ansys非線性接觸分析

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1、第五章??接觸分析5.1概述接觸問題是一種高度非線性行為，需要較多的計(jì)算機(jī)資源。為了進(jìn)行切實(shí)有效的計(jì)算，理解問題的物理特性和建立合理的模型是很重要的。接觸問題存在兩個(gè)較大的難點(diǎn)：其一，在用戶求解問題之前，用戶通常不知道接觸區(qū)域。隨載荷、材料、邊界條件和其它因素的不同，表面之間可以接觸或者分開，這往往在很大程度上是難以預(yù)料的，并且還可能是突然變化的。其二，大多數(shù)的接觸問題需要考慮摩擦作用，有幾種摩擦定律和模型可供挑選，它們都是非線性的。摩擦效應(yīng)可能是無序的，所以摩擦使問題的收斂性成為一個(gè)難點(diǎn)。注意--如果在模型中，不考慮摩擦，且物體之間的總是保持

2、接觸，則可以應(yīng)用約束方程或自由度藕合來代替接觸。約束方程僅在小應(yīng)變分析(NLGEOM，off)中可用。見《ANSYSModelingandMeshingGuide》中的§12，CouplingandConstraintEquations。除了上面兩個(gè)難點(diǎn)外，許多接觸問題還必須涉及到多物理場(chǎng)影響，如接觸區(qū)域的熱傳導(dǎo)、電流等。5.1.1顯式動(dòng)態(tài)接觸分析能力除了本章討論的隱式接觸分析外，ANSYS還在ANSYS/LS-DYNA中提供了顯式接觸分析功能。顯式接觸分析對(duì)于短時(shí)間接觸-碰撞問題比較理想。關(guān)于ANSYS/LS-DYNA的更多的信息參見《ANS

3、YS/LS-DYNAUser"sGuide》。5.2一般接觸分類接觸問題分為兩種基本類型：剛體─柔體的接觸，柔體─柔體的接觸。在剛體─柔體的接觸問題中，接觸面的一個(gè)或多個(gè)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(shí)，可以假定為剛體─柔體的接觸，許多金屬成形問題歸為此類接觸。柔體─柔體的接觸是一種更普遍的類型，在這種情況下，兩個(gè)接觸體都是變形體(有相似的剛度)。柔體─柔體接觸的一個(gè)例子是栓接法蘭。5.3ANSYS接觸分析功能ANSYS支持三種接觸方式：點(diǎn)─點(diǎn)，點(diǎn)─面，面─面接觸。每種接觸方式使用不

4、同的接觸單元集，并適用于某一特定類型的問題。為了給接觸問題建模，首先必須認(rèn)識(shí)到模型中的哪些部分可能會(huì)相互接觸。如果相互作用的其中之一是一點(diǎn)，模型的對(duì)應(yīng)組元是一個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果相互作用的其中之一是一個(gè)面，模型的對(duì)應(yīng)組元是單元，如梁?jiǎn)卧卧驅(qū)嶓w單元。有限元模型通過指定的接觸單元來識(shí)別可能的接觸對(duì)，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸面之上的一層單元，至于ANSYS使用的接觸單元和使用它們的過程，后面會(huì)分類詳述，然后論述ANSYS接觸單元和他們的功能。參見《ANSYSElementsReference》和《ANSYSTheoryReference》。表5-

5、1ANSYS接觸分析功能點(diǎn)-點(diǎn)點(diǎn)-面面-面CONTAC12CONTAC52CONTA178CONTAC26CONTAC48CONTAC49CONTAC171,172TARGET169CONTAC173,174TARGET170點(diǎn)-點(diǎn)YYY點(diǎn)-面YYY面-面YYYY2-DYYYYYY3-DYYYY滑動(dòng)小小小大大大大大曲面YY圓柱間隙YY純Lagrange乘子Y增加Lagrange乘子YYYYY接觸剛度用戶定義半自動(dòng)用戶定義用戶定義用戶定義半自動(dòng)半自動(dòng)自動(dòng)網(wǎng)格工具EINTFEINTFNoneGCGENGCGENESURFESURF低階YYYYYYY

6、Y高階YYY剛體-柔體YYYYYYYY柔體-柔體YYYYYYY熱接觸YYYY5.3.1面─面的接觸單元ANSYS支持剛體─柔體和柔體─柔體的面─面的接觸單元。這些單元應(yīng)用“目標(biāo)”面和“接觸”面來形成接觸對(duì)。??分別用TARGE169或TARGE170來模擬2D和3D目標(biāo)面。??用CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174來模擬接觸面。為了建立一個(gè)“接觸對(duì)”，給目標(biāo)單元和接觸單元指定相同的實(shí)常數(shù)號(hào)。參見§5.4。這些面-面接觸單元非常適合于過盈裝配安裝接觸或嵌入接觸，鍛造，深拉問題。與點(diǎn)─面接觸單元相比，面─面接觸單元

7、有許多優(yōu)點(diǎn):??支持面上的低階和高階單元(即角節(jié)點(diǎn)或有中節(jié)點(diǎn)的單元)；??支持有大滑動(dòng)和摩擦的大變形。計(jì)算一致剛度陣，可用不對(duì)稱剛度陣選項(xiàng)；??提供為工程目的需要的更好的接觸結(jié)果，如法向壓力和摩擦應(yīng)力；??沒有剛體表面形狀的限制，剛體表面的光滑性不是必須的，允許有自然的或網(wǎng)格離散引起的表面不連續(xù)；??與點(diǎn)─面接觸單元比，需要較少的接觸單元，因而只需較小的磁盤空間和CPU時(shí)間，并具有高效的可視化；??允許多種建模控制，例如：??綁定接觸，不分離接觸，粗糙接觸；??漸變初始穿透；??目標(biāo)面自動(dòng)移動(dòng)到初始接觸；??平移接觸面(考慮梁和單元的厚度)，用

8、戶定義的接觸偏移；??死活能力；??支持熱-力耦合分析。使用這些單元來做為剛性目標(biāo)面，能模擬2D和3D中的直線(面)和曲線(面)，通常用簡(jiǎn)單的幾何形狀