Training

Manual–本章概述在本章中將會詳細

各種高級實體接觸選項:大多數(shù)高級選項只支持實體面而不支持面實體.假設用戶已經(jīng)學過第二章的內(nèi)容.本章將會覆蓋以下內(nèi)容:接觸公式(Contact

Formulations)接觸面和目標面,對稱/非對稱行為觀察結(jié)果Pinball

區(qū)域,狀態(tài)界面處理，偏移，調(diào)整到接觸摩擦Training

Manual–接觸接觸描述:當兩個分離的表面相互接觸、相切，就認為是“接觸”(contact).從通常物理意義來說,相互接觸的面有以下特征:不能相互

.可傳遞法向壓力和切向摩擦力.通常不傳遞法向張力.因此，它們可以相互分離接觸是狀態(tài)改變非線性.就是說，系統(tǒng)剛度取決于接觸狀態(tài)，零件是否接觸或分離.Training

Manual–…

確保不

條件怎樣保證接觸區(qū)域的相容性:接觸實體不能

，因此，程序必須為接觸面間建立一定的關系來–

當程序

，它們在分析過程中的相互

.就稱之為強迫接觸相容性–

DS

提供了幾種不同的接觸算法來保證接觸界面的相容性F目標()接觸(Contact)當沒有接觸相容性就會發(fā)生FTraining

Manual–…接觸算法:基于罰函數(shù)對于非線性實體接觸面,可以選用Pure

Penalty

或Augmented

Lagrange

公式:–

它們都是基于罰函數(shù)的接觸公式:這里,對一個有限的接觸力Fnormal,有一個接觸剛度knormal

的概念.接觸剛度越高,xpenetration

越少,如下圖所示理想的，對無限大的knormal,

為零。對于基于罰函數(shù)的方法，這在數(shù)字上是不可能的，但只要xpenetration

很小或可以忽略,求解結(jié)果就會很準確FnxpFnormal

knormal

xpenetrationTraining

Manual–…接觸算法:基于罰函數(shù)Pure

Penalty

和Augmented

Lagrange

方法的主要區(qū)別在于后者增強了接觸力(壓力)的計算:因為新加的參數(shù)使得augmentedLagrange

法對接觸剛度的大小不敏感Pure

Penalty:Augmented

Lagrange:Fnormal

knormal

xpenetration

Fnormal

knormal

xpenetrationTraining

Manual–…接觸剛度Iteration

nIteration

n+1F發(fā)向接觸剛度十分重要，因為它影響精度和收斂性.剛度越大就越精確，但會造成收斂

.如果接觸剛度太大，模型就會振動，造成接觸面相互彈開FFcontactFIteration

n+2Training

Manual–…接觸剛度默認的法向剛度是由DS自動確定的。用戶也可以手工輸入特定的值用戶可以輸入默認值“NormalStiffness

Factor”為“1.0”.因子越小接觸剛度越低.選擇接觸剛度的幾點建議:對以體積為主的問題:使用“ProgramControlled”或手工輸入“Normal

Stiffness

Factor”---“1”對以彎曲為主的問題，手工輸入0.01到0.1的“NormalStiffness

Factor”用戶可以設置DS在每次平衡迭代或子步中自動更新接觸剛度.Training

Manual–…接觸剛度下面的例子顯示了接觸剛度的影響:很明顯從上表可以看出，接觸剛度因子越小，越大，但是，求解容易收斂。

“NormalLagrange”方法將在下面FormulationNormal

StiffnessMax

DeformMax

Eqv

StressMax

Contact

PressureMax

PenetrationIterationsAugmentedLagrage0.012.84E-031%26.1021%0.97936%2.70E-042AugmentedLagrage0.12.80E-030%25.8020%1.22820%3.38E-052AugmentedLagrage12.80E-030%25.6790%1.5682%4.32E-063AugmentedLagrage102.80E-030%25.7650%1.5994%4.41E-074Normal

Lagrange-2.80E-030%25.7680%1.5350%3.17E-102Training

Manual–…接觸算法:基于Lagrange乘子法另外一個可選算法為：Lagrange

multiplier

算法:–

Normal

Lagrange

算法額外增加了一個

度(接觸壓力)來滿足接觸相容性.

結(jié)果，接觸力(接觸壓力)

是著為一個

度來顯示求解而不是通過接觸剛度和

來求解接觸力.用壓力

都來強制零或接近零不需要法向接觸剛度(零彈性滑動)要求直接求解器。直接求解器會消耗的計算資源FFnormal

DOFTraining

Manual–…接觸顫振關閉縫隙Normal

Lagrange

Method縫隙顫振經(jīng)常發(fā)生在Normal

Lagrange

方法中如果不允許

(左),接觸狀態(tài)就只能為開或閉(就象階躍方程).

這在某些時候會造成收斂

，這是因為接觸點會在開/閉狀態(tài)間振蕩，這就是顫振如果允許輕微的

(右),就會更容易收斂因為接觸不在是階躍變化.接觸狀態(tài)

接觸狀態(tài)打開

打開關閉Penalty-BasedMethodTraining

Manual–…接觸算法:基于MPC對

定的綁定接觸可以使用MPC

公式.MPC,

或

多點約束在

增加約束方程來限制接觸面間的位移這種方法不是基于penalty或Lagrangemultiplier.

它是一種聯(lián)系綁定接觸表面的直接有效的方法.基于MPC的接觸支持大變形效應Training

ManualANSYS

Workbench

–Simulationmpc.x_tTraining

Manual–…切向行為前面所提到的選項是針對法向接觸的.如果定義了“friction”或“rough/bonded”接觸,類似的情況會出現(xiàn)在切向方向.同步

條件類似，如果在切向上，兩個實體是“粘結(jié)在一起的”

，這兩個實體不應該相互滑動在切向總是用“penalty”算法切向接觸剛度和滑動距離是類似的參數(shù):Ftangential

ktangential

xsliding這里，xsliding

在粘結(jié)時理想值為零,即使在基于

penalty方法中允許少量滑動.同Normal

ContactStiffness不一樣,Tangential

Contact

Stiffness

不能由用戶直接改變Training

Manual–…接觸算法總結(jié)接觸算法的總結(jié)見下表：1

接觸剛度不能由用戶直接輸入–

“Normal

Lagrange”法是因為Lagrange

multiplier

公式用于法線方向而基于penalty

方法用于切線方向而得名的.FormulationNormalTangentialNormal

StiffnessTangential

StiffnessTypeAugmented

LagrangeAugmented

LagrangePenaltyYesYes1AnyPure

PenaltyPenaltyPenaltyYesYes1AnyMPCMPCMPC--Bonded

OnlyNormal

LagrangeLagrange

MultiplierPenalty-Yes1AnyTraining

Manual–…實體接觸選項雖然“PurePenalty”在DS中是默認選項,對通常的無摩擦或摩擦接觸建議使用“AugmentedLagrange”–

Augmented

Lagrange

公式通過增加額外控制來降低

,

因此常用于非線性問題。“Normal

Stiffness”前面介紹過多接觸剛度knormal,只用于“PurePenalty”或“Augmented

Lagrange”這是一個

因子，1.0通常用于體積變形為主的問題。對于彎曲為主的情況，在收斂

時使用小于0.1的值接觸剛度在求解過程中可以自動調(diào)整。如果收斂，剛度會自動降低.ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalxStructuralxMechanical/MultiphysicsxTraining

Manual–…公式比較下表總結(jié)了不同的接觸公式–

注意對稱接觸或接觸探測稍后將會介紹Pure

PenaltyAugmented

LagrangeNormal

LagrangeMPC+Good

convergencebehavior

(few

equilibriumiterations)-May

require

additionalequilibrium

iterations

ifpenetration

is

too

large-May

require

additionalequilibrium

iterations

ifchattering

is

present+Good

convergencebehavior

(few

equilibriumiterations)-Sensitive

to

selectionofnormal

contact

stiffnessLess

sensitive

toselection

of

normalcontact

stiffness+No

normal

contactstiffness

is

required+No

normal

contactstiffness

is

required-Contactpenetration

ispresent

anduncontrolledContactpenetration

ispresent

but

controlled

tosomedegree+Usually,

penetrationisnear-zero+No

penetration+Useful

for

anytype

ofcontact

behavior+Useful

for

anytype

ofcontact

behavior+Useful

for

anytype

ofcontact

behavior-Only

bonded

contactbehavioris

allowed+Either

Iterative

or

DirectSolverscan

be

used+Either

Iterative

or

DirectSolverscan

be

used-Only

Direct

Solver

canbe

used+Either

Iterative

or

DirectSolverscan

be

used+Symmetric

orasymmetric

contactavailable+Symmetric

orasymmetric

contactavailableAsymmetric

contactonlyAsymmetric

contactonly+Contactdetection

atintegration

points+Contactdetection

atintegration

pointsContactdetection

atnodesContactdetection

atnodesTraining

Manual–…公式比較向?qū)壎ń佑|，DS默認使用Pure

Penalty

公式和剛度.因為接觸剛度高所以結(jié)果精確而且

很小，甚至可以忽略.對綁定接觸，MPC

公式是另一個好的選擇，因為它有許多好的特征.對無摩擦或摩擦接觸,考慮使用Augmented

Lagrange或Normal

Lagrange

方法.由于其有

的特征和靈活

薦使用

AugmentedLagrange

方法如果用戶不想考慮法向剛度而還要求零

，可以使用Normal

Lagrange

方法.

但必須使用直接求解器(DirectSolver)

，這也許會限制模型大小Training

Manual–接觸面和目標面指定接觸和目標表面可能會十分重要在DS中，接觸和目標表面都會顯示在每一個“ContactRegion,”中。接觸面以紅色表示而目標面以藍色表示.接觸和目標面指定了兩對相互接觸的表面.Training

Manual–…對稱/非對稱行為默認的，ANSYS

使用對稱行為(SymmetricBehavior).這就是說，接觸面不能

目標面同時目標面不能

接觸面.如果用戶希望還可以使用非對稱行為(Asymmetric

Behavior)對于非對稱或自動非對稱行為,只限制接觸面不能

目標面在自動非對稱行為中，接觸和目標面對指定可以在

互換雖然表面被限制不能相互，回憶一下，當使用基于罰函數(shù)(Penalty-based)的方法時，可能會發(fā)生小的。Training

Manual–…對稱/非對稱行為對于非對稱行為,接觸面的節(jié)點不能目標面.這是需要記住的十分重要的規(guī)則。請考慮以下問題:如左圖所示，頂部紅色網(wǎng)格是接觸面的網(wǎng)格劃分。節(jié)點不能目標面，所以接觸建立正確如右圖所示，底部紅色網(wǎng)格是接觸面而頂部是目標面。因為接觸面節(jié)點不能

目標面，會發(fā)生太多的實際

。SurfaceContact

SurfaceSurfaceContact

Surface…指定接觸和目標面Training

Manual–事實上,

對非對稱行為，接觸面不能

目標面而相反并不成立，這就需要正確的選擇接觸表面：如果一凸起的表面要和一平面或凹面接觸，應該選取平面或凹面為目標面.如果一個表面有稀疏的網(wǎng)格而另一個表面網(wǎng)格細密，則應選擇稀疏網(wǎng)格表面為目標面.如果一個表面比另一個表面硬，則硬表面應為目標面.如果一個表面為高階而另一個為低階，則低階表面應為目標面.如果一個表面大于另一個表面，則大的表面應為目標面.Training

Manual–…對稱/非對稱總結(jié)注意以下重要事項:只有“Pure

Penalty”和“Augmented

Lagrange”公式支持對稱行為.“Normal

Lagrange”和“MPC”要求非對稱行為.方程的本質(zhì)決定了對稱行為造成了對模型在數(shù)學上的過度約束,因此，當選擇對稱行為時使用自動對稱行為對以下情況當選擇非對稱行為時，用戶應該遵循上一張PPT所介紹通用規(guī)則來選擇接觸和目標面.Specified

OptionPure

PenaltyAugmented

LagrangeNormalLagrangeMPCBehaviorInternallyUsedSymmetric

BehaviorSymmetricSymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAsymmetricBehaviorAsymmetricAsymmetricAsymmetricAsymmetricAuto-Asymmetric

BehaviorAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricReviewingResultsSymmetric

BehaviorResults

on

BothResults

on

BothResults

on

EitherResults

on

EitherAsymmetricBehaviorResults

on

ContactResults

on

ContactResults

on

ContactResults

on

ContactAuto-Asymmetric

BehaviorResults

on

EitherResults

on

EitherResults

on

EitherResults

on

EitherNotesSymmetric

BehaviorEasier

to

set

upEasier

to

set

upLet

programdesignaet

program

designateAsymmetricBehaviorEfficiency

and

controlEfficiency

and

controlUser

has

controlUser

has

controlAuto-Asymmetric

BehaviorLet

programdesignaet

program

designaet

program

designaet

program

designateTraining

Manual–…觀察結(jié)果前一頁表中暗示了一個重要的觀察Contact

Tool

結(jié)果的因數(shù)對對稱行為，將報告接觸和目標面上的結(jié)果.對任何非對稱行為，只有接觸面上的結(jié)果.當檢查ContactTool工作表時，用戶可以選擇接觸或目標面來觀察結(jié)果.對自動非對稱行為，結(jié)果可以在接觸面或目標面上對非對稱行為，目標面上的結(jié)果為零Training

Manual–…觀察結(jié)果,例一例如，在下例中使用了對稱行為和Normal

Lagrange

公式.這導致了自動非對稱行為.因為是自動的，DS也許會互換接觸和目標面對定義.在觀察ContactTool結(jié)果時，接觸面上的結(jié)果為零而目標面上顯示真實的接觸壓力SurfaceContact

SurfaceTraining

Manual–…觀察結(jié)果,例二在另一種情況下，使用“Augmented

Lagrange”公式和對稱行為這導致對稱行為，因此兩個表面不能相互

。這樣，結(jié)果將會同時在接觸和目標面上顯示出來。這意味著真實的接觸壓力是兩個結(jié)果的平均值.SurfaceContact

SurfaceTraining

Manual–…觀察結(jié)果對稱行為:容易設置(DS中的默認設置)計算量大.解釋諸如實際接觸壓力數(shù)據(jù)比較結(jié)果同時在兩個面上報告非對稱行為:DS

可以自動的設置(Auto-Asymmetric)

或…用戶人工指定接觸和目標面.選擇不正確定接觸和目標面會影響結(jié)果.觀察結(jié)果容易而且直觀。所有數(shù)據(jù)都在接觸面上。Training

Manual–…接觸探測點需要注意的是，根據(jù)所用公式的不同，接觸探測也會不同：Pure

Penalty

和Augmented

Lagrange

公式使用積分點探測.這導致的探測點。(在左側(cè)的例子中有10個)Normal

Lagrange和MPC公式使用節(jié)點探測

(目標法向).這導致更少的探測點。(在右側(cè)的例子中有6個)節(jié)點探測在處理邊接觸時會稍微好一些，但是，通過局部網(wǎng)格細化，積分點探測也會達到同樣的效果.Integration

Point

DetectionNodal

DetectionTraining

Manual–…接觸探測點對非對稱行為,由于接觸探測點的位置，積分點探測允許一些邊上的

.–

下圖圖示了這種情況:Contact

SurfaceThe can

penetratethe

contact

surface.Surface的接觸探測點,因此，每一種接觸另外，積分點探測會導致探測方法都有它的優(yōu)缺點Training

Manual–Pinball

區(qū)域Pinball區(qū)域是一個非常有用的概念.有多種情況可以用到Pinball區(qū)域:為接觸計算提供高效率的運算.在搜尋給定接觸區(qū)域可能發(fā)生接觸的單元時，Pinball

區(qū)域區(qū)分“近”和“遠”開接觸.為綁定接觸確定允許縫隙的大小.如果使用MPC公式,Pinball區(qū)域也決定多少個節(jié)點包含在MPC

方程中.確定可以解決的初始

深度Training

Manual–…Pinball

區(qū)域Pinball

區(qū)域可以認為是包含在接觸探測點周圍的球體如果一個在目標面上的節(jié)點處于這個球體內(nèi)，DS就會認為它“接近”接觸，而且會更加密切地監(jiān)視它與接觸探測點點關系(也就是說什么

時候和是否接觸已經(jīng)建立).在球體以外的目標面上的節(jié)點相對定的接觸探測點不會受到密切監(jiān)視.如果綁定接觸的縫隙小于Pinball半徑,DS仍將會按綁定來處理那個區(qū)域Pinball

radiusTraining

Manual–…Pinball

區(qū)域默認的，每一個接觸探測點接觸區(qū)域的大小由程序自動確定.圖標可用戶可以直接在任何接觸分支的詳細窗口中修改Pinball

半徑Pinball

球體將會在Contact

Region

上顯示出來.利用以移動注釋ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalxStructuralxMechanical/MultiphysicsxBy

specifying

a

PinballRadius,

one

can

visuallyconfirm

whether

or

not

a

gapwill

be

ignored

in

BondedBehavior.The

Pinball

Region

c

sobe

important

in

initialinterference

problems

orlarge-deformation

problems.Training

Manual–界面處理在上一節(jié)中，對于綁定接觸，足夠大的Pinball半徑允許忽略接觸面和目標面間的任何縫隙對于摩擦或無摩擦接觸，實體可以相互接觸或脫離接觸。因此，初始縫隙不能被自動忽略，因為它有可能代表幾何信息。但是，有限元方法在靜力結(jié)構(gòu)分析時不允許有剛體移動.如果存在初始縫隙，當施加力載荷時，可能不會建立初始接觸，一個零件可能會相對于另一個零件飛開。Training

Manual–…接觸偏移對于摩擦或無摩擦接觸為了緩解由于建模時的縫隙所造成的初始接觸建立，利用界面處理可以的偏移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)格是接觸面接觸面可以偏移一定的量，就象右圖中綠線所示，這將允許建立初始接觸。Training

Manual–…接觸偏移注意這種方法實際上改變了幾何形狀，因為一個“硬”于實際網(wǎng)格和接觸面間.區(qū)域存在這種輕微的修改在某些情況下處于所允許的近似范圍內(nèi)，因此，這是一種不需要修改CAD幾何模型，為靜力分析建立初始接觸的有用的工具。Training

Manual–…界面處理在詳細窗口中用戶可以選擇“Adjusted

toTouch”或“AddOffset”“Adjusted

to

Touch”讓DS

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)域大小會影響這種自動方法，因此必須保證Pinball

半徑大于最小的縫隙距離.“AddOffset”讓用戶來指定允許接觸面偏移的正負距離.正值是指關閉縫隙而負值是指打開縫隙.ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalxStructuralxMechanical/MultiphysicsxTraining

Manual螺栓連接裝配體作業(yè)3A接觸剛度Training

Manual–目的本次作業(yè)的目的是為了研究接觸剛度對結(jié)果收斂性和精確性的影響.模型描述3D

螺栓連接裝配體-4

個零件:支架(Bracket)襯套(Bushing)螺母(Nut)–螺栓(Bolt)載荷及邊界條件:一端固支45,000

N

螺栓預緊力作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–步驟:啟動ANSYS

Workbench.

流覽并打開“Bolted_Joint_ws03A.wbdb”項目文件–

這個項目包含了一個DM

幾何文件file

“Bolted_Joint_ws03A.agdb”和一個DS文件“Bolted_Joint_ws03A.dsdb”.選擇“Bolted_Joint_ws03A”文件進入DS頁.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察模型內(nèi)容點亮結(jié)構(gòu)樹中“Geometry”和“Contact”分支中的每一項以熟悉模型。同樣，在每一點亮的項目的詳細窗口中觀察技術要求…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察模型內(nèi)容(續(xù)):特別注意接觸區(qū)域6，在螺栓預緊力關閉襯套和支架間的縫隙后，它將用來評估此處的壓力分布

區(qū)域6最初被設置為使用Penalty法的非對稱無摩擦接觸.請記住，這種算法取決于接觸剛度和在界面處的非常小的來產(chǎn)生的力以接觸建立后的.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察Solution

Information

分支紅色閃電

這是未完成的求解運行.點亮“SolutionInformation分支然后翻頁到輸出窗口底部，就會發(fā)現(xiàn)未收斂信息…作業(yè)3A

–接觸剛度Training

Manual–觀察Solution

Information

分支(續(xù))在“Solution

Information”詳細窗口中,改變Solver

Output

為ForceConvergence.這樣就會以圖形的方式顯示收斂數(shù)據(jù).注意，在迭代過程中，力在收斂值上下震蕩。兩次對分后，第一子步收斂而第二子步發(fā)散…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察Solution

Information

分支(續(xù)):回到Solver

Output

將求解工作表翻到最后一次對分記錄.這次對分緊接著會出現(xiàn)一個警告信息表明在實常數(shù)為ID15第單元處出現(xiàn)了接觸狀態(tài)突變…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察Solution

Information

分支(續(xù)):同樣，向上翻動求解信息工作表(靠近文件頂部)找到接觸設置和計算.產(chǎn)生警告信息的接觸對(實長數(shù)15)是由手工為接觸區(qū)域6所建立的非對稱接觸對.注意，默認使用的接觸剛度非常大(0.923e6)。比所用材料的彈性模量整整大了一位數(shù)。假設這個模型支架的剛度相對較低，默認的接觸剛度就有可能太高.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–根據(jù)不收斂輸出的反饋信息，降低區(qū)域6

的法向剛度來使求解收斂不改變當前樹中的任何設置，Model

分支:在當前的項目樹中點亮

“Bolted_Joint_ws03A”

模型RMB

–Duplicate根據(jù)要進行的改變來重命名新的模型分支“Bolted_Joint_ws03A,NormStiff

Factor

=1e-3”這樣，可以使在進行修改后的分析的同時不丟失已有的信息.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–在新建黨模型分支下點亮“ContactRegion

6”在詳細窗口中在normal

stiffness

中改“ProgramControlled”

為o“Manual”在normal

stiffness

factor

中改default(1)

為“1e-3”.點亮這個模型的Solution

分支，RMB

執(zhí)行新的求解…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–在沒有對分的情況下，求解在11次迭代后收斂。這很理想，因為對分雖然會自動調(diào)整以達到收斂，但會浪費大量的CPU

時間.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察成功求解的SolutionInformation.確認使用了修改后的接觸剛度.注意:在這次求解中自動進行了第二載荷步的一次迭代求解。這是由于螺栓預緊力所造成的.第一載荷步計算產(chǎn)生預緊力所需的裝配體的過盈量.分析中所用的過盈量在“Pretension

Bolt

Load”詳細窗口中為“Adjustment”中的值。在窗口中同樣也給出了支反力。第二載荷步鎖定螺栓預緊單元到計算的調(diào)整量以保證螺栓預緊力。計算的支反力應等于初始施加的預緊力?！鳂I(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察襯套-支架界面的接觸結(jié)果(螺母一側(cè)):打開Contact

Tool

Folder

，選擇Contact

Region

6點亮Pressure

Results點亮ContactPenetration“1e-3”是否是這個模型可接受的法向剛度因子？保證標準接觸對準確結(jié)果的最好方法是不同的剛度值進行敏感度分析。剛度修改方案和算法直到結(jié)果收斂到同一個“正確”答案.太高的剛度會導致發(fā)散，而太低的剛度雖然會使結(jié)果收斂但會導致過度。過度的螺栓預緊矯正量最終會導致接觸表明壓力的

確…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–考慮以下針對改變接觸剛度的敏感度研究:對于這個模型，隨剛度增加，接觸

和螺栓預緊調(diào)整象預期一樣減少。最大壓力也會減小。這是因為載荷沿更大的承載區(qū)域重新分布，從而導致襯套-支架界面處的最大軸承壓力整體降低。同樣注意，剛度增加會帶來迭代次數(shù)和運算時間的增加。另外值得注意是，在迭代時使用自動剛度更新工具，可以在默認法向剛度因子為1.0時達到求解收斂指定正確的接觸剛度嚴重地依賴于所分析的問題，而且總是要在結(jié)果質(zhì)量(準確)和成本(運行時間)尋求平衡。對于本次研究，法向剛度因子為0.10就足夠了。“AugmentedLagrange”算法被證明可以為多數(shù)分析提供更強的接觸結(jié)果。對標準無摩擦接觸使用AlgorithmPenaltyPenaltyPenaltyPenaltyAug-LagrangeNormalStiffness

Factor0.0010.0100.1001.0001.000Stiffness

Updating

Schemenevernevernevereach

iterationeach

iterationCum

Iterations1214151515CPU

Time560635682743655Max

Contact

Pressure(MPa)149.867142.876139.693139.693139.693Contact

Penetration(mm)0.1620.01550.00150.00150.00151Bolt

Pretension

Adjust(mm)1.75711.66431.65391.65391.6539…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–摩擦接觸選項通常的，兩個接觸體的切向或滑動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.當引入摩擦后，再兩物體間會產(chǎn)生剪力摩擦接觸支持小變形或大變形分析Training

Manual–…摩擦接觸選項摩擦可以用Coulomb’s

法則來解釋:Ftangential

Fnormal這里

是靜力摩擦系數(shù)–

當切向力Ftangential

大于上面的值時就會發(fā)生滑動FnFt

FnTraining

Manual–…摩擦接觸選項對摩擦接觸必須輸入“friction

coefficient”如果摩擦系數(shù)(Friction

Coefficient)

為0.0

將會導致無摩擦接觸接觸公式建議使用“Augmented

Lagrange”ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalStructuralxMechanical/MultiphysicsxTraining

Manual–…觀察結(jié)果如果是摩擦接觸，將會有額外的輸出信息可以通過觀察接觸摩擦應力(Contact

Frictional

Stress)

和接觸滑動距離(Contact

Sliding

Distance)

來更好的理解摩擦效應對接觸狀態(tài),“Sticking”vs.“Sliding”導致區(qū)分移動的接觸面。ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalStructuralxMechanical/MultiphysicsxTraining

Manual–…DS

接觸總結(jié)DS

中可以求解接觸問題:–

通常，接觸行為被定義為零件間傳遞.相互作用，這時接觸力將在零件通過接觸，零件間不能

但可以相互分離或相互滑動。DS

中用戶可以使用三種接觸算法:Augmented

Lagrange,

PurePenalty,和Normal

Lagrange.

MPC

公式只能用于綁定接觸.基于罰函數(shù)的方法利用[K]{x}計算接觸,因此有接觸剛度和少量允許的概念Normal

Lagrange

將接觸壓力作為一個

度直接求解,因此沒有接觸剛度或

。針對這一獨特的公式，求解器的選擇會很有限.摩擦描述了相互移動的零件間的切向行為.當摩擦定義后，只有當切向力大于正壓力和摩擦系數(shù)之積時，零件才能相互移動.Training

Manual帶摩擦力的螺栓連接裝配體作業(yè)3B摩擦接觸Training

Manual–軸作業(yè)3B-摩擦接觸目的在這次作業(yè)中將研究使用摩擦接觸的通用策略.模型描述3D

螺栓連接裝配體-4

個零件:支架(Bracket)襯套(Bushing)螺母(Nut)螺栓(Bolt)載荷和邊界條件:一端固支45,000

N

螺栓預緊力(沿螺栓35,000

N

軸承力(垂直于螺栓軸線)Due

to

the

excessive

run

times

associated

with

this

model,

all

the

simulations

havebeen

solved

in

advance. We

will

compare

and

contrast

the

difference

between

theseruns.Training

Manual–步驟:啟動ANSYS

Workbench，流覽并打開“Bolted_Joint_ws03B.wbdb”項目文件.–

本項目包括DM幾何文件“Bolted_Joint_ws03.agdb”和DS文件

“Bolted_Joint_ws03B.dsdb”.點亮“Bolted_Joint_ws03B,frictionless”文件進入DS.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察“Bolted_Joint_ws03B,frictionless”分支在上一次作業(yè)中已經(jīng)施加了

35,000

N軸承載荷注意:軸承力選項為襯套表面施加了呈變化分布的力.項目樹的第一分支代表了對結(jié)構(gòu)承受額外軸承力響應的初步仿真分析.從上一次作業(yè)可以知道，對非綁定接觸應使用Aug-Lagrange算法，同時人工輸入剛度因子為0.1

和在每次迭代間使用剛度自動剛度更新功能.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察Bolted_Joint_ws03B,frictionless

分支(續(xù))求解分支旁邊的綠“鉤”號代表這是一次成功的求解注意兩個載荷步在一個子步中求解。這是默認的初始設置，可以在求解輸出工作表中查到.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察Bolted_Joint_ws03B,

frictionless

分支(續(xù))雖然在求解輸出中沒有錯誤信息，通過觀察位移結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)第一次求解是錯誤的額外的軸承力推動襯套沿裝配體螺母一側(cè)無阻力地穿過支架.同樣，在螺栓頭的綁定接觸對

襯套沿螺栓垂直方向的滑動.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察Bolted_Joint_ws03B,

friction為了正確的仿真零件在載荷作用下的相對位移，第二次運行中有關接觸的設置進行了相應地改變。在第二個分支中仔細地觀察下列改變.接觸區(qū)域1,2,

3,4和6:改變行為為“Frictional”，摩擦系數(shù)為0.2.接觸區(qū)域5代表螺栓螺母界面，保持綁定接觸在螺栓和支架上靠近螺母一側(cè)的孔間建立新的無摩擦區(qū)域7在求解分支中除了#5(綁定)和#7(無摩擦)，為每個接觸添加摩擦應力。對區(qū)域7添加“Number(of

elements)Contacting”來幫助監(jiān)視求解過程.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察Bolted_Joint_ws03B,

friction(續(xù))第二次仿真成功的收斂。這一次，每個載荷步間都有多個子步.這是設計好的。