非線性4接觸分析

1、ANSYS 非線形分析指南 接觸分析第 1 頁接觸分析 接觸分析接觸問題是一種高度非線性行為，需要較大的計算資源，為了進(jìn)行實(shí)為有效的計算， 理解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。接觸問題存在兩個較大的難點(diǎn)：其一，在你求解問題之前，你不知道接觸區(qū)域，表面 之間是接觸或分開是未知的，突然變化的，這隨載荷、材料、邊界

2、條件和其它因素而定； 其二，大多的接觸問題需要計算摩擦，有幾種摩擦和模型供你挑選，它們都是非線性的， 摩擦使問題的收斂性變得困難。 一般的接觸分類 一般的接觸分類接觸問題分為兩種基本類型：剛體─柔體的接觸，半柔體─柔體的接觸，在剛體─柔 體的接觸問題中，接觸面的一個或多個被當(dāng)作剛體， （與它接觸的變形體相比，有大得多的 剛度） ，一般情況下，一種軟材料和一種硬材料接觸時，問題可以被假定為剛體─柔體的接 觸，許多金屬成形問題歸為此類接觸，

3、另一類，柔體─柔體的接觸，是一種更普遍的類 型，在這種情況下，兩個接觸體都是變形體（有近似的剛度） 。ANSYS 接觸能力 接觸能力ANSYS 支持三種接觸方式：點(diǎn)─點(diǎn)，點(diǎn)─面，平面─面，每種接觸方式使用的接觸單 元適用于某類問題。為了給接觸問題建模，首先必須認(rèn)識到模型中的哪些部分可能會相互接觸，如果相互 作用的其中之一是一點(diǎn)，模型的對立應(yīng)組元是一個結(jié)點(diǎn)。如果相互作用的其中之一是一個 面，模型的對應(yīng)組元是單元，例如梁單元，殼單元或?qū)嶓w單

4、元，有限元模型通過指定的接 觸單元來識別可能的接觸匹對，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸面之上的一層單元，至于 ANSTS 使用的接觸單元和使用它們的過程，下面分類詳述。 點(diǎn)─點(diǎn)接觸單元 點(diǎn)─點(diǎn)接觸單元點(diǎn)─點(diǎn)接觸單元主要用于模擬點(diǎn)─點(diǎn)的接觸行為，為了使用點(diǎn)─點(diǎn)的接觸單元，你需 要預(yù)先知道接觸位置，這類接觸問題只能適用于接觸面之間有較小相對滑動的情況（即使 在幾何非線性情況下）如果兩個面上的結(jié)點(diǎn)一一對應(yīng)，相對滑動又以忽略不計，兩個面撓度（轉(zhuǎn)動

5、）保持小 量，那么可以用點(diǎn)─點(diǎn)的接觸單元來求解面─面的接觸問題，過盈裝配問題是一個用點(diǎn)─ 點(diǎn)的接觸單元來模擬面─與的接觸問題的典型例子。 點(diǎn)─面接觸單元 點(diǎn)─面接觸單元點(diǎn)─面接觸單元主要用于給點(diǎn)─面的接觸行為建模，例如兩根梁的相互接觸。如果通過一組結(jié)點(diǎn)來定義接觸面，生成多個單元，那么可以通過點(diǎn)─面的接觸單元來 模擬面─面的接觸問題，面即可以是剛性體也可以是柔性體，這類接觸問題的一個典型例 子是插頭到插座里。使用這類接觸單元，不需要預(yù)先知

6、道確切的接觸位置，接觸面之間也不需要保持一致 的網(wǎng)格，并且允許有大的變形和大的相對滑動。Contact48 和 Contact49 都是點(diǎn)─面的接觸單元，Contact26 用來模擬柔性點(diǎn)─剛性面的 接觸，對有不連續(xù)的剛性面的問題，不推薦采用 Contact26 因?yàn)榭赡軐?dǎo)致接觸的丟失，在 這種情況下，Contact48 通過使用偽單元算法能提供較好的建模能力。 面─面的接觸單元 面─面的接觸單元ANSYS 支持剛體─柔體的面─面的接觸

7、單元，剛性面被當(dāng)作“目標(biāo)”面，分別用 Targe169 和 Targe170 來模擬 2─D 和 3—D 的“目標(biāo)”面，柔性體的表面被當(dāng)作“接觸” 面，用 Conta171,Conta172,Conta173,Conta174 來模擬。一個目標(biāo)單元和一個接單元叫作一 個“接觸對”程序通過一個共享的實(shí)常號來識別“接觸對” ，為了建立一個“接觸對”給目 標(biāo)單元和接觸單元指定相同的實(shí)常的號。與點(diǎn)─面接觸單元相比，面─面接觸單元有好幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，

8、·支持低階和高階單元 ·支持有大滑動和摩擦的大變形，協(xié)調(diào)剛度陣計算，單元提法不對稱剛度陣 的選 項(xiàng)。·提供工程目的采用的更好的接觸結(jié)果，例如法向壓力和摩擦應(yīng)力。ANSYS 非線形分析指南 接觸分析第 3 頁步驟三：定義剛性目標(biāo)面 步驟三：定義剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面可能是 2—D 的或

9、3─D 的。在 2—D 情況下，剛性目標(biāo)面的形狀可以通過 一系列直線、圓弧和拋物線來描述，所有這些都可以用 TAPGE169 來表示。另外，可以使 用它們的任意組合來描述復(fù)雜的目標(biāo)面。在 3—D 情況下，目標(biāo)面的形狀可以通過三角面，圓柱面，圓錐面和球面來推述，所 有這些都可以用 TAPGE170 來表示，對于一個復(fù)雜的，任意形狀的目標(biāo)面，應(yīng)該使用三角 面來給它建模?？刂平Y(jié)點(diǎn)（ 控制結(jié)點(diǎn)（Pilot）剛性目標(biāo)面可能會和“pilot 結(jié)點(diǎn)“

10、聯(lián)系起來，它實(shí)際上是一個只有一個結(jié)點(diǎn)的單元， 通過這個結(jié)點(diǎn)的運(yùn)動可以控制整個目標(biāo)面的運(yùn)動，因此可以把 pilot 結(jié)點(diǎn)作為剛性目標(biāo)的控 制器。整個目標(biāo)面的受力和轉(zhuǎn)動情況可以通過 pilot 結(jié)點(diǎn)表示出來， “pilot 結(jié)點(diǎn)”可能是目 標(biāo)單元中的一個結(jié)點(diǎn)，也可能是一個任意位置的結(jié)點(diǎn)，只有當(dāng)需要轉(zhuǎn)動或力矩載荷時， “pilot 結(jié)點(diǎn)”的位置才是重要的，如果你定義了“pilot 結(jié)點(diǎn)”ANSYS 程序只在“pilot 結(jié) 點(diǎn)”上檢查邊界條件

11、，而忽略其它結(jié)點(diǎn)上的任何約束。對于圓、圓柱、圓錐、和球的基本圖段，ANSYS 總是使用條一個結(jié)點(diǎn)作為“pilot 結(jié) 點(diǎn)”基本原型 基本原型你能夠使用基本幾形狀來模擬目標(biāo)面，例如：“圓、圓柱、圓錐、球。直線、拋物 線、弧線、和三角形不被允許、雖然你不能把這些基本原型彼此合在一起，或者是把它們 和其它的目標(biāo)形狀合在一起以便形成一個同一實(shí)常數(shù)號的復(fù)雜目標(biāo)面。但你可以給每個基 本原型指定它自己的實(shí)常的號。單元類型和實(shí)常數(shù) 單元類型和實(shí)常數(shù)在生

12、成目標(biāo)單元之前，首先必須定義單元類型（TARG169 或 TARG170） 。命令：ETGUI:main menu>preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete隨后必須設(shè)置目標(biāo)單元的實(shí)常數(shù)。命令:RealGUI:main menn>preprocessor>real constants對 TARGE169 和 TARGE170 僅需設(shè)置實(shí)常數(shù) R1 和 R2，而只有在

13、使用直接生成法建 立目標(biāo)單元時，才需要從為指定實(shí)常數(shù) R1、R2，另外除了直接生成法，你也可以使用 ANSYS 網(wǎng)格劃分工具生成目標(biāo)單元，下面解釋這兩種方法。使用直接生成法建立剛性目標(biāo)單元 使用直接生成法建立剛性目標(biāo)單元為了直接生成目標(biāo)單元，使用下面的命令和菜單路徑。命令：TSHAPGUI：main menu>preprocessor>modeling-create>Elements>Elem Attribute

14、s隨后指定單元形狀，可能的形狀有： · straight line (2D) · parabola (2-D) · clockwise arc(2-D) · counterclokwise arc (2-D) · circle(2-D) · Triangle (3-D) · Cylinder (3-D) · Cone (3-D)·