ANSYS接触分析.ppt

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July 30, 1999 第七章 接触介绍 7. 接触介绍 什么是接触? 当两个分离的表面互相碰触并互切时, 就称它们处于接触状态. 在一般的物理意义中, 处于接触状态的表面有下列特点: 不互相穿透. 能够传递法向压力和切向摩擦力. 通常不传递法向拉力. 因此, 它们相互间可以自由地分开并远离. … 接触介绍 本章将通过以下主题介绍非线性接触分析: A. 基本概念 B. 利用接触向导 C. 求解 D. 后处理 E. 练习 F. 装配接触 目的是通过“简单”(容易收敛)模型, 介绍接触分析过程. 另外, 用于处理难度更大的模型的高级接触分析, 在高级接触和螺栓预紧 培训手册中讨论. 接触介绍 A. 基本概念 接触是状态改变 非线性. 也就是说, 系统的刚度依赖于接触状态: 接触介绍 ... 基本概念 接触是强非线性, 因为随着接触状态的改变, 接触表面的法向和切向刚度都有显著的变化. 刚度方面大的突变通常会导致严重的收敛困难. 接触介绍 ... 基本概念 其它使接触分析复杂化的因素包括: 典型地, 在分析开始时, 接触区域未知. 大多数接触问题包括摩擦. 摩擦是路径相关的(能量耗散)现象, 需要用较小的时间步和精确的载荷历史. 摩擦响应可能是混沌的, 使求解收敛困难. 除了和其他部件接触, 部件可能是无约束 的. 在建立接触之前, 这样的部件初始为无约束自由体, 整体刚度为零. 静态分析中, 无约束自由体在数学上是不稳定的, 求解“溢出”. 接触介绍 ... 基本概念 幸好, 目前的 ANSYS 接触技术能够相当容易地分析类型广泛的接触模型. 许多模型只需很少的用户参与就能成功地求解. 对于那些显示出收敛行为比较困难的模型, 有丰富的接触单元选项来帮助克服这样的困难. 在高级接触和螺栓预紧 培训手册中讨论了这些更高级的内容. 接触介绍 ... 基本概念 接触分类 接触问题通常分为两类: 刚性体 -柔性体 和柔性体 -柔性体. 刚性体 - 柔性体 一个或更多的接触表面看作刚性体(一个表面与其它表面相比, 刚度显然要大得多.). 许多金属成形问题可归为此类. 不计算刚性体内的应力 柔性体 - 柔性体 两个或所有的接触体都可变形(所有表面的刚度相近). 螺栓结合凸缘连接就是柔性体 - 柔性体接触的例子. 接触介绍 ... 基本概念 刚性体 -柔性体接触 接触介绍 ... 基本概念 柔性体 -柔性体接触 接触介绍 ... 基本概念 接触协调 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. 当程序防止相互穿透时, 称之为强制接触协调. 接触介绍 ... 基本概念 接触协调 – 罚函数法 强制接触协调的罚函数法, 用一个接触“弹簧”在两个面间建立关系. 弹簧刚度称为惩罚参数, 或者更通俗一点, 就是接触刚度. 当面分开时(开状态), 弹簧不起作用;当面开始穿透时(闭合), 弹簧起作用. 接触介绍 ... 基本概念 … 接触协调 –罚函数法 数学上要求有限的穿透量 D 在交界面处产生接触力. 平衡需要此接触力. 因此, 为了平衡, D 必须大于零. 然而, 实际的接触体相互不穿透. 因此, 为了最高的精度, 目的是使发生在接触界面处的穿透量最小. 最小的穿透给出最大的精度. 这意味着, 理想的接触刚度应该是个非常大的值. 然而, 值太大会引起收敛困难. 接触介绍 ... 基本概念 如果接触刚度太大, 一个微小的穿透将会产生一个过大的接触力, 在下一次迭代中可能会将接触面推开. 用太大的接触刚度通常会导致收敛振荡, 并且常会发散. 接触介绍 ... 基本概念 接触协调 – lagrange乘子法 另外一种方法, lagrange乘子 法, 增加一个附加自由度 (接触压力),来满足不可穿透条件. 接触介绍 ... 基本概念 接触协调 – 增广 lagrange法 多数 ANSYS 接触单元可以将罚函数法和 lagrange乘子法结合起来强制接触协调. 称之为增广 lagrange法. 在迭代的开始, 接触协调基于惩罚刚度确定. 一旦达到平衡, 检查穿透容差. 此时, 如果有必要, 接触压力增加, 迭代继续. 接触介绍 ... 基本概念 … 接触协调 – 增广 lagrange法 接触介绍 ... 基本概念 面 - 面接触单元 ANSYS 中最常用的接触单元是面-面单元. Targe

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