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ANSYS 非线性分析指南 - 接触分析 (4)  

2010-10-27 09:55:11|  分类: ANSYS 非线性 |  标签: |举报 |字号 订阅

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点 - 面接触分析

    我们能使用点 - 面接触单元来模拟一个表面和一个结点的接触;另外,可以通过把表面指定为一组结点,从而用点 - 面接触来代表面 - 面的接触。

    ANSYS 程序的点 - 面接触单元允许下列非线性行为:

·有大变形的面 - 面接触分析

·接触和分开

·库仑摩擦滑动

·热传递

    点 - 面的接触是一种在工程应用中普遍发生的现象,例如:夹子、金属成形等等,工程技术人员对由于结构之间的接触而产生的应力、变形和温度改变是感兴趣的。


  1. 使用点 - 面的接触单元

    在 ANSYS 程序中,点 - 面的接触是通过跟踪一个表面(接触面)上的点相对另一表面(目标面)上的线或面的位置来表示的。程序使用接触单元来跟踪两个面的相对位置,接触单元的形状为三角形,四面体或锥形,其底面由目标面上的节点组成,而顶点为接触面上的节点。

    图 49  绘出了二维的接触单元(CONTAC48)和三维的接触单元(CONTAC49) (新版本中统一为 CONTA175)

                            ANSYS 非线性分析指南 - 接触分析 (4) - htbbzzg - htbbzzg的博客 

49    (a)  2D  接触单元—CONTAC48

                                                                                            (b)  3D  接触单元─CONTAC49

    新版本中改为 CONTA175 单元:

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     如果目标面是刚性的,而问题又是 2D 的,则可以使用 CONTA26 来建模 (新版本中已不用)。


点 - 面接触分析的步骤

    下面列出了典型的点 - 面接触分析的基本步骤

    1.    建模并划分网格

    2.    识别接触对

    3.    生成接触单元

    4.    设置单元关键字和实常数

    5.    给定必须的边界条件

    6.    定义求解选项

    7.    求解

    8.    查看结果


1步:建模,划分网格

    在这一步中,需要建立代表接触体几何形状的模型,设置单元类型,实常数和材料特性,用适当的单元类型划分网格

命令:AMESH

            VMESH

GUIMain menu > Pneprocossor > Mesh > Mapped > 3 or 4 Sided

          Main menu > Pneprocessor > Mesh > Mapped > 4 to 6 sided

    应该避免使用有中结点的单元,特别是在 维问题中,因为这些单元表面节点上“有效刚度”是很不均匀的,例如,对 95 号单元来说,角结点上有一个负刚度。然而,在建立接触关系ANSYS 程序的点 - 面接触算法假定刚度均匀分布在面上的所有结点上,因此,在接触分析中使用这些单元时,可能导致收敛困难。

    仅仅在使用 COWTA48 的 维分析中,才可以在接触面上使用中结点单元,但不能在目标面上使用中结点单元,当生成 48 号接触单元的时候,目标面上的中节点将被忽略,这样将会导致在目标面上不均匀的力传递。


2步,识别接触对

    你必须认识到在变形过程中,哪儿可能发生接触,一是你已知认识到潜在接触面,通过接触单元来定义它们,为了更有效地进行计算(主要指 CPU 时间),你可能想,定义比较小的,局部的接触区域 ,但要保证你所定义的接触区域能模拟所有必须的接触。

    由于几何形状和潜在变形的多样化,可能有多个目标面和同一个接触面相互作用,在这种情况下,必须定义多个接触对,对每个表面,你需要建立一个包含表面节点的组元。

命令:CM

GUI: Utility > Select > Comp/Assembly > Cneate Component

  然后就可以使用这些表面结点,在接触面之间形成所有有可能的接触形状。如果你能肯定某些面永远不会相互接触,那么应该适当的包括更多的结点

第三步:生成接触单元

    在生成接触单元之前,首先必须定义单元类型,对点─面的接触使用CONTAC48(2)CONTAC49(3)

    命令:ET

        GUI: Main menu > Pneprocessor > Eloment Type > Add/Edit/Relete

    然后再定义接触单元的实常数,每个不同的接触面应该有一个不同的实常数号,即便实常数的值相同,因为使用不同的实常数号,程序能够较好的区分出是壳的顶面还底面接触,或者是能够在不同的接触面进行较好的区分。例如:在角接触中,每条线也应该有它自己的实常数号;另一种典型应用是梁的双边接触

    命令:R

                    RMODIF

        GUI: Main menu > Pneprocessor > Real Constants

  接着就是在对应的接触对之间生成接触单元。

    命令:GCGEN

        GUI: Main menu > Pnprocossor > Cneate > Elements > At Confactsrf

  新版本使用 ESURF 命令:

命令:  ESURF

GUI   Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Surf / Contact > Node to Surf


  对生成点 - 面的接触单元的几点提示。

·进行接触分析时在接触面上建议使用无中结点的单元。

·对梁或壳单元需要通过“目标面”(TLAB)选项来指定单元数一边是目标面。

·每次在新的接触对之间生成接触单元时,都指定一个新的实常数号,既使接触单元的实常数值没有改变,生成对称或反对称的接触单元。

    你可以选择生成对称的或反对称的接触单元。可以定义一对接触面生成一种反对称的接触方式,在这种情况下,一个面是接触面而另一个是目标面;另外你可以将两个面都定义成既是目标面又是接触面,这种情况叫作对称接触方式。例如:考虑两个面 和 B如果将面 指定为接触面,面 指定为目标面,则为反对称方式;若同时将面 指定为目标面,而将面 指定为接触面,则为对称方式。

    一般来说,对称接触方式是一种更好的方法,因为它不需要特别考虑哪个面是接触面,哪个面是目标面,相反,反对称接触方式在区分目标面和接触面时需要遵守以下规则:

·如果一个面的接触部分是平的或凹的,而另一个面的接触部分是尖的或凸的,则应该将平凹面作为目标面,

·如果两个接触面都是平的,则可以任意选择

·如果两个接触面都是凸的,应该将两个面中较平的作为目标面

·如果一个接触部分有尖边,而另一个没有,则有尖边的面应作为接触面。

    生成已经开始接触的模型,也就是建立开始变形时的模型,这样,单元实际上已经彼此重叠在一起,用这种方法,在对结构进行分析时只需使用一个载荷步,同时应该打开“线性搜索”选识,从许多过盈分析问题中发现,为了得到收敛的结果,必须打开此选项。

      命令:LNSRCHON

            GUI: Main Menu > Solution > Load Step Opts > Nonlinear > Line Search

    用一个较弱的初始法向刚度(实常数 KN)来生成已经开始接触的模型进行计算,然后在以后的载步中,使用新的 命令来逐步增加 KN 的值到一适当的值。(在此方法中,必须明确定义切向刚度值,而不能使用缺省值)


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