Ansys接觸分析

2013-08-14 by:Ansys接觸分析教學(xué)中心來源:機(jī)械培訓(xùn)中心

Ansys接觸分析

當(dāng)兩個(gè)分離的表面互相碰觸并共切時(shí),就稱它們牌接觸狀態(tài)。在一般的物理意義中,牌接觸狀態(tài)的表面有下列特點(diǎn):
1、  不互相滲透;
2、  能夠互相傳遞法向壓力和切向摩擦力;
3、  通常不傳遞法向拉力。
接觸分類:剛性體-柔性體、柔性體-柔性體
實(shí)際接觸體相互不穿透,因此,程序必須在這兩個(gè)面間建立一種關(guān)系,防止它們在有限元分析中相互穿過。
――罰函數(shù)法。接觸剛度
――lagrange乘子法,增加一個(gè)附加自由度(接觸壓力),來滿足不穿透條件
――將罰函數(shù)法和lagrange乘子法結(jié)合起來,稱之為增廣lagrange法。
三種接觸單元:節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)對(duì)面、面對(duì)面。
接觸單元的實(shí)常數(shù)和單元選項(xiàng)設(shè)置:
FKN:法向接觸剛度。這個(gè)值應(yīng)該足夠大,使接觸穿透量小;同時(shí)也應(yīng)該足夠小,使問題沒有病態(tài)矩陣。FKN值通常在0.1~10之間,對(duì)于體積變形問題,用值1.0(默認(rèn)),對(duì)彎曲問題,用值0.1。
FTOLN:最大穿透容差。穿透超過此值將嘗試新的迭代。這是一個(gè)與接觸單元下面的實(shí)體單元深度(h)相乘的比例系數(shù),缺省為0.1。此值太小,會(huì)引起收斂困難。
ICONT:初始接觸調(diào)整帶。它能用于圍繞目標(biāo)面給出一個(gè)“調(diào)整帶”,調(diào)整帶內(nèi)任何接觸點(diǎn)都被移到目標(biāo)面上;如果不給出ICONT值,ANSYS根據(jù)模型的大小提供一個(gè)較小的默認(rèn)值(<0.03=
PINB:指定近區(qū)域接觸范圍(球形區(qū))。當(dāng)目標(biāo)單元進(jìn)入pinball區(qū)時(shí),認(rèn)為它處于近區(qū)域接觸,pinball區(qū)是圍繞接觸單元接觸檢測點(diǎn)的圓(二維)或球(三維)?？梢杂脤?shí)常數(shù)PINB調(diào)整球形區(qū)(此方法用于初始穿透大的問題是必要的)
PMIN和PMAX:初始容許穿透容差。這兩個(gè)參數(shù)指定初始穿透范圍,ANSYS把整個(gè)目標(biāo)面(連同變形體)移到到由PMIN和PMAX指定的穿透范圍內(nèi),而使其成為閉合接觸的初始狀態(tài)。初始調(diào)整是一個(gè)迭代過程,ANSYS最多使用20個(gè)迭代步把目標(biāo)面調(diào)整到PMIN和PMAX范圍內(nèi),如果無法完成,給出警告,可能需要修改幾何模型。
TAUMAX:接觸面的最大等效剪應(yīng)力。給出這個(gè)參數(shù)在于,不管接觸壓力值多大,只要等效剪應(yīng)力達(dá)到最大值TAUMAX,就會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。該剪應(yīng)力極限值通常用于接觸壓力會(huì)變得非常大的情況。
CNOF:指定接觸面偏移。+CNOF增加過盈、-CNOF減少過盈或產(chǎn)生間隙、CNOF能與幾何穿透組合應(yīng)用。
FKOP:接觸張開彈簧剛度。針對(duì)不分離或綁定接觸模型,需要設(shè)置實(shí)常數(shù)FKOP,該常數(shù)為張開接觸提供了一個(gè)剛度值。FKOP阻止接觸面的分離;FKOP默認(rèn)為1.0,用于建立粘結(jié)模型,用一個(gè)較小值(1e-5)去建立軟彈簧模型。
FKT:切向接觸剛度。作為初值,可以采用-FKT=0.01*FKN,這是大多數(shù)ANSYS接觸單元的缺省值。
COHE:粘滯力。即沒有法向壓力時(shí)開始滑動(dòng)的摩擦應(yīng)力值。
FACT,DC:定義摩擦系數(shù)變化規(guī)律
MU=MUK*(1+(FACT-1)EXP(-DC*vtfs/deltaT))
式中: MUK=動(dòng)摩擦系數(shù)(用戶自己定義)
FACT=MUS/MUK(用戶自己定義)
MUS=靜摩擦系數(shù)
DC=衰減系數(shù)(用戶自己定義)
Vtfs/deltaT=表面間的相對(duì)速度
注意:動(dòng)摩擦系數(shù)由被指定為材料屬性(MU),由MP命令或GUI定義。缺省值:FACT=1,MUS=MUK=0,DC=0

Keyopt的介紹,以Target170,Conta173為例:
首先介紹170的Keyopt
KEYOPT(3):定義接觸行為
KEYOPT(1):單元階數(shù)(是否含有中節(jié)點(diǎn))
KEYOPT(1)=0:低階單元(不含中節(jié)點(diǎn))
KEYOPT(1)=1:高階單元(含中節(jié)點(diǎn))
KEYOPT(2):剛體目標(biāo)面約束條件
=0時(shí),自動(dòng)約束選項(xiàng),每一個(gè)載荷步的末尾,程序內(nèi)部將是性面重新設(shè)置約束。
滿足以下條件,剛性面則缺省為自動(dòng)約束
沒有明確定義邊界條件;
目標(biāo)面與其它單元沒有聯(lián)系;
沒有定義耦合或約束方程。
=1時(shí),用戶定義選項(xiàng)。
Conta173的Keyopt:
KEYOPT(1):自由度選項(xiàng)。=0時(shí),結(jié)構(gòu):UX,UY,和UZ;=1時(shí),結(jié)構(gòu)和熱;=2時(shí),TEMP(用于純熱接觸問題)
KEYOPT(2):選擇接觸算法。=0時(shí),增廣的拉格朗日法(缺省選項(xiàng)),推薦于一般應(yīng)用,它對(duì)罰剛度不太敏感,但是也要求給出一個(gè)穿透容差。=1時(shí),罰函數(shù)法。它推薦應(yīng)用于單元非常扭曲、大摩擦系數(shù)和用增廣的拉格朗日法收斂行為不好的問題。
KEYOPT(4):選擇接觸檢查點(diǎn)。=0時(shí),高斯點(diǎn)(缺省選項(xiàng),推薦);=1時(shí),節(jié)點(diǎn);ANSYS面對(duì)面單元默認(rèn)用高斯積分點(diǎn)作為接觸檢查點(diǎn)。
KEYOPT(5):自動(dòng)CNOF調(diào)整。允許ANSYS基于初始狀態(tài)自動(dòng)給定CNOF值――導(dǎo)致“剛好接觸”配置。=0時(shí),不進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整;=1時(shí),閉合間隙;=2時(shí),減小穿透;=3時(shí),閉合間隙/減小穿透。
KEYOPT(7):時(shí)間步控制選項(xiàng)。(只有在Solution Control中打開基于接觸狀態(tài)變化的時(shí)間步預(yù)測,此選項(xiàng)才起作用。Solution>Unabridged Menu>Load Step Opts>Solution Ctrl
   =0時(shí),不控制,不影響自動(dòng)時(shí)間步長。對(duì)靜力問題自動(dòng)時(shí)間步打開時(shí)此選項(xiàng)一般是足夠的。
=1時(shí),自動(dòng)二分,如果接觸狀態(tài)變化明顯,時(shí)間步長將二分,對(duì)于動(dòng)力問題自動(dòng)二分通常是足夠的;
=2時(shí),合理值。比自動(dòng)細(xì)分更耗時(shí)的算法;
=3時(shí),最小值。此選項(xiàng)為下一子步預(yù)測最小時(shí)間增量(很耗機(jī)時(shí),不推薦)。
KEYOPT(8):防止偽接觸選項(xiàng)。=0時(shí),不防止;=1時(shí),檢測并忽略偽接觸。
KEYOPT(9):初始穿透間隙控制。=0時(shí),包括幾何穿透/間隙和CNOF;=1時(shí),忽略幾何穿透/間隙和CNOF;=2時(shí),包括幾何穿透/間隙和CNOF,且在第一個(gè)載荷步中漸變;=3時(shí),忽略幾何穿透/間隙,包括CNOF;=4時(shí),忽略幾何穿透/間隙,包括CNOF,且在第一個(gè)載荷步中漸變。
KEYOPT(10):接觸剛度更新控制。=0,閉合狀態(tài)的接觸剛度不進(jìn)行任何更新;=1,每一載荷步更新閉合狀態(tài)的接觸剛度(FKN或FKT,由用戶指定);=2,與=1同,此外,在每一子步,程序自動(dòng)更新接觸剛度(根據(jù)變形后下伏單元的剛度)。
KEYOPT(11):殼、梁單元厚度影響。
如果已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)梁或殼單元模型,接觸表面能夠偏置,用于考慮梁或殼的厚度。=0,在中面接觸(默認(rèn));=1,在指定表面的頂部或底部。
注意:當(dāng)用SHELL181單元時(shí),由于大應(yīng)變變形引起的厚度改變也被考慮。
KEYOPT(12):創(chuàng)立不同的接觸表面相互作用模型。
=0,標(biāo)準(zhǔn)的接觸行為,張開時(shí)法向壓力為0;
=1,粗糙接觸行為,不發(fā)生滑動(dòng)(類似無限摩擦系數(shù));
=2,不分離,允許滑動(dòng);
=3,綁定接觸,目標(biāo)面和接觸面一旦接觸就粘在一起;
=4,不分離接觸(總是),初始位于pinball區(qū)域內(nèi)或已經(jīng)接觸的接觸檢查點(diǎn)在法向不分離;
=5,綁定接觸(總是),初始位于pinball區(qū)域內(nèi)或已經(jīng)接觸的接觸檢查點(diǎn)總是與目標(biāo)面綁定在一起;
=6,綁定接觸(初始接觸),只在初始接觸的地方采用綁定,初始張開的地方保持張開。

結(jié)構(gòu)靜力分析,動(dòng)力學(xué)分析,顯式動(dòng)力學(xué),屈曲分析,接觸非線性分析,疲勞壽命分析,模態(tài)頻率分析,諧振響應(yīng)分析,跌落碰撞分析,熱結(jié)構(gòu)耦合分析,管道流體分析,流固耦合分析,彈塑性材料CAE分析,材料非線性力學(xué)分析,巖土材料非線性分析,橡膠材料超彈性分析,壓力容器分析,貨架分析,應(yīng)力應(yīng)變分析,受力分析,機(jī)械設(shè)計(jì)分析,汽車結(jié)構(gòu)分析,電子電器分析,工程機(jī)械分析,瞬態(tài)分析,譜分析,汽車有限元分析,船舶結(jié)構(gòu)有限元分析

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才