资源预览内容
第1页 / 共42页
第2页 / 共42页
第3页 / 共42页
第4页 / 共42页
第5页 / 共42页
第6页 / 共42页
第7页 / 共42页
第8页 / 共42页
第9页 / 共42页
第10页 / 共42页
亲,该文档总共42页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
接触问题(参考 ANSYS 的中文帮助文件)当两个分离的表面互相碰触并共切时,就称它们牌接触状态。在一般的物理意义中,牌接触状态的表面有下列特点: 1、不互相渗透;2、能够互相传递法向压力和切向摩擦力;3、通常不传递法向拉力。接触分类:刚性体柔性体、柔性体柔性体 实际接触体相互不穿透,因此,程序必须在这两个面间建立一种关系,防止它们在有限元分析中相互穿过。罚函数法。接触刚度 lagrange 乘子法,增加一个附加自由度(接触压力) ,来满足不穿透条件将罚函数法和 lagrange 乘子法结合起来,称之为增广 lagrange 法。三种接触单元:节点对节点、节点对面、面对面。 接触单元的实常数和单元选项设置: FKN:法向接触刚度。这个值应该足够大,使接触穿透量小;同时也应该足够小,使问题没有病态矩阵。FKN 值通常在 0.110 之间,对于体积变形问题,用值 1.0(默认) ,对弯曲问题,用值 0.1。FTOLN:最大穿透容差。穿透超过此值将尝试新的迭代。这是一个与接触单元下面的实体单元深度(h)相乘的比例系数,缺省为 0.1。此值太小,会引起收敛困难。ICONT:初始接触调整带。它能用于围绕目标面给出一个“调整带” ,调整带内任何接触点都被移到目标面上;如果不给出 ICONT 值,ANSYS 根据模型的大小提供一个较小的默认值(0.03 PINB:指定近区域接触范围(球形区) 。当目标单元进入 pinball 区时,认为它处于近区域接触,pinball 区是围绕接触单元接触检测点的圆(二维)或球(三维) 。可以用实常数 PINB 调整球形区(此方法用于初始穿透大的问题是必要的)PMIN 和 PMAX:初始容许穿透容差。这两个参数指定初始穿透范围,ANSYS把整个目标面(连同变形体)移到到由 PMIN 和 PMAX 指定的穿透范围内,而使其成为闭合接触的初始状态。初始调整是一个迭代过程,ANSYS 最多使用 20 个迭代步把目标面调整到 PMIN 和 PMAX 范围内,如果无法完成,给出警告,可能需要修改几何模型。TAUMAX:接触面的最大等效剪应力。给出这个参数在于,不管接触压力值多大,只要等效剪应力达到最大值 TAUMAX,就会发生滑动。该剪应力极限值通常用于接触压力会变得非常大的情况。CNOF:指定接触面偏移。+CNOF 增加过盈、-CNOF 减少过盈或产生间隙、CNOF 能与几何穿透组合应用。FKOP:接触张开弹簧刚度。针对不分离或绑定接触模型,需要设置实常数FKOP,该常数为张开接触提供了一个刚度值。FKOP 阻止接触面的分离;FKOP 默认为 1.0,用于建立粘结模型,用一个较小值(1e-5)去建立软弹簧模型。FKT:切向接触刚度。作为初值,可以采用FKT0.01*FKN,这是大多数ANSYS 接触单元的缺省值。COHE:粘滞力。即没有法向压力时开始滑动的摩擦应力值。FACT,DC:定义摩擦系数变化规律MUMUK*(1+(FACT-1)EXP(DC*vtfs/deltaT) )式中:MUK动摩擦系数(用户自己定义)FACTMUS/MUK(用户自己定义)MUS静摩擦系数 DC衰减系数(用户自己定义)Vtfs/deltaT表面间的相对速度注意:动摩擦系数由被指定为材料属性(MU) ,由 MP 命令或 GUI 定义。缺省值:FACT1,MUSMUK0,DC0 Keyopt 的介绍,以 Target170,Conta173 为例:首先介绍 170 的 Keyopt KEYOPT(3):定义接触行为KEYOPT(1):单元阶数(是否含有中节点)KEYOPT(1)0:低阶单元(不含中节点)KEYOPT(1)1:高阶单元(含中节点)KEYOPT(2):刚体目标面约束条件0 时,自动约束选项,每一个载荷步的末尾,程序内部将是性面重新设置约束。满足以下条件,刚性面则缺省为自动约束没有明确定义边界条件;目标面与其它单元没有联系;没有定义耦合或约束方程。1 时,用户定义选项。Conta173 的 Keyopt:KEYOPT(1):自由度选项。0 时,结构:UX,UY,和 UZ;1 时,结构和热;2 时,TEMP(用于纯热接触问题)KEYOPT(2):选择接触算法。0 时,增广的拉格朗日法(缺省选项) ,推荐于一般应用,它对罚刚度不太敏感,但是也要求给出一个穿透容差。1时,罚函数法。它推荐应用于单元非常扭曲、大摩擦系数和用增广的拉格朗日法收敛行为不好的问题。KEYOPT(4):选择接触检查点。0 时,高斯点(缺省选项,推荐) ;1时,节点;ANSYS 面对面单元默认用高斯积分点作为接触检查点。KEYOPT(5):自动 CNOF 调整。允许 ANSYS 基于初始状态自动给定 CNOF值导致“刚好接触”配置。0 时,不进行自动调整;1 时,闭合间隙;2 时,减小穿透;3 时,闭合间隙/减小穿透。KEYOPT(7):时间步控制选项。 (只有在 Solution Control 中打开基于接触状态变化的时间步预测,此选项才起作用。SolutionUnabridged MenuSolution Ctrl0 时,不控制,不影响自动时间步长。对静力问题自动时间步打开时此选项一般是足够的。 1 时,自动二分,如果接触状态变化明显,时间步长将二分,对于动力问题自动二分通常是足够的;2 时,合理值。比自动细分更耗时的算法;3 时,最小值。此选项为下一子步预测最小时间增量(很耗机时,不推荐) 。KEYOPT(8):防止伪接触选项。0 时,不防止;1 时,检测并忽略伪接触。KEYOPT(9):初始穿透间隙控制。0 时,包括几何穿透/间隙和CNOF;1 时,忽略几何穿透/间隙和 CNOF;2 时,包括几何穿透/间隙和CNOF,且在第一个载荷步中渐变;3 时,忽略几何穿透/间隙,包括CNOF;4 时,忽略几何穿透/间隙,包括 CNOF,且在第一个载荷步中渐变。KEYOPT(10):接触刚度更新控制。0,闭合状态的接触刚度不进行任何更新;1,每一载荷步更新闭合状态的接触刚度(FKN 或 FKT,由用户指定) ;2,与1 同,此外,在每一子步,程序自动更新接触刚度(根据变形后下伏单元的刚度) 。KEYOPT(11):壳、梁单元厚度影响。如果已经创建了一个梁或壳单元模型,接触表面能够偏置,用于考虑梁或壳的厚度。0,在中面接触(默认) ;1,在指定表面的顶部或底部。注意:当用 SHELL181 单元时,由于大应变变形引起的厚度改变也被考虑。KEYOPT(12):创立不同的接触表面相互作用模型。 0,标准的接触行为,张开时法向压力为 0;1,粗糙接触行为,不发生滑动(类似无限摩擦系数) ;2,不分离,允许滑动;3,绑定接触,目标面和接触面一旦接触就粘在一起; 4,不分离接触(总是) ,初始位于 pinball 区域内或已经接触的接触检查点在法向不分离;5,绑定接触(总是) ,初始位于 pinball 区域内或已经接触的接触检查点总是与目标面绑定在一起;6,绑定接触(初始接触) ,只在初始接触的地方采用绑定,初始张开的地方保持张开。5.1 概述接触问题是一种高度非线性行为,需要较多的计算机资源。为了进行切实有效的计算,理解问题的物理特性和建立合理的模型是很重要的。接触问题存在两个较大的难点:其一,在用户求解问题之前,用户通常不知道接触区域。随载荷、材料、边界条件和其它因素的不同,表面之间可以接触或者分开,这往往在很大程度上是难以预料的,并且还可能是突然变化的。其二,大多数的接触问题需要考虑摩擦作用,有几种摩擦定律和模型可供挑选,它们都是非线性的。摩擦效应可能是无序的,所以摩擦使问题的收敛性成为一个难点。注意 -如果在模型中,不考虑摩擦,且物体之间的总是保持接触,则可以应用约束方程或自由度藕合来代替接触。约束方程仅在小应变分析( NLGEOM ,off)中可用。见ANSYS Modeling and Meshing Guide中的12,Coupling and Constraint Equations。除了上面两个难点外,许多接触问题还必须涉及到多物理场影响,如接触区域的热传导、电流等。5.1.1 显式动态接触分析能力除了本章讨论的隐式接触分析外,ANSYS 还在 ANSYS/LS-DYNA 中提供了显式接触分析功能。显式接触分析对于短时间接触-碰撞问题比较理想。关于ANSYS/LS-DYNA 的更多的信息参见ANSYS/LS-DYNA Users Guide。5.2 一般接触分类接触问题分为两种基本类型:刚体柔体的接触,柔体柔体的接触。在刚体柔体的接触问题中,接触面的一个或多个被当作刚体,(与它接触的变形体相比,有大得多的刚度)。一般情况下,一种软材料和一种硬材料接触时,可以假定为刚体柔体的接触,许多金属成形问题归为此类接触。柔体柔体的接触是一种更普遍的类型,在这种情况下,两个接触体都是变形体(有相似的刚度)。柔体柔体接触的一个例子是栓接法兰。5.3 ANSYS 接触分析功能ANSYS 支持三种接触方式:点点,点面,面面接触。每种接触方式使用不同的接触单元集,并适用于某一特定类型的问题。为了给接触问题建模,首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触。如果相互作用的其中之一是一点,模型的对应组元是一个节点。如果相互作用的其中之一是一个面,模型的对应组元是单元,如梁单元、壳单元或实体单元。有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触对,接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元,至于 ANSYS 使用的接触单元和使用它们的过程,后面会分类详述,然后论述 ANSYS 接触单元和他们的功能。参见ANSYS Elements Reference和ANSYS Theory Reference。表 5-1 ANSYS 接触分析功能点-点 点-面 面 - 面CONTAC 12CONTAC52CONTA178CONTAC26CONTAC48CONTAC49CONTAC171,172 TARGET 169CONTAC 173, 174 TARGET 170点-点 Y Y Y点-面 Y Y Y面-面 Y Y Y Y2-D Y Y Y Y Y Y3-D Y Y Y Y滑动 小 小 小 大 大 大 大 大曲面 Y Y圆柱间隙 Y Y纯Lagrange乘子Y增加Lagrange乘子Y Y Y Y Y接触刚度 用户定 义 半自动 用户定 义 用户定 义 用户定 义 半自动 半自动自动网格工具 EINTF EINTF None GCGEN GCGEN ESURF ESURF低阶 Y Y Y Y Y Y Y Y高阶 Y Y Y刚体-柔体 Y Y Y Y Y Y Y Y柔体-柔体 Y Y Y Y Y Y Y热接触 Y Y Y Y5.3.1 面面的接触单元ANSYS 支持刚体柔体和柔体柔体的面面的接触单元。这些单元应用“目标”面和“接触”面来形成接触对。分别用 TARGE169 或 TARGE170 来模拟 2D 和 3D 目标面。用 CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174 来模拟接触面。为了建立一个“接触对”,给目标单元和接触单元指定相同的实常数号。参见5.4。这些面-面接触单元非常适合于过盈装配安装接触或嵌入接触,锻造,深拉问题。与点面接触单元相比,面面接触单元有许多优点:支持面上的低阶和高阶单元(即角节点或有中节点的单元);支持有大滑动和摩擦的大变形。计算一致刚度阵,可用不对称刚度阵选项;提供为工程目的需要的更好的接触结果,如法向压力和摩擦应力;没有刚体表面形状的限制,刚体表面的光滑性不是必须的,允许有自然的或网格离散引起的表面不连续;与点面接触单元比,需要较少的接触单元,因而只需较小的磁盘空间和CPU 时间,并
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号