高级接触分析.pptxVIP

分析中常常需要确定两个或多个相互接触物体的位移、接触区域的大小和接触面上的应力分布。 接触分析存在两大难点： 在求解之前，你不知道接触区域的范围；表面之间是接触还是分开是未知的；表面之间突然接触或突然不接触会导致系统刚度的突然变化。 大多数接触问题需要计算摩擦。摩擦是与路径有关的现象，摩擦响应还可能是杂乱的，使问题求解难以收敛。;§1 接触分类;§2 接触单元;不同的单元类型具有完全不同的单元特性和分析过程。 1. 面一面接触单元用于任意形状的两个表面接触 不必事先知道接触的准确位置； 两个面可以具有不同的网格； 支持大的相对滑动； 支持大应变和大转动。 例如: 面一面接触可以模拟金属成型，如轧制过程。;§2 接触单元;2. 点一面接触单元用于某一点和任意形状的面的接触 可使用多个点－面接触单元模拟棱边和面的接触； 不必事先知道接触的准确位置； 两个面可以具有不同的网格； 支持大的相对滑动； 支持大应变和大转动。 例：点面接触可以模拟棱边和面之间的接触;§2 接触单元;3. 点－点接触单元用于模拟单点和另一个确定点之间的接触。 建立模型时必须事先知道确切的接触位置； 多个点－点接触单元可以模拟两个具有多个单元表面间的接触； 每个表面的网格必须是相同的； 相对滑动必须很小； 只对小的转动响应有效。 例如: 点一点接触可以模拟一些面的接触。如地基和土壤的接触;§2 接触单元;§3 关于耦合和约束方程的应用;接触问题的一般特性;在数学上为保持平衡，需要有穿透值 然而，物理接触实体是没有穿透的 分析者将面对困难的选择： 小的穿透计算精度高，因此接触刚度应该大； 然而，太大的接触刚度会产生收敛困难：模型可能会振荡，接触表面互相跳开。 接触刚度是同时影响计算精度和收敛的最重要的参数。你必须选定一个合适的接触刚度。 除了在表面间传递法向压力外，接触单元还传递切向运动（摩擦）。采用切向罚刚度保证切向的协调性。（图1－2） 作为初值，可采用：Ktangent=0.01 · Knormal 切向罚刚度与法向罚刚度以同样的方式对收敛性和计算精度产生影响。;2、接触刚度的选取 选定一个合适的接触刚度值需要一些经验。 对于面一面接触单元，接触刚度通常指定为基体单元刚度的一个比例因子。 开始估计时，选用 FKN = 1.0 大面积实体接触 FKN = 0.01-0.1 较柔软（弯曲占主导的部分） 另外，也可以指定一个绝对刚度值，单位：（力/长度）/ 面积。 对于点一点（除 CONTA178）和点－面接触单元需要为罚刚度 KN 输入绝对值： 初始估计时： 对于大变形: 0.1*E KN 1.0*E 对于弯曲: 0.01*E KN 0.1*E E 为弹性模量;3、选取接触刚度的指导： Step 1. 开始采用较小的刚度值 Step 2. 对前几个子步进行计算 Step 3. 检查穿透量和每一个子步中的平衡迭代次数 在粗略的检查中，如以实际比例显示整个模型时就能观察到穿透，则穿透可能太大了，需要提高刚度重新分析。 如果收敛的迭代次数过多（或未收敛），降低刚度重新分析。 注意：罚刚度可以在载荷步间改变，并且可以在重启动中调整。 牢记：接触刚度是同时影响计算精度和收敛性的最重要的参数。如果收敛有问题，减小刚度值，重新分析 在敏感的分析中，还应该改变罚刚度来验证计算结果的有效性。 在分析中减小刚度范围，直到结果（接触压力、最大SEQV 等）不再明显改变。;§2 摩擦;3、ANSYS 中，摩擦采用库仑模型，并有附加选项可处理复杂的粘着和剪切行为。 库仑法则是宏观模型，表述物体间的等效剪力 FT 不能超过正压力 FN 的一部分： FT = μ× FN 式中： μ－ 摩擦系数 一旦所受剪力超过 FT，两物体将发生相对滑动。 4、弹性库仑摩擦模型：允许粘着和滑动。;§3 自动时间步、控制;·接触分析中自动时间步的其它注意事项：;§1 概述 面－面接触单元，是模拟任意两个表面间接触的方法。表面可以具有任意形状。是 ANSYS 中最通用的接触单元。精度高、特性丰富还可使用接触向导，建模方便。（其它接触单元目前尚不能用向导）。 面－面接触单元在面的高斯点处传递压力，这种先进技术使面－面接触单元具有很多优点： 与低阶单元和高阶单元都兼容 提供更好的接触结果（于后处理接触压力和摩擦应力） 可考虑壳和梁的厚度，以及壳的厚度变化 半自动接触刚度计算