1、接觸非線性接觸非線性O(shè)ctober 20, 20008-2接觸非線性 5.7版本本章學(xué)完后本章學(xué)完后, 應(yīng)應(yīng)能對(duì)如下功能進(jìn)行描述和論證能對(duì)如下功能進(jìn)行描述和論證:SessionObjective1. 接觸協(xié)調(diào)條件接觸協(xié)調(diào)條件2. 剛體對(duì)柔體和柔體對(duì)柔體接觸剛體對(duì)柔體和柔體對(duì)柔體接觸3. 節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)對(duì)面和面對(duì)面接觸單元節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)對(duì)面和面對(duì)面接觸單元4. 接觸剛度接觸剛度5. 接觸單元處理接觸單元處理6. 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)ctober 20, 20008-3接觸非線性 5.7版本接觸問題是高度非線性的接觸問題是高度非線性的, 并且對(duì)于非線性問題的求解具有典型的挑并且對(duì)于非線性問題的求

2、解具有典型的挑戰(zhàn)意義戰(zhàn)意義.接觸問題提出兩個(gè)重要的挑戰(zhàn)接觸問題提出兩個(gè)重要的挑戰(zhàn): 在多數(shù)接觸問題中接觸區(qū)域是未知的在多數(shù)接觸問題中接觸區(qū)域是未知的. 表面與表面會(huì)突然接觸表面與表面會(huì)突然接觸或突然不接觸或突然不接觸, 這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)剛度的突然變化這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)剛度的突然變化. 多數(shù)接觸問題包括摩擦多數(shù)接觸問題包括摩擦. 摩擦是與路徑有關(guān)的現(xiàn)象摩擦是與路徑有關(guān)的現(xiàn)象, 這要求精這要求精確的加載歷史確的加載歷史. 摩擦的響應(yīng)還可能是雜亂的摩擦的響應(yīng)還可能是雜亂的, 使求解難以收斂使求解難以收斂.October 20, 20008-4接觸非線性 5.7版本 如果接觸模型沒有摩擦如果接觸模型沒有摩擦,

3、接觸區(qū)域始終粘在一起接觸區(qū)域始終粘在一起, 并且分析是小并且分析是小撓度、小轉(zhuǎn)動(dòng)問題撓度、小轉(zhuǎn)動(dòng)問題, 那么可以用耦合或約束方程代替接觸那么可以用耦合或約束方程代替接觸. 詳細(xì)詳細(xì)信息請(qǐng)參看信息請(qǐng)參看ANSYS建模和網(wǎng)格劃分指南建模和網(wǎng)格劃分指南. 使用耦合或約束方程的優(yōu)點(diǎn)是分析還是線性的使用耦合或約束方程的優(yōu)點(diǎn)是分析還是線性的.October 20, 20008-5接觸非線性 5.7版本接觸問題一般分為兩類接觸問題一般分為兩類: 剛體對(duì)柔體和柔體對(duì)柔體剛體對(duì)柔體和柔體對(duì)柔體.剛體對(duì)柔體剛體對(duì)柔體: 一個(gè)或多個(gè)接觸表面作為剛體一個(gè)或多個(gè)接觸表面作為剛體(一個(gè)表面的剛度比一個(gè)表面的剛度比另一個(gè)表

4、面的剛度要高很多另一個(gè)表面的剛度要高很多). 許多金屬成形問題歸入此類許多金屬成形問題歸入此類. 柔體對(duì)柔體柔體對(duì)柔體: 兩個(gè)或所有的接觸體都可變形兩個(gè)或所有的接觸體都可變形(所有表面剛度相差所有表面剛度相差不多不多). 螺栓法蘭連接是一個(gè)柔體對(duì)柔體接觸的例子螺栓法蘭連接是一個(gè)柔體對(duì)柔體接觸的例子.October 20, 20008-6接觸非線性 5.7版本剛體表面剛體表面變形體變形體October 20, 20008-7接觸非線性 5.7版本花鍵軸過盈配合花鍵軸過盈配合, 兩個(gè)零件兩個(gè)零件都是柔體都是柔體.October 20, 20008-8接觸非線性 5.7版本F為了阻止接觸表面相互穿過

5、為了阻止接觸表面相互穿過, 這兩個(gè)表面間必須建立一個(gè)關(guān)系這兩個(gè)表面間必須建立一個(gè)關(guān)系. 否否則這兩個(gè)表面將相互穿過則這兩個(gè)表面將相互穿過.不施加接觸協(xié)調(diào)條件時(shí)發(fā)生侵入不施加接觸協(xié)調(diào)條件時(shí)發(fā)生侵入目標(biāo)目標(biāo)接觸接觸FOctober 20, 20008-9接觸非線性 5.7版本用一個(gè)彈簧施加接觸協(xié)調(diào)條件稱為罰函數(shù)法用一個(gè)彈簧施加接觸協(xié)調(diào)條件稱為罰函數(shù)法. 彈簧剛度或接觸剛度彈簧剛度或接觸剛度稱為罰參數(shù)稱為罰參數(shù).該彈簧的變形量該彈簧的變形量 滿足方程滿足方程: F = k 接觸剛度接觸剛度(k)越大越大, 接觸表面的侵入越接觸表面的侵入越少少. 然而然而, 若該值太大若該值太大, 會(huì)導(dǎo)致收斂困會(huì)導(dǎo)致

6、收斂困難難.FOctober 20, 20008-10接觸非線性 5.7版本還可用另外一種方法還可用另外一種方法, 即拉格朗日乘子法即拉格朗日乘子法, 增加一個(gè)附加自由度增加一個(gè)附加自由度(接接觸壓力觸壓力), 以滿足不侵入條件以滿足不侵入條件.FOctober 20, 20008-11接觸非線性 5.7版本將罰函數(shù)法和拉格朗日乘子法結(jié)合起來施加接觸協(xié)調(diào)條件合稱為增將罰函數(shù)法和拉格朗日乘子法結(jié)合起來施加接觸協(xié)調(diào)條件合稱為增強(qiáng)的拉格朗日法強(qiáng)的拉格朗日法.在迭代的開始在迭代的開始, 接觸協(xié)調(diào)條件基于懲罰剛度決定接觸協(xié)調(diào)條件基于懲罰剛度決定. 一旦達(dá)到平衡一旦達(dá)到平衡, 就檢就檢查許可侵入量查許可侵

7、入量. 這時(shí)這時(shí), 如果有必要如果有必要, 接觸壓力增大接觸壓力增大, 繼續(xù)進(jìn)行迭代繼續(xù)進(jìn)行迭代.F許可侵入量許可侵入量October 20, 20008-12接觸非線性 5.7版本增大接觸應(yīng)力增大接觸應(yīng)力減少侵入量減少侵入量由于平衡由于平衡改正侵入量改正侵入量在改正階段在改正階段發(fā)生振蕩發(fā)生振蕩October 20, 20008-13接觸非線性 5.7版本ANSYS有三種類型的接觸單元有三種類型的接觸單元:節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn) - 這是指接觸的最終位置事先是知道的這是指接觸的最終位置事先是知道的.節(jié)點(diǎn)對(duì)面節(jié)點(diǎn)對(duì)面 - 接觸區(qū)域未知接觸區(qū)域未知, 并且允許大滑動(dòng)并且允許大滑動(dòng).面對(duì)面面對(duì)面 -

8、接觸區(qū)域未知接觸區(qū)域未知, 并且允許大滑動(dòng)并且允許大滑動(dòng) (相對(duì)節(jié)點(diǎn)對(duì)面接觸形式有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)相對(duì)節(jié)點(diǎn)對(duì)面接觸形式有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)).October 20, 20008-14接觸非線性 5.7版本IJIJ兩個(gè)最常用的節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)接觸單元兩個(gè)最常用的節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)接觸單元:接觸接觸12單元和單元和接觸接觸52單元都用罰函數(shù)法施加接觸協(xié)調(diào)條件單元都用罰函數(shù)法施加接觸協(xié)調(diào)條件. 這要求這要求輸入一個(gè)罰剛度輸入一個(gè)罰剛度(在后面我們將詳細(xì)討論罰剛度的計(jì)算在后面我們將詳細(xì)討論罰剛度的計(jì)算).接觸接觸12單元單元 - 二維間隙二維間隙接觸接觸52單元單元 - 三維間隙三維間隙October 20, 20008-15接觸非

9、線性 5.7版本 節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)接觸單元能夠用于建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸模型節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)接觸單元能夠用于建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸模型. 接觸點(diǎn)始終已接觸點(diǎn)始終已知的管抖動(dòng)模型是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸的一個(gè)例子知的管抖動(dòng)模型是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸的一個(gè)例子.如果兩個(gè)表面的節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)如果兩個(gè)表面的節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng), 相對(duì)滑動(dòng)變形量可以忽略相對(duì)滑動(dòng)變形量可以忽略, 并且兩表并且兩表面的撓度面的撓度(轉(zhuǎn)動(dòng)量轉(zhuǎn)動(dòng)量)較小較小, 那么這些單元還能用于模擬面對(duì)面接觸問題那么這些單元還能用于模擬面對(duì)面接觸問題. 過盈配合問題是面對(duì)面接觸問題的一個(gè)例子過盈配合問題是面對(duì)面接觸問題的一個(gè)例子. 如果滿足上述條件如果滿足上述條件, 則此問題用間隙單元是足夠的則此問

10、題用間隙單元是足夠的.注意點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸只能用于低次單元注意點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸只能用于低次單元.October 20, 20008-16接觸非線性 5.7版本接觸接觸12單元和接觸單元和接觸52單元既能用直接生成法創(chuàng)建單元既能用直接生成法創(chuàng)建, 也能在重合節(jié)點(diǎn)也能在重合節(jié)點(diǎn)處創(chuàng)建單元處創(chuàng)建單元.前處理器前處理器 - 創(chuàng)建創(chuàng)建 - 單元單元 - 在重合節(jié)點(diǎn)在重合節(jié)點(diǎn) ( Preprocessor - Create - Elements - At Coincid Nd) 接觸接觸12單元單元 應(yīng)該在重合節(jié)點(diǎn)間創(chuàng)建應(yīng)該在重合節(jié)點(diǎn)間創(chuàng)建. 然而接觸然而接觸52單元要求單元要求1E-6的距的距離來定向單元離來定向單

11、元.October 20, 20008-17接觸非線性 5.7版本補(bǔ)充信息補(bǔ)充信息: 接觸接觸12單元由實(shí)常數(shù)單元由實(shí)常數(shù)THETA定向定向. 接觸接觸12單元能用作鉤單元能用作鉤子子或間或間 隙隙, 而接觸而接觸52單元只能用作間隙單元只能用作間隙 (注意通過約束注意通過約束UZ自由度自由度,接觸接觸 52單元能夠用于二維問題單元能夠用于二維問題). 通過設(shè)置關(guān)鍵選項(xiàng)通過設(shè)置關(guān)鍵選項(xiàng)(4)和實(shí)常數(shù)和實(shí)常數(shù)INTF及及GAP, 接觸接觸12單元和接觸單元和接觸 52單元都允許給出初始過盈或初始間隙單元都允許給出初始過盈或初始間隙. 關(guān)于接觸關(guān)于接觸12單元和接觸單元和接觸52單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)的

12、詳細(xì)敘述單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)的詳細(xì)敘述, 請(qǐng)參看請(qǐng)參看ANSYS單元手冊(cè)單元手冊(cè)(ANSYS Elements Reference )第四章第四章.October 20, 20008-18接觸非線性 5.7版本節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸單元節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸單元:接觸接觸48單元單元 - 二維節(jié)點(diǎn)對(duì)表面二維節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸接觸49單元單元三維節(jié)點(diǎn)對(duì)表面三維節(jié)點(diǎn)對(duì)表面JIKIJKML這些單元用這些單元用缺省的缺省的罰函數(shù)法作為接觸協(xié)調(diào)條件罰函數(shù)法作為接觸協(xié)調(diào)條件. 作為一個(gè)選項(xiàng)作為一個(gè)選項(xiàng),可以可以使用綜合的使用綜合的罰函數(shù)和拉格朗日乘子罰函數(shù)和拉格朗日乘子.October 20, 20008-19接觸非線性 5.7

13、版本 節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸單元節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸單元典型用于建立點(diǎn)對(duì)面接觸應(yīng)用模型典型用于建立點(diǎn)對(duì)面接觸應(yīng)用模型, 如兩個(gè)梁接如兩個(gè)梁接觸觸 (在梁的末端在梁的末端)和鎖扣配合的角部和鎖扣配合的角部. 通過定義多個(gè)單元通過定義多個(gè)單元, 這些單元還能用于建立面對(duì)面接觸模型這些單元還能用于建立面對(duì)面接觸模型. 這些表這些表面可以是剛性的或可變形的面可以是剛性的或可變形的. 不用知道接觸面的位置不用知道接觸面的位置. 允許大變形、大相對(duì)滑動(dòng)和接觸表面間的不允許大變形、大相對(duì)滑動(dòng)和接觸表面間的不同網(wǎng)格劃分同網(wǎng)格劃分.注意節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸只可以用于低次單元注意節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸只可以用于低次單元.October 20

14、, 20008-20接觸非線性 5.7版本 接觸接觸48單元和接觸單元和接觸49單元通過指定節(jié)點(diǎn)組元來生成單元通過指定節(jié)點(diǎn)組元來生成, 這些節(jié)點(diǎn)組定這些節(jié)點(diǎn)組定義了目標(biāo)和接觸表面義了目標(biāo)和接觸表面. 為接觸和目標(biāo)表面選擇需要的節(jié)點(diǎn)為接觸和目標(biāo)表面選擇需要的節(jié)點(diǎn), 并創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)組并創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)組元元. 給出單元類型和實(shí)常數(shù)給出單元類型和實(shí)常數(shù), 并生成接觸單元并生成接觸單元. 每一個(gè)不相連的接觸面應(yīng)每一個(gè)不相連的接觸面應(yīng)該參照一個(gè)不同的實(shí)常數(shù)設(shè)置該參照一個(gè)不同的實(shí)常數(shù)設(shè)置.JK接觸節(jié)點(diǎn)接觸節(jié)點(diǎn)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)IOctober 20, 20008-21接觸非線性 5.7版本主菜單主菜單 前處理器前處理器

15、 創(chuàng)建創(chuàng)建 單元單元 節(jié)點(diǎn)對(duì)表面節(jié)點(diǎn)對(duì)表面(Main Menu Preprocessor Create Elements Node to Surf)節(jié)點(diǎn)組名稱節(jié)點(diǎn)組名稱關(guān)于使用節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸單元的詳細(xì)信息請(qǐng)參看關(guān)于使用節(jié)點(diǎn)對(duì)表面接觸單元的詳細(xì)信息請(qǐng)參看 ANSYS結(jié)構(gòu)分析指結(jié)構(gòu)分析指南南 (ANSYS Structural Analysis Guide) .October 20, 20008-22接觸非線性 5.7版本 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(接觸接觸12單元和接觸單元和接觸52單元單元)和節(jié)點(diǎn)對(duì)表面和節(jié)點(diǎn)對(duì)表面(接觸接觸48單元和接單元和接觸觸49單元單元)接觸單元都要求給出罰剛度接觸單元都要求給出罰

16、剛度. 罰剛度越大罰剛度越大, 接觸表面的侵入量越小接觸表面的侵入量越小. 然而然而, 若此值太大若此值太大,則會(huì)由于病則會(huì)由于病態(tài)條件而引起收斂困難態(tài)條件而引起收斂困難. 可以通過一些實(shí)驗(yàn)來確定一個(gè)合適的接觸剛度可以通過一些實(shí)驗(yàn)來確定一個(gè)合適的接觸剛度, 使求解收斂使求解收斂,而且侵而且侵入量可以接受入量可以接受.October 20, 20008-23接觸非線性 5.7版本 接觸剛度是接觸面的相對(duì)剛度的函數(shù)接觸剛度是接觸面的相對(duì)剛度的函數(shù). 對(duì)于塊狀實(shí)體對(duì)于塊狀實(shí)體, 通常通常赫茲接觸剛度赫茲接觸剛度 (Hertz contact stiffness)適適用于罰剛度用于罰剛度, 可以這樣估

17、算可以這樣估算:k = fE 式中式中f 是介于是介于0.110之間的系數(shù)之間的系數(shù), E是較軟的接觸材料的彈性模量是較軟的接觸材料的彈性模量. 設(shè)設(shè) f=1 通常是一個(gè)較好的起始值通常是一個(gè)較好的起始值.October 20, 20008-24接觸非線性 5.7版本 對(duì)于柔性組分對(duì)于柔性組分(梁和殼模型梁和殼模型), 系統(tǒng)的剛度可以比赫茲接觸剛度要低系統(tǒng)的剛度可以比赫茲接觸剛度要低很多很多. 在這種情況下在這種情況下, 你可以將單位載荷施加到預(yù)計(jì)要接觸的面上你可以將單位載荷施加到預(yù)計(jì)要接觸的面上, 先運(yùn)先運(yùn) 行一個(gè)靜態(tài)分析來確定模型的局部剛度行一個(gè)靜態(tài)分析來確定模型的局部剛度. 接觸剛度可以

18、這樣估算接觸剛度可以這樣估算: k = f(P/ ) 上式適用于柔性體接觸上式適用于柔性體接觸, f 是介于是介于1100之間的系數(shù)之間的系數(shù). 同樣同樣,設(shè)設(shè) f=1 通常是一個(gè)較好的起始值通常是一個(gè)較好的起始值.October 20, 20008-25接觸非線性 5.7版本ANSYS 支持剛體對(duì)柔體和柔體對(duì)柔體的面對(duì)面接觸單元支持剛體對(duì)柔體和柔體對(duì)柔體的面對(duì)面接觸單元. 這些接觸這些接觸單元使用單元使用“ 目標(biāo)面目標(biāo)面”和和“ 接觸面接觸面” 的概念來形成接觸的概念來形成接觸對(duì)對(duì).面對(duì)面接觸單元使用面對(duì)面接觸單元使用增增強(qiáng)強(qiáng)的拉格朗日法的拉格朗日法施加接觸協(xié)調(diào)條件施加接觸協(xié)調(diào)條件(默認(rèn)默認(rèn)

19、). 作作為一個(gè)可選項(xiàng)為一個(gè)可選項(xiàng), 還可以用罰函數(shù)法還可以用罰函數(shù)法.接觸面接觸面目標(biāo)面目標(biāo)面October 20, 20008-26接觸非線性 5.7版本與低次和高次單元都與低次和高次單元都兼兼容容.支持具有大滑動(dòng)和摩擦的大變形支持具有大滑動(dòng)和摩擦的大變形.提供更好的接觸結(jié)果提供更好的接觸結(jié)果 (易于進(jìn)行接觸壓力和摩擦應(yīng)力的后處理易于進(jìn)行接觸壓力和摩擦應(yīng)力的后處理).能計(jì)算殼和梁的厚度及殼厚度的改變能計(jì)算殼和梁的厚度及殼厚度的改變.半自動(dòng)接觸剛度計(jì)算半自動(dòng)接觸剛度計(jì)算.“ 控控制制節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)” 對(duì)剛性面的控制對(duì)剛性面的控制(關(guān)于主控節(jié)點(diǎn)后面有更多的敘述關(guān)于主控節(jié)點(diǎn)后面有更多的敘述).智能智能

20、缺省缺省設(shè)置、接觸向?qū)гO(shè)置、接觸向?qū)?(易于使用易于使用).October 20, 20008-27接觸非線性 5.7版本需要的接觸單元比用節(jié)點(diǎn)對(duì)面接觸單元需要的接觸單元比用節(jié)點(diǎn)對(duì)面接觸單元(接觸接觸48單元和接觸單元和接觸49單單元元)要少得多要少得多.12個(gè)接觸個(gè)接觸48單元單元2個(gè)接觸個(gè)接觸171單元和單元和 4個(gè)目標(biāo)個(gè)目標(biāo)169單元單元October 20, 20008-28接觸非線性 5.7版本 面對(duì)面接觸單元由分別定義目標(biāo)和接觸表面的獨(dú)立的單元類型面對(duì)面接觸單元由分別定義目標(biāo)和接觸表面的獨(dú)立的單元類型 組成組成. 接觸接觸對(duì)對(duì)通過共用一個(gè)實(shí)常數(shù)指定通過共用一個(gè)實(shí)常數(shù)指定. 目標(biāo)目標(biāo)

21、169和和170單元單元 - 剛性或可變形的目標(biāo)表面剛性或可變形的目標(biāo)表面 接觸接觸171到到 174單元單元 - 二維二維和和三維接觸單元三維接觸單元 面對(duì)面接觸單元象皮膚一樣覆蓋在下面的有限元模型上面對(duì)面接觸單元象皮膚一樣覆蓋在下面的有限元模型上. 這些單元這些單元非常適合面對(duì)面接觸應(yīng)用非常適合面對(duì)面接觸應(yīng)用, 如過盈裝配接觸、進(jìn)料接觸、鍛造和深如過盈裝配接觸、進(jìn)料接觸、鍛造和深拉深拉深.October 20, 20008-29接觸非線性 5.7版本接觸副接觸副剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)接觸單元接觸單元該接觸副由實(shí)常數(shù)該接觸副由實(shí)常數(shù)1指定指定.October 20, 20008-30接觸非線性 5

22、.7版本JIIJKIJKII目標(biāo)目標(biāo)169單元單元 目標(biāo)部分有如下類型目標(biāo)部分有如下類型: 直線、拋物線、圓弧直線、拋物線、圓弧 (順時(shí)針或順時(shí)針或逆時(shí)針逆時(shí)針)、圓、或控、圓、或控制制節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn).October 20, 20008-31接觸非線性 5.7版本目標(biāo)目標(biāo)170單元單元 目標(biāo)部分目標(biāo)部分有如下類型有如下類型: 三節(jié)點(diǎn)三三節(jié)點(diǎn)三角形、四節(jié)點(diǎn)四邊形角形、四節(jié)點(diǎn)四邊形、六節(jié)點(diǎn)三角形、八、六節(jié)點(diǎn)三角形、八節(jié)點(diǎn)四邊形、圓柱、節(jié)點(diǎn)四邊形、圓柱、圓錐、球和控制節(jié)點(diǎn)圓錐、球和控制節(jié)點(diǎn).October 20, 20008-32接觸非線性 5.7版本接觸接觸171單元單元 是二維、二節(jié)點(diǎn)低次直線單元是二

23、維、二節(jié)點(diǎn)低次直線單元, 能夠位于二維實(shí)體、能夠位于二維實(shí)體、殼或梁?jiǎn)卧谋砻鏆せ蛄簡(jiǎn)卧谋砻? 接觸接觸172單元單元 是二維、三節(jié)點(diǎn)高次拋物線單元是二維、三節(jié)點(diǎn)高次拋物線單元, 能夠位于有中間節(jié)能夠位于有中間節(jié)點(diǎn)的二維實(shí)體單元的表面點(diǎn)的二維實(shí)體單元的表面.接觸接觸171單元單元接觸接觸172單元單元October 20, 20008-33接觸非線性 5.7版本接觸接觸174單元單元 是三維、八節(jié)點(diǎn)高次四是三維、八節(jié)點(diǎn)高次四邊形單元邊形單元, 能夠位于有中間節(jié)點(diǎn)的三維能夠位于有中間節(jié)點(diǎn)的三維實(shí)體單元的表面實(shí)體單元的表面. 該單元還能退化成六該單元還能退化成六節(jié)點(diǎn)三角形節(jié)點(diǎn)三角形.接觸接觸17

24、3單元單元 是三維、四節(jié)點(diǎn)低次四邊是三維、四節(jié)點(diǎn)低次四邊形單元形單元, 能夠位于三維實(shí)體或殼單元的能夠位于三維實(shí)體或殼單元的表面表面. 該單元還能退化成三節(jié)點(diǎn)三角形該單元還能退化成三節(jié)點(diǎn)三角形.October 20, 20008-34接觸非線性 5.7版本 對(duì)于面對(duì)面接觸單元對(duì)于面對(duì)面接觸單元, 一個(gè)面指定為一個(gè)面指定為“ 目標(biāo)目標(biāo)”面面, 另一個(gè)面為另一個(gè)面為“ 接接觸觸 ”面面. 對(duì)于剛體對(duì)柔體接觸對(duì)于剛體對(duì)柔體接觸, 剛體表面剛體表面總是總是指定為目標(biāo)面指定為目標(biāo)面. 對(duì)于柔體對(duì)柔體接觸對(duì)于柔體對(duì)柔體接觸, 接觸面與目標(biāo)面都與變形體相關(guān)聯(lián)接觸面與目標(biāo)面都與變形體相關(guān)聯(lián). 接觸單元被約束接

25、觸單元被約束, 不能侵入目標(biāo)面不能侵入目標(biāo)面. 然而然而, 目標(biāo)單元能夠侵入接觸面目標(biāo)單元能夠侵入接觸面.October 20, 20008-35接觸非線性 5.7版本接觸單元的一般步驟接觸單元的一般步驟:1.創(chuàng)建有限元模型創(chuàng)建有限元模型.2.指定接觸和目標(biāo)表面指定接觸和目標(biāo)表面.3.設(shè)置單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)設(shè)置單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù).4.創(chuàng)建目標(biāo)表面單元?jiǎng)?chuàng)建目標(biāo)表面單元.5.創(chuàng)建接觸表面單元?jiǎng)?chuàng)建接觸表面單元.6.施加邊界條件施加邊界條件.7.定義求解選項(xiàng)和載荷步定義求解選項(xiàng)和載荷步.8.求解求解.9.觀察觀察結(jié)果結(jié)果.October 20, 20008-36接觸非線性 5.7版本目的是將接觸檢查點(diǎn)增加

26、到最大數(shù)目的是將接觸檢查點(diǎn)增加到最大數(shù). 對(duì)于剛體對(duì)柔體接觸對(duì)于剛體對(duì)柔體接觸, 目標(biāo)面目標(biāo)面總是剛體表面總是剛體表面. 對(duì)于柔體對(duì)柔體接觸對(duì)于柔體對(duì)柔體接觸, 目標(biāo)面和接觸面的選擇會(huì)引起目標(biāo)面和接觸面的選擇會(huì)引起不同量的侵入不同量的侵入, 從而影響求解精度從而影響求解精度.目標(biāo)面目標(biāo)面接觸面接觸面目標(biāo)面會(huì)侵入接觸面目標(biāo)面會(huì)侵入接觸面October 20, 20008-37接觸非線性 5.7版本 如果凸面與平面或凹面接觸如果凸面與平面或凹面接觸, 那么平面或凹面應(yīng)該是目標(biāo)面那么平面或凹面應(yīng)該是目標(biāo)面. 如果一個(gè)表面網(wǎng)格粗糙如果一個(gè)表面網(wǎng)格粗糙, 而另一個(gè)表面網(wǎng)格較細(xì)而另一個(gè)表面網(wǎng)格較細(xì), 那么

27、網(wǎng)格粗糙的表那么網(wǎng)格粗糙的表面應(yīng)該是目標(biāo)面面應(yīng)該是目標(biāo)面. 如果一個(gè)表面比另一個(gè)表面的剛度大如果一個(gè)表面比另一個(gè)表面的剛度大, 那么剛度大的表面應(yīng)該是目那么剛度大的表面應(yīng)該是目標(biāo)面標(biāo)面. 如果一個(gè)表面劃分為高次單元如果一個(gè)表面劃分為高次單元, 而另一個(gè)表面劃分為低次單元而另一個(gè)表面劃分為低次單元, 那么那么劃分為低次單元的表面應(yīng)該是目標(biāo)面劃分為低次單元的表面應(yīng)該是目標(biāo)面. 如果一個(gè)表面比另一個(gè)表面大如果一個(gè)表面比另一個(gè)表面大, 那么更大的表面應(yīng)該是目標(biāo)面那么更大的表面應(yīng)該是目標(biāo)面.October 20, 20008-38接觸非線性 5.7版本步驟步驟 1. 創(chuàng)建實(shí)體模型并劃分網(wǎng)格創(chuàng)建實(shí)體模型并

28、劃分網(wǎng)格.步驟步驟 2. 指定接觸面和目標(biāo)面指定接觸面和目標(biāo)面. 在在這這 個(gè)例子中個(gè)例子中, 一個(gè)表面被認(rèn)為一個(gè)表面被認(rèn)為 是剛性的是剛性的, 這樣這樣, 目標(biāo)面和接目標(biāo)面和接 觸面的指定就很清楚觸面的指定就很清楚. 接觸面接觸面 超彈性密封嵌入超彈性密封嵌入剛性剛性目標(biāo)面目標(biāo)面 October 20, 20008-39接觸非線性 5.7版本步驟步驟 3. 設(shè)置單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)設(shè)置單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù). 重要重要! 接觸接觸對(duì)對(duì)由實(shí)常數(shù)號(hào)由實(shí)常數(shù)號(hào)來確來確定定. 目標(biāo)目標(biāo)單元和接觸單元單元和接觸單元必須共用相同的必須共用相同的實(shí)常數(shù)號(hào)實(shí)常數(shù)號(hào) (在后面在后面, 我們將詳細(xì)討我們將詳細(xì)討論所有的單

29、元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)論所有的單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù). 缺省缺省的單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)設(shè)置可以應(yīng)的單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)設(shè)置可以應(yīng)用于許多問題用于許多問題).October 20, 20008-40接觸非線性 5.7版本步驟步驟 3.設(shè)置單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)設(shè)置單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù). 應(yīng)該設(shè)置罰剛度比例系數(shù)應(yīng)該設(shè)置罰剛度比例系數(shù)(FKN)和拉格朗日乘子侵入比例系數(shù)和拉格朗日乘子侵入比例系數(shù)(FTOLN). FKN 通常介于通常介于0.0110之間之間. 對(duì)于體積變形問題對(duì)于體積變形問題, 用值用值1.0(默認(rèn)默認(rèn)), 對(duì)對(duì)于以彎曲變形為主的問題于以彎曲變形為主的問題, 用值用值 0.1.FTOLN 默認(rèn)為默認(rèn)為0.1. 可以

30、改變此值可以改變此值, 但若容差太小但若容差太小, 會(huì)使迭代數(shù)過多會(huì)使迭代數(shù)過多或不收斂或不收斂.October 20, 20008-41接觸非線性 5.7版本步驟步驟 4. 創(chuàng)建接觸面單元?jiǎng)?chuàng)建接觸面單元.在此步中在此步中, 所用的方法將依賴于目標(biāo)面是剛性的還是可以變形的所用的方法將依賴于目標(biāo)面是剛性的還是可以變形的. 對(duì)于對(duì)于剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面,用用:直接生成直接生成(用創(chuàng)建單元命令用創(chuàng)建單元命令E) 或或自動(dòng)劃分網(wǎng)格自動(dòng)劃分網(wǎng)格(用劃分線命令用劃分線命令(LMESH)及劃分面命令及劃分面命令(AMESH)對(duì)于對(duì)于可變形目標(biāo)面可變形目標(biāo)面,用用: 創(chuàng)建創(chuàng)建 單元單元 面對(duì)面面對(duì)面(ESUR

31、F)(Create Elements Surface-to-Surface (ESURF)October 20, 20008-42接觸非線性 5.7版本步驟步驟 4. 創(chuàng)建目標(biāo)面單元?jiǎng)?chuàng)建目標(biāo)面單元.對(duì)于對(duì)于剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面的直接生成的直接生成, 在創(chuàng)建目標(biāo)單元之前在創(chuàng)建目標(biāo)單元之前, 需要設(shè)置附加需要設(shè)置附加的單元屬性的單元屬性(TSHAP).TSHAP 定義定義目標(biāo)單元的形狀目標(biāo)單元的形狀October 20, 20008-43接觸非線性 5.7版本步驟步驟 4. 創(chuàng)建目標(biāo)面單元?jiǎng)?chuàng)建目標(biāo)面單元. 剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面 的自動(dòng)網(wǎng)格劃分的自動(dòng)網(wǎng)格劃分不要求不要求 TSHAP. ANSYS 將

32、從將從實(shí)體模實(shí)體模型型確定目標(biāo)單元的合適形狀確定目標(biāo)單元的合適形狀. 劃分關(guān)鍵點(diǎn)劃分關(guān)鍵點(diǎn) (KMESH) - 主控節(jié)點(diǎn)主控節(jié)點(diǎn)劃分線劃分線 (LMESH) - 二維剛性目標(biāo)面二維剛性目標(biāo)面劃分面劃分面 (AMESH) - 三維剛性目標(biāo)面三維剛性目標(biāo)面October 20, 20008-44接觸非線性 5.7版本步驟步驟 4. 創(chuàng)建目標(biāo)面單元?jiǎng)?chuàng)建目標(biāo)面單元. 要在要在可變形可變形 的網(wǎng)格上自動(dòng)創(chuàng)建目標(biāo)單元的網(wǎng)格上自動(dòng)創(chuàng)建目標(biāo)單元, 需先選擇可變形表面的需先選擇可變形表面的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn), 然后在變形體上創(chuàng)建目標(biāo)單元然后在變形體上創(chuàng)建目標(biāo)單元: 前處理器前處理器 創(chuàng)建創(chuàng)建 單元單元 面對(duì)面面對(duì)面(Pr

33、eprocessor Create Elements Surf to Surf )ANSYS 將根據(jù)它下面的實(shí)體網(wǎng)格確定目標(biāo)單元的形狀和外法向?qū)⒏鶕?jù)它下面的實(shí)體網(wǎng)格確定目標(biāo)單元的形狀和外法向.創(chuàng)建表面創(chuàng)建表面單元單元(ESURF)October 20, 20008-45接觸非線性 5.7版本步驟步驟 4. 創(chuàng)建目標(biāo)面單元?jiǎng)?chuàng)建目標(biāo)面單元. 檢查外法向檢查外法向 (如果用自動(dòng)網(wǎng)格劃分如果用自動(dòng)網(wǎng)格劃分,則則非常重要非常重要): 打開單元坐標(biāo)系符號(hào)打開單元坐標(biāo)系符號(hào)(element coordinate system symbol)開關(guān)開關(guān), 畫單元畫單元. 用命令用命令ESURF修修改改 (節(jié)點(diǎn)號(hào)

34、節(jié)點(diǎn)號(hào)逆轉(zhuǎn)逆轉(zhuǎn)). 必須在此必須在此ESURF操作之前激操作之前激活目標(biāo)單元屬性活目標(biāo)單元屬性.直線直線逆時(shí)針圓弧逆時(shí)針圓弧主控節(jié)點(diǎn)主控節(jié)點(diǎn)October 20, 20008-46接觸非線性 5.7版本步驟步驟 5. 創(chuàng)建接觸面單元?jiǎng)?chuàng)建接觸面單元.設(shè)置接觸單元屬性設(shè)置接觸單元屬性, 選擇可變形表面的節(jié)點(diǎn)選擇可變形表面的節(jié)點(diǎn), 并在變形體上創(chuàng)建并在變形體上創(chuàng)建接觸單元接觸單元 (與在變形網(wǎng)格上對(duì)目標(biāo)單元的處理相同與在變形網(wǎng)格上對(duì)目標(biāo)單元的處理相同):前處理器前處理器 創(chuàng)建創(chuàng)建 單元單元 面對(duì)面面對(duì)面(Preprocessor Create Elements Surf to Surf)這些接觸單元

35、與其下面的實(shí)體單元同階這些接觸單元與其下面的實(shí)體單元同階(低階或高階低階或高階).創(chuàng)建表面創(chuàng)建表面單元單元(ESURF)October 20, 20008-47接觸非線性 5.7版本步驟步驟 5. 5. 創(chuàng)建接觸面單元?jiǎng)?chuàng)建接觸面單元. .注意對(duì)于在殼或梁?jiǎn)卧蟿?chuàng)建目標(biāo)或接觸單元注意對(duì)于在殼或梁?jiǎn)卧蟿?chuàng)建目標(biāo)或接觸單元, 有一個(gè)在梁或有一個(gè)在梁或殼單元的頂面或底面創(chuàng)建單元的選項(xiàng)殼單元的頂面或底面創(chuàng)建單元的選項(xiàng).能夠控制單元位置能夠控制單元位置October 20, 20008-48接觸非線性 5.7版本步驟步驟 6. 在有限元模型上施加邊在有限元模型上施加邊界條件界條件. 注意注意: 如果目標(biāo)面

36、是剛性面如果目標(biāo)面是剛性面, 目目標(biāo)面將會(huì)自動(dòng)固定標(biāo)面將會(huì)自動(dòng)固定(在后面在后面, 我們將討論剛性面選項(xiàng)以及我們將討論剛性面選項(xiàng)以及如何控制剛性面的運(yùn)動(dòng)如何控制剛性面的運(yùn)動(dòng)). 剛性面剛性面自動(dòng)約束自動(dòng)約束October 20, 20008-49接觸非線性 5.7版本步驟步驟 7. 定義求解選項(xiàng)和載荷步定義求解選項(xiàng)和載荷步.對(duì)于求解接觸問題對(duì)于求解接觸問題, 極力推薦使用求解控制極力推薦使用求解控制. 下面給出的指導(dǎo)方針下面給出的指導(dǎo)方針十分典型十分典型, 是有求解控制的是有求解控制的默認(rèn)設(shè)置默認(rèn)設(shè)置.在迭代過程中在迭代過程中, 如果接觸狀態(tài)改變?nèi)绻佑|狀態(tài)改變, 會(huì)發(fā)生間斷會(huì)發(fā)生間斷. 為了

37、避免收斂緩為了避免收斂緩慢慢, 使用不帶自適應(yīng)下降的完全牛頓使用不帶自適應(yīng)下降的完全牛頓-拉斐遜拉斐遜(full Newton-Raphson)求解求解. 為了使接觸力平滑傳遞為了使接觸力平滑傳遞, 時(shí)間步尺寸必須足夠小時(shí)間步尺寸必須足夠小. 確保一個(gè)精確的確保一個(gè)精確的時(shí)間步的可靠方法是使用自動(dòng)時(shí)間步時(shí)間步的可靠方法是使用自動(dòng)時(shí)間步.October 20, 20008-50接觸非線性 5.7版本步驟步驟 7. 定義求解選項(xiàng)和載荷步定義求解選項(xiàng)和載荷步.設(shè)置適當(dāng)?shù)淖硬綌?shù)目設(shè)置適當(dāng)?shù)淖硬綌?shù)目: 開始的子步尺寸開始的子步尺寸(NSBSTP)對(duì)于裝配接觸可以較大對(duì)于裝配接觸可以較大, 對(duì)于大滑對(duì)于大

38、滑動(dòng)接觸應(yīng)較小動(dòng)接觸應(yīng)較小. 對(duì)于劇烈的間斷對(duì)于劇烈的間斷, 子步的最大數(shù)子步的最大數(shù)(NSBMX)應(yīng)該較大應(yīng)該較大. 子部的最小子部的最小數(shù)數(shù)(NSBMIN)應(yīng)該較小應(yīng)該較小.注意注意: 為了建立初始接觸條件為了建立初始接觸條件, 在第一個(gè)子步的二分之前在第一個(gè)子步的二分之前, 要完成所有要完成所有的平衡迭代的平衡迭代.October 20, 20008-51接觸非線性 5.7版本步驟步驟 7. 定義求解選項(xiàng)和載荷步定義求解選項(xiàng)和載荷步.方程求解器選擇方程求解器選擇:稀疏矩陣求解器稀疏矩陣求解器(Sparse Solver)是是缺省缺省的的, 并且對(duì)于中等大并且對(duì)于中等大小的接觸模型小的接觸

39、模型, 這是最好的選擇這是最好的選擇(在在100,000 個(gè)自由度以下個(gè)自由度以下). 對(duì)于困難的滑動(dòng)問題對(duì)于困難的滑動(dòng)問題, 此求解器還有不對(duì)稱選項(xiàng)此求解器還有不對(duì)稱選項(xiàng). PCG求解器求解器 用于大型接觸模型用于大型接觸模型 (超過超過100,000 個(gè)自由度個(gè)自由度). 此此選項(xiàng)只能用于對(duì)稱系統(tǒng)選項(xiàng)只能用于對(duì)稱系統(tǒng).October 20, 20008-52接觸非線性 5.7版本步驟步驟 7. 定義求解選項(xiàng)和載荷步定義求解選項(xiàng)和載荷步.不用自適應(yīng)下降不用自適應(yīng)下降 . 對(duì)于面對(duì)面接觸問題對(duì)于面對(duì)面接觸問題, 自適應(yīng)下降對(duì)于收斂自適應(yīng)下降對(duì)于收斂不能提供任何幫助不能提供任何幫助.使用一個(gè)合理

40、的平衡迭代數(shù)目使用一個(gè)合理的平衡迭代數(shù)目, 通常是通常是25.因?yàn)閷?duì)于大時(shí)間增量因?yàn)閷?duì)于大時(shí)間增量, 迭代計(jì)算會(huì)變得不穩(wěn)定迭代計(jì)算會(huì)變得不穩(wěn)定, 用線性搜索用線性搜索(line search)來穩(wěn)定計(jì)算來穩(wěn)定計(jì)算.將預(yù)將預(yù)測(cè)測(cè)器打開器打開, 大轉(zhuǎn)動(dòng)或動(dòng)態(tài)分析大轉(zhuǎn)動(dòng)或動(dòng)態(tài)分析除外除外.October 20, 20008-53接觸非線性 5.7版本步驟步驟 7. 定義求解選項(xiàng)和載荷步定義求解選項(xiàng)和載荷步.由于罰剛度太大或侵入容差太小由于罰剛度太大或侵入容差太小, 在一個(gè)接觸分析里會(huì)多次發(fā)生收在一個(gè)接觸分析里會(huì)多次發(fā)生收斂失敗斂失敗. 對(duì)于懲罰剛度一定要按如下建議選取對(duì)于懲罰剛度一定要按如下建議選取

41、.注意注意: 對(duì)于小應(yīng)變、小位移和小滑動(dòng)問題，要關(guān)上大變形效應(yīng)開關(guān)對(duì)于小應(yīng)變、小位移和小滑動(dòng)問題，要關(guān)上大變形效應(yīng)開關(guān) (NLGEOM,OFF). 這樣設(shè)置將加快接觸搜索速度這樣設(shè)置將加快接觸搜索速度.步驟步驟 8.問題求解問題求解.October 20, 20008-54接觸非線性 5.7版本步驟步驟 9. 觀察結(jié)果觀察結(jié)果.一個(gè)接觸分析的結(jié)果主要包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變和接觸信息一個(gè)接觸分析的結(jié)果主要包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變和接觸信息. 接觸壓力、摩擦應(yīng)力、總應(yīng)力、接觸侵入、接觸間隙距離、滑動(dòng)距接觸壓力、摩擦應(yīng)力、總應(yīng)力、接觸侵入、接觸間隙距離、滑動(dòng)距離和接觸狀態(tài)都可以直接從通用后處理器或時(shí)間歷程

42、后處理器中得離和接觸狀態(tài)都可以直接從通用后處理器或時(shí)間歷程后處理器中得到到.October 20, 20008-55接觸非線性 5.7版本步驟步驟 9. 觀察結(jié)果觀察結(jié)果. 畫接觸壓力畫接觸壓力:October 20, 20008-56接觸非線性 5.7版本對(duì)于多數(shù)接觸問題對(duì)于多數(shù)接觸問題, 接觸向?qū)峁┝艘粋€(gè)構(gòu)造接觸接觸向?qū)峁┝艘粋€(gè)構(gòu)造接觸對(duì)對(duì)的簡(jiǎn)單方法的簡(jiǎn)單方法. 接觸向?qū)⒁龑?dǎo)你去創(chuàng)建接觸副接觸向?qū)⒁龑?dǎo)你去創(chuàng)建接觸副.前處理器前處理器 創(chuàng)建創(chuàng)建 接觸接觸對(duì)對(duì) 接觸向?qū)Ы佑|向?qū)?(Preprocessor Create Contact Pair Contact Wizard)Octob

43、er 20, 20008-57接觸非線性 5.7版本使用接觸向?qū)У氖褂媒佑|向?qū)У暮煤锰幪? 自動(dòng)定義單元類型和實(shí)常數(shù)設(shè)置自動(dòng)定義單元類型和實(shí)常數(shù)設(shè)置 快速得到接觸選項(xiàng)和參數(shù)快速得到接觸選項(xiàng)和參數(shù) 接觸接觸對(duì)對(duì)觀察工具觀察工具 快速顯示和反轉(zhuǎn)接觸法向快速顯示和反轉(zhuǎn)接觸法向如果還沒有對(duì)模型的任何部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分如果還沒有對(duì)模型的任何部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分, 就不能激活接觸向就不能激活接觸向?qū)?dǎo). 在啟用接觸向?qū)?chuàng)建柔體對(duì)柔體接觸模型之前在啟用接觸向?qū)?chuàng)建柔體對(duì)柔體接觸模型之前, 要先對(duì)所有的將要先對(duì)所有的將用作接觸面的模型部件劃分網(wǎng)格用作接觸面的模型部件劃分網(wǎng)格. 要?jiǎng)?chuàng)建剛體對(duì)柔體接觸模型要?jiǎng)?chuàng)建剛體對(duì)柔

44、體接觸模型, 只只要對(duì)將用作柔體接觸面的模型部件劃分網(wǎng)格要對(duì)將用作柔體接觸面的模型部件劃分網(wǎng)格.October 20, 20008-58接觸非線性 5.7版本只要簡(jiǎn)單地跟隨接觸向?qū)ё哌^接觸只要簡(jiǎn)單地跟隨接觸向?qū)ё哌^接觸對(duì)對(duì)創(chuàng)建步驟即可創(chuàng)建步驟即可. 首先首先, 你將指定你將指定目標(biāo)面目標(biāo)面, 然后再指定接觸面然后再指定接觸面.October 20, 20008-59接觸非線性 5.7版本所有的接觸單元選項(xiàng)和所有的接觸單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)都能通過接觸向?qū)嵆?shù)都能通過接觸向?qū)У玫綄?dǎo)得到.October 20, 20008-60接觸非線性 5.7版本在最后一步在最后一步, 接觸向?qū)?chuàng)建接觸單元和相應(yīng)的

45、實(shí)常數(shù)接觸向?qū)?chuàng)建接觸單元和相應(yīng)的實(shí)常數(shù).創(chuàng)建的實(shí)常數(shù)設(shè)置是一創(chuàng)建的實(shí)常數(shù)設(shè)置是一致的致的.如果目標(biāo)法向不正確如果目標(biāo)法向不正確, 能能夠逆轉(zhuǎn)夠逆轉(zhuǎn).October 20, 20008-61接觸非線性 5.7版本接觸向?qū)н€允許你觀看、列表和刪除接觸副接觸向?qū)н€允許你觀看、列表和刪除接觸副, 并且可以快速顯示和并且可以快速顯示和逆轉(zhuǎn)法線方向逆轉(zhuǎn)法線方向.October 20, 20008-62接觸非線性 5.7版本目的目的: 對(duì)一個(gè)位移控制加載的軸對(duì)稱咬接裝配問題進(jìn)行分析對(duì)一個(gè)位移控制加載的軸對(duì)稱咬接裝配問題進(jìn)行分析.偏移量偏移量 = 0.4”咬接裝配咬接裝配軸對(duì)稱模型軸對(duì)稱模型垂直約束垂直約

46、束October 20, 20008-63接觸非線性 5.7版本練習(xí)步驟練習(xí)步驟:1.恢復(fù)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)數(shù)據(jù)庫snap.db. 該數(shù)據(jù)庫包括網(wǎng)格和固定該數(shù)據(jù)庫包括網(wǎng)格和固定的邊界條件的邊界條件.2.利用接觸向?qū)?chuàng)建目標(biāo)和接觸單元利用接觸向?qū)?chuàng)建目標(biāo)和接觸單元(如圖所示如圖所示,數(shù)數(shù)據(jù)庫中設(shè)置了線組據(jù)庫中設(shè)置了線組).哪一邊應(yīng)該是目標(biāo)哪一邊應(yīng)該是目標(biāo),清楚嗎清楚嗎?正確地設(shè)置罰剛度比例系數(shù)正確地設(shè)置罰剛度比例系數(shù) (FKN). 提示提示: 該問該問題是以彎曲為主還是以體積變形為主題是以彎曲為主還是以體積變形為主? 接觸接觸目標(biāo)目標(biāo)October 20, 20008-64接觸非線性 5.7版本練習(xí)步驟

47、練習(xí)步驟:3.在直線在直線45上施加上施加 0.4”的的 Y向位移向位移.4.打開幾何非線性開關(guān)打開幾何非線性開關(guān) (NLGEOM,ON). 5.設(shè)設(shè)“ 時(shí)間時(shí)間(time)” 等于等于 0.4, 并為自動(dòng)時(shí)間步給出子步數(shù)并為自動(dòng)時(shí)間步給出子步數(shù)(20,500,10). 6.給出輸出控制給出輸出控制 (要求輸出每一子步結(jié)果要求輸出每一子步結(jié)果).7.求解求解, 并查看輸出和監(jiān)控文件并查看輸出和監(jiān)控文件.October 20, 20008-65接觸非線性 5.7版本練習(xí)步驟練習(xí)步驟:8.對(duì)接觸結(jié)果進(jìn)行后處理對(duì)接觸結(jié)果進(jìn)行后處理, 查看接觸壓力和應(yīng)力結(jié)查看接觸壓力和應(yīng)力結(jié)果果. 作應(yīng)力結(jié)果動(dòng)畫作應(yīng)

48、力結(jié)果動(dòng)畫.9.在時(shí)間歷程后處理器里畫載荷變形曲線在時(shí)間歷程后處理器里畫載荷變形曲線. 在此問在此問題中為什么得到了負(fù)的反作用力題中為什么得到了負(fù)的反作用力? October 20, 20008-66接觸非線性 5.7版本補(bǔ)充作業(yè)補(bǔ)充作業(yè):如果有時(shí)間如果有時(shí)間, 重新啟動(dòng)分析重新啟動(dòng)分析, 并將并將 Y向偏移向偏移量增加到量增加到 0.55”, 使咬接裝配的第二個(gè)齒咬使咬接裝配的第二個(gè)齒咬合合. 查看結(jié)果以及此問題的收斂過程查看結(jié)果以及此問題的收斂過程.如果有時(shí)間如果有時(shí)間, 顛倒目標(biāo)面和接觸面的指定顛倒目標(biāo)面和接觸面的指定,重重新運(yùn)行此分析新運(yùn)行此分析. 答案變化明顯嗎答案變化明顯嗎?Oct

49、ober 20, 20008-67接觸非線性 5.7版本回答問題回答問題:在此問題中在此問題中, 哪一邊應(yīng)該是目標(biāo)面哪一邊應(yīng)該是目標(biāo)面, 哪一邊應(yīng)該是接觸面是不明顯的哪一邊應(yīng)該是接觸面是不明顯的. 在在這種情況下這種情況下, 要求用對(duì)稱接觸要求用對(duì)稱接觸(兩邊都指定為目標(biāo)面和接觸面兩邊都指定為目標(biāo)面和接觸面). 對(duì)于這個(gè)對(duì)于這個(gè)問題問題, 網(wǎng)格粗糙些的一邊選為目標(biāo)面網(wǎng)格粗糙些的一邊選為目標(biāo)面 (盡管有人會(huì)爭(zhēng)論盡管有人會(huì)爭(zhēng)論, 指定為接觸面的指定為接觸面的表面更簡(jiǎn)單些表面更簡(jiǎn)單些, 應(yīng)該定為目標(biāo)面應(yīng)該定為目標(biāo)面).該問題以彎曲變形為主該問題以彎曲變形為主, 設(shè)設(shè) FKN = 0.1.出現(xiàn)負(fù)的反作

50、用力出現(xiàn)負(fù)的反作用力, 是因?yàn)榇饲蠼馐怯晌灰瓶刂频氖且驗(yàn)榇饲蠼馐怯晌灰瓶刂频? 在加載歷史的不同在加載歷史的不同點(diǎn)點(diǎn), 施加的位移引起了負(fù)的反作用力施加的位移引起了負(fù)的反作用力.October 20, 20008-68接觸非線性 5.7版本回答問題回答問題:對(duì)于第一個(gè)載荷步對(duì)于第一個(gè)載荷步 (0 到到 0.4), 交換目標(biāo)面和接觸面的指定交換目標(biāo)面和接觸面的指定, 結(jié)果變化不結(jié)果變化不明顯明顯.對(duì)于第二個(gè)載荷步對(duì)于第二個(gè)載荷步 (0.4 到到 0.55), 這兩種情況的力位移曲線有變化這兩種情況的力位移曲線有變化. 這表示這表示, 對(duì)該問題要求用對(duì)稱接觸對(duì)該問題要求用對(duì)稱接觸.October

51、20, 20008-69接觸非線性 5.7版本/BATCHRESUME,snap,db/PREP7ET,2,169ET,3,171R,1,0.1,0.1CMSEL,S,TARGET NSLL,S,1TYPE,2 MAT,1REAL,1ESURFCMSEL,S,CONTACTNSLL,S,1TYPE,3ESURFALLSFINISH/SOLUTIONANTYPE,STATICNLGEOM,ONSOLC,ONTIME,0.4NSUBST,20,500,10OUTRES,ALL,ALLDL,45,UY,-0.4SOLVEDL,45,UY,-0.55SOLVEFINI/EXITOctober 20,

52、20008-70接觸非線性 5.7版本October 20, 20008-71接觸非線性 5.7版本本本節(jié)節(jié)學(xué)完后學(xué)完后, 將能對(duì)如下功能進(jìn)行描述和論證將能對(duì)如下功能進(jìn)行描述和論證:SessionObjective1. 面對(duì)面單元選項(xiàng)面對(duì)面單元選項(xiàng)2. 剛性面剛性面3. 確定接觸剛度確定接觸剛度4. 摩擦摩擦5. 剛體剛體位移位移6. 對(duì)稱接觸對(duì)不對(duì)稱接觸對(duì)稱接觸對(duì)不對(duì)稱接觸(自接觸自接觸 )7. 初始干涉初始干涉8. 排錯(cuò)排錯(cuò)October 20, 20008-72接觸非線性 5.7版本本章的剩余部分將討論本章的剩余部分將討論各種各樣的面對(duì)面接觸各種各樣的面對(duì)面接觸單元選項(xiàng)單元選項(xiàng)(關(guān)鍵選項(xiàng)

53、關(guān)鍵選項(xiàng))和和實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù), 它們將控制面它們將控制面對(duì)面接觸單元的行為對(duì)面接觸單元的行為.October 20, 20008-73接觸非線性 5.7版本我們還將討論一般會(huì)遇到的接我們還將討論一般會(huì)遇到的接觸問題的建模技術(shù)和對(duì)策觸問題的建模技術(shù)和對(duì)策. 包包括剛性面、摩擦、剛體括剛性面、摩擦、剛體位移位移、 初始干涉、表面相互作用模型初始干涉、表面相互作用模型和和排錯(cuò)排錯(cuò).October 20, 20008-74接觸非線性 5.7版本在一個(gè)接觸問題中在一個(gè)接觸問題中, 對(duì)于使用剛性面對(duì)于使用剛性面, 還有還有其它其它的建?？紤]的建模考慮. 包括包括: 控控制制節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 剛性面的網(wǎng)格劃分剛性面的

54、網(wǎng)格劃分 改變目標(biāo)面的形狀改變目標(biāo)面的形狀 將其它單元與剛性面相連接將其它單元與剛性面相連接October 20, 20008-75接觸非線性 5.7版本控制節(jié)點(diǎn)控制節(jié)點(diǎn) 剛性面能夠與剛性面能夠與“ 控控制制節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”聯(lián)系起來聯(lián)系起來, 該節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)能夠控制目該節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)能夠控制目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)標(biāo)面的運(yùn)動(dòng). 加在整個(gè)面上的力、位移和加在整個(gè)面上的力、位移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)能夠用控或轉(zhuǎn)動(dòng)能夠用控制制節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)給出給出. 可以將控可以將控制制節(jié)點(diǎn)看作整個(gè)剛性面的手柄節(jié)點(diǎn)看作整個(gè)剛性面的手柄. 如果定義了一個(gè)控如果定義了一個(gè)控制制節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn), ANSYS將只檢查控將只檢查控制制節(jié)點(diǎn)的邊界條件節(jié)點(diǎn)的邊界條件, 忽略目

55、標(biāo)面上其它節(jié)點(diǎn)的約束忽略目標(biāo)面上其它節(jié)點(diǎn)的約束.控控制制節(jié)點(diǎn)既節(jié)點(diǎn)既可可對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格劃分生成對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格劃分生成, 也能作為目標(biāo)單元也能作為目標(biāo)單元, 使使用相同的單元屬性直接生成用相同的單元屬性直接生成.October 20, 20008-76接觸非線性 5.7版本旋轉(zhuǎn)的剛性面旋轉(zhuǎn)的剛性面控制節(jié)點(diǎn)控制節(jié)點(diǎn) 控制控制節(jié)點(diǎn)能夠在任何位置定義節(jié)點(diǎn)能夠在任何位置定義. 這允這允許剛性面的一般轉(zhuǎn)動(dòng)許剛性面的一般轉(zhuǎn)動(dòng). 只有只有控制控制節(jié)點(diǎn)能夠與其它單元聯(lián)系起節(jié)點(diǎn)能夠與其它單元聯(lián)系起來來. 要計(jì)算剛體的質(zhì)量要計(jì)算剛體的質(zhì)量, 可以在可以在控制控制節(jié)節(jié)點(diǎn)上定義一個(gè)質(zhì)量單元點(diǎn)上定義一個(gè)質(zhì)量單元(質(zhì)量

56、質(zhì)量21單元單元). 每一個(gè)目標(biāo)面只能有一個(gè)每一個(gè)目標(biāo)面只能有一個(gè)控制控制節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn).October 20, 20008-77接觸非線性 5.7版本約束剛性面約束剛性面如果滿足以下條件如果滿足以下條件, 剛性面則剛性面則缺省缺省為為自動(dòng)約束自動(dòng)約束(auto constrained, KEYOPT(2)=0) : 沒有明確定義邊界條件沒有明確定義邊界條件. 目標(biāo)面與其它單元沒有聯(lián)系目標(biāo)面與其它單元沒有聯(lián)系. 沒有定義耦合或約束方程沒有定義耦合或約束方程.在這種情況下在這種情況下, 剛性剛性目標(biāo)面的所有自由度目標(biāo)面的所有自由度都被約束都被約束.October 20, 20008-78接觸非線性 5

57、.7版本約束剛體目標(biāo)約束剛體目標(biāo) 如果選擇了如果選擇了自動(dòng)約束自動(dòng)約束(KEYOPT(2)=0)選項(xiàng)選項(xiàng), 在每一個(gè)載荷步的末尾在每一個(gè)載荷步的末尾, 程序內(nèi)部將對(duì)剛性面重新設(shè)置約束程序內(nèi)部將對(duì)剛性面重新設(shè)置約束. 當(dāng)重起動(dòng)求解時(shí)當(dāng)重起動(dòng)求解時(shí), 請(qǐng)仔細(xì)檢查模請(qǐng)仔細(xì)檢查模型型. 如果選擇如果選擇用戶定義用戶定義 (KEYOPT(2)=1)選項(xiàng)選項(xiàng), ANSYS認(rèn)為剛性面上所有認(rèn)為剛性面上所有合理的邊界條件應(yīng)由用戶定義合理的邊界條件應(yīng)由用戶定義.October 20, 20008-79接觸非線性 5.7版本劃分復(fù)雜目標(biāo)面劃分復(fù)雜目標(biāo)面 一個(gè)剛性目標(biāo)可以是基本目標(biāo)元素一個(gè)剛性目標(biāo)可以是基本目標(biāo)元素

58、(圓柱、圓錐、球圓柱、圓錐、球等等)的組合的組合. 對(duì)于任意表面對(duì)于任意表面, 網(wǎng)格形狀的質(zhì)量并不重要網(wǎng)格形狀的質(zhì)量并不重要. 重要的是目標(biāo)單元是否重要的是目標(biāo)單元是否很好地代表了幾何體很好地代表了幾何體. 目標(biāo)表面過分粗糙的離散化會(huì)導(dǎo)致收斂方目標(biāo)表面過分粗糙的離散化會(huì)導(dǎo)致收斂方面的問題面的問題.October 20, 20008-80接觸非線性 5.7版本劃分復(fù)雜目標(biāo)面的建議劃分復(fù)雜目標(biāo)面的建議如果剛性目標(biāo)能由基本元素代替如果剛性目標(biāo)能由基本元素代替, 就用基本元素就用基本元素(需要更少的單需要更少的單元元, 更有效更有效). 對(duì)于復(fù)雜表面對(duì)于復(fù)雜表面, 盡可能對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行映射劃分盡可能對(duì)網(wǎng)格

59、進(jìn)行映射劃分.如果表面的一邊沒有曲率如果表面的一邊沒有曲率, 則在該邊只劃分一個(gè)單元?jiǎng)t在該邊只劃分一個(gè)單元.對(duì)于平面或接近平面的對(duì)于平面或接近平面的, 用低次目標(biāo)單元用低次目標(biāo)單元. 如果目標(biāo)表面是彎如果目標(biāo)表面是彎曲的曲的, 用高次單元用高次單元.October 20, 20008-81接觸非線性 5.7版本下面是對(duì)于一個(gè)剛性面下面是對(duì)于一個(gè)剛性面, 低次單元和高次單元兩種劃分方式都用了低次單元和高次單元兩種劃分方式都用了的例子的例子. 低次單元的計(jì)算量少低次單元的計(jì)算量少, 但是需要更多的單元但是需要更多的單元. 高次單元的計(jì)高次單元的計(jì)算量大算量大, 但是但是, 需要的單元少需要的單元少

60、.低次低次高次高次October 20, 20008-82接觸非線性 5.7版本改變剛性面的形狀改變剛性面的形狀 對(duì)于具有低次或高次目標(biāo)元素對(duì)于具有低次或高次目標(biāo)元素(不是基本元素不是基本元素)的已劃分網(wǎng)格的目的已劃分網(wǎng)格的目標(biāo)面標(biāo)面, 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠旋轉(zhuǎn)到局部坐標(biāo)系目標(biāo)節(jié)點(diǎn)能夠旋轉(zhuǎn)到局部坐標(biāo)系. 這允許目標(biāo)面在一個(gè)分析這允許目標(biāo)面在一個(gè)分析中改變形狀中改變形狀. 例如例如, 希望用剛性圓柱面進(jìn)行擴(kuò)徑希望用剛性圓柱面進(jìn)行擴(kuò)徑. 此圓柱面可以劃分為高次四邊此圓柱面可以劃分為高次四邊形形, 將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)從直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到圓柱坐標(biāo)系將目標(biāo)節(jié)點(diǎn)從直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到圓柱坐標(biāo)系, 并在剛性目標(biāo)面并在剛性目標(biāo)面上