接触分析实例

1、河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院 接触分析实例接触分析实例 本章学习内容本章学习内容 1. 接触问题简介接触问题简介 2. 实例分析实例分析 3. 接触分析中的主要问题接触分析中的主要问题 CAE技术基础技术基础 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 什么是接触什么是接触? 当两个实体接触时，力通过它们的公共表面传递。当两个实体接触时，力通过它们的公共表面传递。 在某些情况下，只传递垂直接触表面的力。在某些情况下，只传递垂直接触表面的力。 如果存在摩擦，沿接触表面的切向传递有限的切如果存在摩擦，沿接触表面的切向传递有限的切 向力。沿接触表面

2、，摩擦力导致剪切应力。向力。沿接触表面，摩擦力导致剪切应力。 一般目标：确定接触面积和传递的应力。一般目标：确定接触面积和传递的应力。 接触是严重不连续形式的非线性行为接触是严重不连续形式的非线性行为。 或者施加约束（表面不可以互相穿透），或者忽略约束。或者施加约束（表面不可以互相穿透），或者忽略约束。 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触分析的意义接触分析的意义 在工程技术中在工程技术中, 接触问题的应用十分普遍。主要是接触问题的应用十分普遍。主要是 如下如下3 大类问题：大类问题： 第一类第一类是接触应力造成表面是接触应力造成表面或深层的

3、破裂会引起机或深层的破裂会引起机 器或工程破坏的事故器或工程破坏的事故, 如轴承、齿轮、滚珠等表面如轴承、齿轮、滚珠等表面 剥落。这时应用接触问题的理论目的是为了要减少剥落。这时应用接触问题的理论目的是为了要减少 这种破裂以避免事故这种破裂以避免事故; 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 第二类第二类利用接触应力进行加工利用接触应力进行加工, 如轧钢机的轧滚如轧钢机的轧滚, 压力加工的冲头与模具的设计压力加工的冲头与模具的设计, 都要利用接触问都要利用接触问 题理论结果使被加工物件易于变形题理论结果使被加工物件易于变形, 而加工工具而加工工具 却

4、十分耐用却十分耐用; 第三类第三类是碰撞问题是碰撞问题, 车船飞机的碰撞可以看为一车船飞机的碰撞可以看为一 类特殊的接触问题。例如高速飞机和空中的飞类特殊的接触问题。例如高速飞机和空中的飞 鸟相撞会引起严重的结构破坏而造成空难。鸟相撞会引起严重的结构破坏而造成空难。 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 非线性问题简介非线性问题简介 材料非线性：材料非线性：应力应变关系为非线性；应力应变关系为非线性； 几何非线性：几何非线性：位移的大小对结构非线性，包括大位移、位移的大小对结构非线性，包括大位移、 大转动、初始应力、几何刚性化和突然翻转等问题。大转

5、动、初始应力、几何刚性化和突然翻转等问题。 边界条件非线性（接触非线性）：边界条件非线性（接触非线性）：边界条件在分析的边界条件在分析的 过程中发生变化，也就是边界条件不是在计算的开始过程中发生变化，也就是边界条件不是在计算的开始 就可以全部给出，而是在计算过程中确定，如接触体就可以全部给出，而是在计算过程中确定，如接触体 之间的接触面积和压力分布随外载荷变化。之间的接触面积和压力分布随外载荷变化。 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 非线性问题简介非线性问题简介 高高 衰衰 减减 高高 衰衰 减减 微微 缺缺 陷陷 输输 入入输输 出出 河南工

6、业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触非线性问题接触非线性问题 接触问题是属于接触问题是属于最困难的非线性问题之一最困难的非线性问题之一，因为在接，因为在接 触问题中的响应是不平滑的。触问题中的响应是不平滑的。 当发生瞬时接触时，垂直于接触界面的速度是瞬时不连当发生瞬时接触时，垂直于接触界面的速度是瞬时不连 续的。续的。在接触界面上，需要增加动力学和运动学的条件。在接触界面上，需要增加动力学和运动学的条件。 关键条件是关键条件是不可侵彻性条件不可侵彻性条件：即两个物体

7、不能互相侵入：即两个物体不能互相侵入 的条件，不可侵彻性不能表示为一个简单的方程，所以，的条件，不可侵彻性不能表示为一个简单的方程，所以， 发展了几种简单的方法。其中两个基于最近点映射的形式：发展了几种简单的方法。其中两个基于最近点映射的形式： 1）显式动态问题适用的率形式；）显式动态问题适用的率形式； 2）主要适用于隐式方法的平衡解答。）主要适用于隐式方法的平衡解答。 此外，经典的此外，经典的Coulomb摩擦模型和界面本构模型。摩擦模型和界面本构模型。 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院 在电子工业中，为了评估在电子工业中，为了评估 产品的耐久性，仿真分析产品的耐久性，仿真分析 正代

8、替跌落试验。正代替跌落试验。 电子产品跌落模拟电子产品跌落模拟 接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触（接触（interaction）模块简介）模块简介 它在每个增量步开始检查所有接触相互作用它在每个增量步开始检查所有接触相互作用 状态状态, ,以建立从属节点是开放还是闭合。以建立从属节点是开放还是闭合。 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触（接触（interaction）模块简介）模块简介 在在ABAQUS/ Standard 中的接触模型或者是基

9、于表中的接触模型或者是基于表 面或者是基于接触单元。面或者是基于接触单元。首先首先, , 必须判断模型部件必须判断模型部件 上哪一对表面可能发生彼此接触上哪一对表面可能发生彼此接触, , 然后然后创建可能发创建可能发 生接触的接触对。最后生接触的接触对。最后定义定义控制各接触面之间相互控制各接触面之间相互 作用的本构模型。在接触分析过程中作用的本构模型。在接触分析过程中, , 如要使计算如要使计算 收敛收敛, , 需要注意多种因素需要注意多种因素, , 如接触面单元网格、足如接触面单元网格、足 够的约束条件、合理的定义接触面、接触参数等。够的约束条件、合理的定义接触面、接触参数等。 河南工业大

10、学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触（接触（interaction）模块简介）模块简介 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触（接触（interaction）模块简介）模块简介 什么是约束？什么是约束？ 约束允许模型在节点之间传递运动关系约束允许模型在节点之间传递运动关系 相反的，装配约束仅仅是定义各部件之相反的，装配约束仅仅是定义各部件之 间的初始位置间的初始位置 例如例如: 绑定约束绑定约束Tie 多点约束多点约束MPC 壳壳-实体的耦合实体的耦合Shell-to-solid coupling 刚体

11、约束等刚体约束等 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触（接触（interaction）模块简介）模块简介 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触（接触（interaction）模块简介）模块简介 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触（接触（interaction）模块简介）模块简介 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触（接触（interaction）模块简介）模块简介 河南工业大学机电学院河

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17、接触是严重不连续形式的非线性行为。 或者施加约束（表面不可以互相穿透），或者忽略约束。或者施加约束（表面不可以互相穿透），或者忽略约束。 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 非线性问题简介非线性问题简介 高高 衰衰 减减 高高 衰衰 减减 微微 缺缺 陷陷 输输 入入输输 出出 河南工业大学机电学院河南工业大学机电学院接触分析接触分析-接触分析简介接触分析简介 接触非线性问题接触非线性问题 接触问题是属于接触问题是属于最困难的非线性问题之一最困难的非线性问题之一，因为在接，因为在接 触问题中的响应是不平滑的。触问题中的响应是不平滑的。 当发生瞬时

18、接触时，垂直于接触界面的速度是瞬时不连当发生瞬时接触时，垂直于接触界面的速度是瞬时不连 续的。续的。在接触界面上，需要增加动力学和运动学的条件。在接触界面上，需要增加动力学和运动学的条件。 关键条件是关键条件是不可侵彻性条件不可侵彻性条件：即两个物体不能互相侵入：即两个物体不能互相侵入 的条件，不可侵彻性不能表示为一个简单的方程，所以，的条件，不可侵彻性不能表示为一个简单的方程，所以， 发展了几种简单的方法。其中两个基于最近点映射的形式：发展了几种简单的方法。其中两个基于最近点映射的形式： 1）显式动态问题适用的率形式；）显式动态问题适用的率形式； 2）主要适用于隐式方法的平衡解答。）主要适用于隐式方法的平衡解答。 此