导创建接触对的过程.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 接触向导的好处接触向导的好处: 自动定义单元类型和实常数设置自动定义单元类型和实常数设置 迅速接近接触选项和参数迅速接近接触选项和参数 接触对浏览工具接触对浏览工具 迅速显示和反

48、转接触法向迅速显示和反转接触法向 只有对模型的部分只有对模型的部分划分网格划分网格 后后, 才能用接触向导才能用接触向导. 在启动向导创建柔性体在启动向导创建柔性体-柔性体接触模型之前柔性体接触模型之前, 对用作对用作接触面的模型的所有部件划分网格接触面的模型的所有部件划分网格. 要创建刚性体要创建刚性体-柔性体接触模型柔性体接触模型, 只对用作柔性接触面只对用作柔性接触面的模型的部件划分网格的模型的部件划分网格.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural No

49、nlinearities 11.0Training Manual 看看如何对第六章练习的连接器模型添加一个接看看如何对第六章练习的连接器模型添加一个接触对触对. 首先首先, 指定指定刚性或柔性刚性或柔性 目标类型目标类型(如果选择可用如果选择可用), 并拾取目标面并拾取目标面. 可以根可以根据模型中现有的实体据模型中现有的实体, 拾取节点、节点组、线或面拾取节点、节点组、线或面.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0T

50、raining Manual然后然后, 拾取接触面拾取接触面. 同样同样, 根据模型中现有的实体根据模型中现有的实体, 可以再次拾取节点、可以再次拾取节点、节点组、线或面节点组、线或面.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 点击点击 Optional setting 按钮按钮, 确定一般接触行为的技术条件收敛工具、确定一般接触行为的技术条件收敛工具、摩擦影响、目标约束、热界面参数和其它各

51、种参数摩擦影响、目标约束、热界面参数和其它各种参数.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 最后最后, 点击点击 Creat 按钮创建该接触对的接触和目标单元按钮创建该接触对的接触和目标单元.用于该接触对的实常用于该接触对的实常数号是相同的数号是相同的.接触对中的单元自动画出接触对中的单元自动画出, 打开单元坐标打开单元坐标系系(ESYS)符号符号, 来显示单元的外法向方来显示单元的外法向

52、方向向. 如果有错误法向如果有错误法向, 现在就可以将它们现在就可以将它们翻转过来翻转过来.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 面面-面接触单元提供了三个自由度选项面接触单元提供了三个自由度选项: 结构结构: UX, UY, 和和 UZ 结构和热结构和热: UX, UY, UZ 和和 TEMP 热热: TEMP (对纯热接触问题对纯热接触问题) 当用此向导创建接触对时当用此向导创建接触

53、对时, 接触单元自由度选项接触单元自由度选项自动基于下层单元的自由度设置自动基于下层单元的自由度设置. 不需要调整不需要调整. 面面-面接触单元的自由度也可以通过命令设置面接触单元的自由度也可以通过命令设置: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual Basic 表表 包含所有与接触行为和

54、收敛相关的一般参数包含所有与接触行为和收敛相关的一般参数.指定参数是缺省的缩放系指定参数是缺省的缩放系数或常数数或常数Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual Friction 表表包含接触界面上所有和静态和动态摩擦有关的参数包含接触界面上所有和静态和动态摩擦有关的参数; 也允许在接触界面上定义最大摩擦应力也允许在接触界面上定义最大摩擦应力.MU = MUK*(1+(FACT-1)exp(-

55、dc*VREL)式中式中:MU = 摩擦系数摩擦系数MUK = 动态摩擦系数动态摩擦系数VREL = 两接触面间的相对滑动速率两接触面间的相对滑动速率FACT = 静态与动态摩擦系数的比静态与动态摩擦系数的比.dc = 衰变指数比率衰变指数比率Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual摩擦有关的注释摩擦有关的注释 面面-面接触单元提供基本的库仑摩擦模型面接触单元提供基本的库仑摩擦模型, 当滑动

56、当滑动发生时发生时, 该摩擦模型定义等效应力该摩擦模型定义等效应力 t :t : t t = m m x p m m 是摩擦系数是摩擦系数, 作为材料属性定义作为材料属性定义, 如前面幻灯片上接如前面幻灯片上接触向导中所示触向导中所示. 如果如果 m m 等于零等于零 (缺省缺省), 剪切应力将不会被传递剪切应力将不会被传递. p 是接触压力是接触压力. 当两面间的剪切应力超过当两面间的剪切应力超过 m m x p, 则这两个面将相则这两个面将相互滑动互滑动. 还可以用更高级的摩擦选项还可以用更高级的摩擦选项. 将在将在高级接触和螺高级接触和螺栓预紧栓预紧 培训手册中讨论培训手册中讨论.Bas

57、ic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual Initial Adjustment 表表包括先前的穿透和表面补偿参数包括先前的穿透和表面补偿参数(具体指导请参看具体指导请参看培训课程培训课程.) Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities

58、11.0Training Manual MISC 表表防止伪接触防止伪接触, 梁梁/壳厚度效应和接触检测点的位置壳厚度效应和接触检测点的位置, 高斯或节点高斯或节点 (在在培训课程中详细讨论培训课程中详细讨论)Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual Rigid target 表指定约束和高阶目标单元选项 (在培训课程中详细讨论) Thermal 表 所有的热接触参数, 包括表面辐射场附近的

59、接触传导性, 摩擦生热因素 (在培训课程中详细讨论) Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual导向节点导向节点 刚性目标面可以与刚性目标面可以与“导向节点导向节点”联系起来联系起来, 导向导向节点的运动控制目标面的运动节点的运动控制目标面的运动. 可以在导向节点可以在导向节点上为整个目标面确定力上为整个目标面确定力, 位移和位移和/或转动或转动.可以认为可以认为导向节点是整个刚性面的手柄导向

60、节点是整个刚性面的手柄. 如果定义一个导向节点如果定义一个导向节点, ANSYS 仅在导向节点上仅在导向节点上检验边界条件而忽略目标面上其它节点的约束检验边界条件而忽略目标面上其它节点的约束. 导向节点可以通过对关键点划分网格生成导向节点可以通过对关键点划分网格生成, 或通或通过采用和目标单元相同的单元属性直接生成过采用和目标单元相同的单元属性直接生成.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manua