1、接觸屬性高級選項設(shè)置,第四章,接觸屬性高級選項設(shè)置,要成功的模擬接觸關(guān)系需要很好的掌握ANSYS中的眾多工具，當(dāng)程序缺省設(shè)置不能滿足要求時可使用工具進(jìn)行調(diào)整. 首先我們討論面面接觸單元和點面接觸單元(CONTA171-175).,本章節(jié)包含以下主題: 初始干擾 處理剛體運動 對位移的控制 對力的控制 Full 法瞬態(tài)動力學(xué) 使用弱彈簧 關(guān)閉間隙 (CNOF, ICONT, PMIN/PMAX, PSOLVE) 對稱與不對稱接觸 各式調(diào)整 打開接觸剛度 不對稱接觸選擇 梁/殼 厚度效應(yīng) 自動時間步 一般故障的檢查技巧,接觸屬性高級選項設(shè)置,接觸屬性高級選項設(shè)置A. 初始干擾,ANSYS中提供了幾

2、種模擬接觸初始干擾的技術(shù)，它們需要初始幾何穿透值或/和指定的偏移值. 指定偏移值:,實常數(shù) CNOF表示接觸面偏移. 正CNOF 值增加干擾. 負(fù)CNOF 減少干擾或?qū)е麻g隙. CNOF 可以和幾何穿透聯(lián)合使用.,接觸屬性高級選項設(shè)置初始干擾,初始穿透有如下選項設(shè)置: Include everything:考慮來自幾何上的初始干擾和指定偏移的初始干擾. Exclude everything: 忽略所有的初始干擾效應(yīng). Include with ramped effects: 逐漸施加干擾以增加收斂. Include offset only: 僅考慮指定偏移帶來的初始干擾. Include of

3、fset only w/ ramp:僅考慮指定偏移帶來的初始干擾，并逐漸施加干擾以增加收斂.,可通過KEYOPT(9)設(shè)置,接觸屬性高級選項設(shè)置初始干擾,如果模型包含初始幾何穿透的話，那么接觸力會以階躍的形式快速增加到一個很大的值. 牢記：突然改變力會導(dǎo)致收斂困難，應(yīng)該使初始干擾坡度化. Include with ramped 選項和 Include offset only w/ ramp 有助于克服收斂困難（在第一個載荷步中使初始穿透斜坡化）. 第一個載荷步中不應(yīng)再施加其它載荷. 保證 pinball區(qū)域(PINB) 要比初始穿透要大.,接觸屬性高級選項設(shè)置初始干擾,對于接觸法向經(jīng)常改變的接

4、觸問題，可嘗試接觸面目標(biāo)面互換或去掉有問題的接觸單元.,接觸面,目標(biāo)面,接觸屬性高級選項設(shè)置初始干擾,可參考WORKSHOP中的相關(guān)章節(jié): 練習(xí)六. 初始干擾.,接觸屬性高級選項設(shè)置初始干擾- Workshop,在靜力分析中，兩個或多個物體初始并沒有連接，在接觸創(chuàng)建前它們可能產(chǎn)生剛體運動.,接觸屬性高級選項設(shè)置B. 處理剛體運動,如果求解中兩物體發(fā)生分離，那么剛度矩陣將變得奇異. ANSYS 將給出警告信息 ANSYS中提供了幾種克服初始未接觸體接觸問題的方法: 在即將接觸位置建立幾何模型 動力學(xué)分析 位移控制 弱彈簧 使用無分離接觸 （ KEYOPT(12) ） 調(diào)整初始接觸條件,接觸屬性高

5、級選項設(shè)置.處理剛體運動,即將接觸 用戶需用知道即將發(fā)生接觸的具體位置.當(dāng)面為曲面或不規(guī)則面時該方法較困難.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動,動力學(xué)分析 在動力學(xué)分析中，初始影響阻止剛體運動.動態(tài)地對該問題求解可解決剛體位移問題. 你需要增加質(zhì)量和阻尼，然后把靜態(tài)分析轉(zhuǎn)換成動力學(xué)分析. 你必須確認(rèn)系統(tǒng)在分析結(jié)束后進(jìn)入靜態(tài). 否則，非零的加速度和速度將會產(chǎn)生假的阻尼力從而影響平衡,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動,位移控制 使用強制位移使兩物體進(jìn)入接觸狀態(tài). 然后通過使用一個空的載荷步把位移控制轉(zhuǎn)為力控制.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動,位移控制 Load Step 1 施加一個小的

6、強制性位移. Load Step 2 使用一個空的載荷步把位移控制轉(zhuǎn)為力控制.刪除上步施加的位移后施加力進(jìn)行求解 (該載荷步應(yīng)該迭代1到2次后就能夠收斂). Load Step 3 繼續(xù)施加用戶需要的載荷.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動,弱彈簧 該方法使用弱彈簧的方法阻止剛體位移.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動,盡管這些都是有效技巧，但較難使用 “即將接觸法” -由于分網(wǎng)時的取整處理，物體間可能存在小的間隙或穿透，這可能導(dǎo)致不收斂. 動力學(xué)方法 -系統(tǒng)在分析結(jié)束后沒有完全進(jìn)入靜態(tài)，仍存在動態(tài)效應(yīng) 位移控制法 -在一個復(fù)雜加載的情況下，需要強加的位移不好確定. 弱彈簧法 -需要施加一

7、個非常小的力使得弱彈簧發(fā)生變形觸發(fā)接觸，但不能出現(xiàn)穿透接觸面的現(xiàn)象.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動,ANSYS提供給用戶四種高級接觸選項，用來調(diào)整初始接觸條件，防止剛體模型的出現(xiàn). 1. 自動接觸調(diào)整: 程序計算CNOF 值來關(guān)閉間隙. 2. 初始接觸關(guān)閉 (ICONT): 接觸面上建立節(jié)點，用戶定義調(diào)整區(qū)間 3. 允許穿透容差(PMIN & PMAX): 移動剛性面使其和接觸面發(fā)生接觸.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動,4. CNCHECK命令 把接觸面移向目標(biāo)面要遵循以下步驟: 前提條件：使用節(jié)點探測選項KEYOPT(4) = 1 和 2或使用CONTA175單元 初始接觸節(jié)點處

8、于 ICONT 區(qū)域內(nèi) 初始穿透節(jié)點的 KEYOPT(9) = 1 pinball 區(qū)域應(yīng)該足夠大，要能夠捕捉到間隙和初始穿透.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動,推薦使用CNOF自動計算并關(guān)閉小的間隙(KEYOPT(5)=1).,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動1,實常數(shù)ICONT可以指定目標(biāo)面周圍的調(diào)整范圍. 任何處于調(diào)整范圍內(nèi)的點都會移動到目標(biāo)面上. ICONT的值太大的話會產(chǎn)生不連續(xù). 可使用程序缺省值,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動2,可參考workshop中的相關(guān)章節(jié): 練習(xí)七. 剛體 關(guān)閉間隙,接觸屬性高級選項設(shè)置. 剛體 Workshop,實常數(shù)PMIN和PMAX用來指

9、定初始穿透范圍. ANSYS把整個目標(biāo)面（包括它附著的柔體）移向PMIN和PMAX指定的穿透范圍內(nèi). 如果目標(biāo)面被約束，則PMIN和PMAX的指定無效. 初始調(diào)整是一個迭代的過程.ANSYS最多使用20個迭代使目標(biāo)面進(jìn)入PMIN和PMAX范圍.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動3,當(dāng)目標(biāo)面移動后，兩個原本分離的物體不再有間隙.,接觸面,目標(biāo)面（調(diào)整后）,目標(biāo)面（調(diào)整前）,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動3,使用 CNCHECK調(diào)整接觸 前提：使用節(jié)點探測選項KEYOPT(4) = 1 和 2或使用CONTA175單元 初始接觸節(jié)點處于 ICONT 區(qū)域內(nèi) 初始穿透節(jié)點的 KEYOPT(9)

10、 = 1 pinball 區(qū)域應(yīng)該足夠大，要能夠捕捉到間隙和初始穿透.,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動4,接觸屬性高級選項設(shè)置.處理剛體運動4,使用Contact Manager時，點擊Check Contact Status按鈕會出現(xiàn)四個選項，第三個選項Move contact nodes to target可執(zhí)行CNCHECK命令,可參考workshop中相關(guān)章節(jié): 練習(xí)八. 剛體 PMIN & PMAX.,接觸屬性高級選項設(shè)置.剛體運動workshop,不對稱接觸被定義為：一個面上存在所有的接觸單元，另一個面上存在所有的目標(biāo)單元 一個接觸對 最有效 對稱接觸：每個面都被指定為目標(biāo)面和

11、接觸面 通常為兩個接觸對，也有可能為一個（自接觸） 當(dāng)目標(biāo)面和接觸面很難區(qū)分或兩個面的網(wǎng)格都較粗時，采用對稱接觸 接觸算法為罰函數(shù)法時可采用對稱接觸 對于MPC 算法和三維Lagrange 乘子法, ANSYS會自動切換到不對稱接觸，因為此兩種情況下對稱接觸會導(dǎo)致過度約束.,接觸屬性高級選項設(shè)置C. 對稱與不對稱,自接觸時采用對稱接觸方式,把目標(biāo)單元和接觸單元放在同一個面上,自接觸,接觸屬性高級選項設(shè)置.對稱與不對稱,假接觸自動預(yù)防: 在某些自接觸情況中，ANSYS可能錯誤的認(rèn)為幾何上非常臨近的面處于接觸狀態(tài). 如果ANSYS在第一個載荷步遇到這種接觸，輸出窗口或輸出文件中會有如下提示：,Co

12、ntact surface,Target surface,假接觸可能發(fā)生,Contact element 16 has too much penetration related to target element 10 We assume it (may be more elements) is spurious contact.,接觸屬性高級選項設(shè)置.對稱與不對稱,非對稱接觸選項: 對稱的接觸對可以自動縮減為非對稱接觸對(KEYOPT(8)=2) 程序盡可能的把對稱接觸對自動轉(zhuǎn)換成非對稱接觸對,接觸屬性高級選項設(shè)置D. 各式調(diào)整,非對稱接觸選項: 適用于: 模型中存在大量的接觸對并很難選擇

13、Workbench Simulation中使用自動接觸的模型 接觸面和目標(biāo)面很難區(qū)分時 Workbench Simulation 模型 209 個部件 450 個對稱接觸對 115萬個自由度,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,* NOTE * CP= 19.490 TIME= 18:22:37 Symmetric Deformable- deformable contact pair identified by real constant set 8 and contact element type 9 has been set up. The companion pair has real c

14、onstant set ID 9. Both pairs should have the same behavior. ANSYS will keep the current pair and remove its companion pair, resulting in asymmetric contact. * NOTE * CP= 19.490 TIME= 18:22:37 Symmetric Deformable- deformable contact pair identified by real constant set 9 and contact element type 9 h

15、as been set up. The companion pair has real constant set ID 8. Both pairs should have the same behavior. ANSYS will remove the current pair and keep its companion pair, resulting in asymmetric contact.,非對稱接觸選項: 當(dāng)非對稱接觸激活時，ANSYS會通過輸出窗口提示用戶,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,請參考 Workshop 中的相關(guān)章節(jié): 練習(xí)九. 對一個大模型進(jìn)行故障檢查.,接觸屬性高級

16、選項設(shè)置.各式調(diào)整,梁/殼厚度效應(yīng): 如果模型包括梁單元或殼單元，接觸面由于厚度效應(yīng)可能平移. 對SHELL181/208/209單元, 大應(yīng)變導(dǎo)致的厚度改變也應(yīng)考慮進(jìn)去. 梁厚度效應(yīng)只在二維梁中有效,殼的中面,殼厚度,Contact,Target,在平移后的面上探 測出接觸,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: 使用載荷步可以使線性分析的精度和收斂性都大為提高 缺省狀態(tài)下程序使用自動時間步長. 更多的子步 (更小的時間步) 提高收斂性和精度 然而時間步如果太小，求解的總體精度會下降,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: 時間步長預(yù)測能夠基于當(dāng)前及歷史響應(yīng)來決定下個子步需要的時

17、間步長. 時間步的大小決定于: 上一載荷步平衡方程的數(shù)目. 響應(yīng)頻率 (瞬態(tài)分析). 上一載荷步的蠕變增量. 上一載荷步的塑性應(yīng)變增量. 接觸單元的狀態(tài)改變 .,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: 接觸是狀態(tài)改變非線性，隨著分析的進(jìn)行，接觸單元的狀態(tài)也隨著改變.,Status (0,1)= 分開 這里: 0 =分開, 遠(yuǎn) 1 =分開,近,Status (2) = 閉合，粘合,Status(3) = 閉合，滑移,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: 有時自動時間步長利于捕捉接觸狀態(tài).,由于過粗的時間步，接觸狀態(tài)丟失,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: 許多模型中你需要

18、選擇性的打開或關(guān)閉自動時間步. 缺省狀態(tài)下,對于接觸狀態(tài)改變，自動時間步為關(guān). 用戶可以通過以下選項打開: Solution Unabridged Menu -Load Step Opts- Solution Ctrl.,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: 當(dāng)基于接觸狀態(tài)的時間步預(yù)測激活時，可定義是否自動時間步長要隨接觸狀態(tài)的改變而改變 ( KEYOPT(7) ) .,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: KEYOPT(7)允許用戶進(jìn)行基于單元的時間步控制 KEYOPT(7)允許每個接觸單元都有其合適的時間步長. 不同的接觸單元可根據(jù)KEYOPT(7)的設(shè)置來調(diào)整時間步的大小

19、,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: 在接觸最先發(fā)生的區(qū)域，使用Keyopt(7)設(shè)置小的時間步長.,僅在此區(qū)域使用自動時間步捕捉接觸狀態(tài)的改變.,接觸屬性高級選項設(shè)置.各式調(diào)整,自動時間步: 時間步的大小是一個及其強大的收斂控制工具，對所有非線性分析都是如此.使用足夠小的時間步可保證收斂. 對于路徑相關(guān)問題（例如接觸摩擦），一個相對較小的最大時間步可保證求解精度. 對瞬態(tài)分析，時間步數(shù)要足夠多以保證物體表面間的動量傳遞. 對于位移的計算: Dt 1/(30 f) 這里的 f = 表面特征頻率 f = (k/m)0.5 對于速度和加速度的計算: Dt 1/(100 f),接觸屬性高級

20、選項設(shè)置.各式調(diào)整,CNCHECK命令可在求解前后觀察接觸對的詳細(xì)設(shè)置,調(diào)整分析 E. 故障檢查,輸出文件信息 輸出文件將包含CNCHECK命令得到的接觸詳細(xì)設(shè)置以及初始接觸狀態(tài)信息.,調(diào)整分析 . 故障檢查,調(diào)整分析 . 故障檢查,CNCHECK,POST 命令可以把初始接觸設(shè)置寫入結(jié)果文件 包括狀態(tài), 穿透,間隙和/或壓力，存儲到Jobname.RCN文件中 參見ANSYS中的CNCHECK命令,調(diào)整分析 . 故障檢查,可在接觸向?qū)е羞\行 CNCHECK,POST命令, 選擇 “Solve initial contact state” 圖標(biāo). 然后進(jìn)入通用后處理中觀察信息.,調(diào)整分析 . 故障檢查,CNC