ANSYSWorkbench结构非线性培训高级接触解析课件

1、Workbench Mechanical结构非线性第四章高级接触第1页，共32页。章节概述本章讨论高级接触选项细节:这些高级选项适用于包括实体及壳体的面和边的接触.假定在这章前用户已掌握 第 2和3章的Nonlinear Structural.这章包括以下内容:接触中体类型自动接触探测选项界面处理初始接触条件作业 4A时间步控制摩擦作业4B本章描述的性能通常适用于ANSYS Structural 或以上的license.第2页，共32页。WB-Mechanical提供了接触技术选项的丰富列表，来分析实体及面体 (壳单元划分的)的面和边间的许多不同行为.实体面对实体面面体的面对面体 (或实体 )

2、 的面面体边对表面体 (或实体) 面A. 接触的体类型第3页，共32页。在面体间建立接触时, 牢记一面体有表面区域但没有体很重要.面体厚度在Details窗口由用户赋值，是和面体相关的属性面体产生无摩擦或摩擦接触时，有必要识别面体的哪一侧(顶部或底部)处于接触关系中. 操作失败会导致不能识别接触.接触的体类型第4页，共32页。下表识别各种接触几何支持的接触类型, 公式和对称行为 .接触的体类型第5页，共32页。B. 自动接触探测选项缺省时, 当一个装配体由CAD 系统输入, 默认是自动探测接触对，并指定接触为面/面接触条件. 这些默认条件可由两种方式改变: Mechanical 下的工具选项对

3、话框 Connections 设置可改变多个选项的全局默认行为. 或Details of “Connections” 窗口改变或激活选项的行为.第6页，共32页。接触默认设置和自动探测能力对大多接触问题有效. 然而, 可以执行这些额外控制来放宽分析的接触范围 : .自动接触探测选项 Generate Contact on Update:若该选型设为Yes ，输入模型(最新的)时自动创建面/面接触区域. 设置为 No 仍然允许手动激活自动生成接触, 或手动构建接触区域. Tolerance Type, Tolerance Value, and Tolerance Slider: CAD 系统创建

4、的装配体可能没有精确装配, 导致两体间的接触区域有小的重合或间隙. 可指定接触探测容差来解决任何的不精确 (只适用于自动接触探测).第7页，共32页。为收紧接触探测, 移动 Tolerance Slider 接近 +100. 放松接触探测, 则移动Tolerance Slider 接近 -100. 收紧容差意味在更小区域内(间隙或重合)的体被考虑为接触; 松的容差刚好是相反的作用. 接触探测容差也可以通过改变Tolerance Type为Value并在Tolerance Value后输入值来调整. 如图所示，当前指针位置出现一圆. . 自动接触探测选项CAD 部件间存在的间隙图示说明用户定义的

5、接触探测容差值第8页，共32页。实体和面体间可得到的接触探测类型: 面/面: 不同体面间的接触面/边: 不同体的面和边间的接触 边/边: 不同体边间的接触面/边和边/边接触只适用于实体和面体. 不支持线体的接触关系. 对面/边探测, 面总被指定为目标面，而边总指定为接触边. “Create Automatic Contact”中可选择探测任何接触组合. 对接触过滤选项也可设置默认优选参数. .自动接触探测选项第9页，共32页。优先权: 对非常大的模型，接触对的数量有时候是过剩的，特别是当允许多种接触类型时. .自动接触探测选项 209个部件 450 个对称接触对 115万个自由度第10页，共3

6、2页。优先权(contd).自动接触探测选项“Face Overrides” 选项使面/面接触优先于面/边和边/边接触. Face Overrides 也使面/边接触优先于边/边接触. 一般来说, 对面/边和边/边接触设置了Face Overrides, 会探测不到边/边接触对. “Edge Overrides” 使边/边接触优先于面/边和面/面接触. Edge Overrides 也使面/边接触优先于面/面接触. 一般来说,对面/边和面/面接触设置了Edge Overrides,会探测不到面/面接触对.第11页，共32页。设置“Group By” 为 “Bodies” (默认) 或Parts

7、 意味位于同一体或相同部件的接触面和边将组成为单个区域. 自动生成对可能有多种选择，在源侧，或目标侧，或两侧都有. 使用其中一个选项就可最小化创建的接触区域数量. 任一生成区域只有一个作用于源和目标的实体 (即, 一个面或一条边). 如果单个区域中有大量源/目标面，选择None 避免ANSYS求解器中过多接触搜索时间.自动接触探测选项Group By: 第12页，共32页。使自动接触探测选项通过以下选项: Bodies(默认): 体间. Parts : 不同部件体间, 也就是, 不能是同一多体部件内的体之间. 对多体部件的一个体没有接触其它体的情况, 必须手动插入 Connections对象来

8、连接体. Anywhere: 探测任何的自接触. .自动接触探测选项Search Across:第13页，共32页。C. 界面处理在上一节中提到，对绑定接触行为一个足够大Pinball半径允许忽略接触和目标面间任何间隙。对摩擦或无摩擦接触，实体可以相互接触或脱离接触。因此，初始缝隙不能被自动忽略，因为它有可能代表几何信息。但是，有限元方法在静力结构分析时不允许有刚体移动. 如果存在初始缝隙，当施加力载荷时，可能不会建立初始接触，一个零件可能会相对于另一个零件飞开。第14页，共32页。建模时需要的间距或间隙在建立有摩擦或无摩擦行为的初始接触时需要被忽略，为了解决这种情况，利用界面处理可以内部偏移

9、接触面到一指定的位置。左边是原始的网格模型. 顶部的红色网格是有接触面的体接触面可以偏移一定的量，就象右图中蓝线所示，这将允许建立初始接触 界面处理第15页，共32页。接触偏移重要注意事项:在接触界面上几何的改变会有影响，因为实际网格和偏移的接触面之间会存在一个刚性区。应用中，这种调整应该足够小，对于整个结果的影响忽略不计它已经被证明在静态分析中是建立初始接触的一个有效工具，用户不需要去CAD模型中修改。 界面处理第16页，共32页。 界面处理在详细窗口中用户可以选择“Adjusted to Touch” 或 “Add Offset”“Adjusted to Touch” 让Simulatio

10、n 决定需要多大的接触偏移量来闭合缝隙建立初始接触。注意，Pinball 区域大小会影响这种自动方法，因此必须保证Pinball 半径大於最小的缝隙距离.“Add Offset” 让用户来指定允许接触面偏移的正负距离. 正值是指关闭缝隙而负值是指打开缝隙.该选项用于把模型调整到合适位置而不需要修改几何。 让几何在刚好接触的位置上，改变正距离到穿透值。第17页，共32页。 界面处理“Add Offset, Ramped Effects” 在一个载荷步内分几个子步逐步施加干涉。 该选项对富于挑战的干涉问题的收敛是有帮助的。“Add Offset, No Ramping” 在第一个子步内一次完成载荷

11、的施加。第18页，共32页。Contact Tool 允许检查装配接触:加载前验证初始信息 (状态, 间隙,渗透, pinball,.等)在 Connections下插入验证最终信息各个接触区域载荷 (力和力矩)传递是最终求解的一部分. 在 Solution 下插入 D. 接触工具第19页，共32页。初始接触信息可评估所有区域或对接触（和/或）目标侧指定关心区域. . 接触工具 初始信息第20页，共32页。信息包含各区域的接触状态、接触单元数、 渗透、pinball等 对验证和发现并解决问题是非常有用的 . 接触工具 初始信息第21页，共32页。“几何间隙” 和 “几何渗透”指 实体接触区域存

12、在的物理间隙和渗透“Gap” 和“Penetration” 是从面体间或Add Offset 调整推导而来“N/A” 指示出现在以下位置和情况: 接触对非激活时(灰色的行, 或状态栏下出现非激活)的所有结果栏 . 无摩擦, 粗糙,或 摩擦接触类型和界面处理 的几何间隙栏 设为Add Offset. . 接触工具 初始信息第22页，共32页。请参考作业中的补充说明:作业4A- 接触表面偏移E. 作业 接触表面偏移第23页，共32页。 F. 时间步控制时间步控制提供了一个额外的收敛加强选项，它允许基于收敛行为的二分和时间步大小调整。这种选择在非线性接触中显示:无摩擦粗糙有摩擦第24页，共32页。默

13、认情况下，接触行为的改变不会影响到自动时间步。当因为接触状态改变而激活的二分影响整个运行时间时，该选项对多数分析是适用的。下例中，由于接触状态的改变，没有从时间步的减少得到任何好处 (from closed to open). 当然自动时间步 对于其他准则仍然是值得期待的。Step 1Step 2Status = ClosedStatus = ClosedStatus = Open-near field 时间步控制第25页，共32页。 时间步控制自动二分 接触行为在每个子步后检查，来决定接触状态中是否有过大的穿透或改变出现。如果有，当前子步用二分时间增量（减半）重估。下例中，当一个局部接触状态

14、的改变导致总体结构刚度显著改变时，自动二分可以确保收敛。仅在该区域对接触状态的改变使用自动时间步.F第26页，共32页。 时间步控制预测冲击 作用部分和自动二分选项相同外，该选项还可以估计最小的时间增量，该时间增量是预测未来接触状态改变所必要的。 如预计有冲击时推荐Substep 1Substep 2Substep 3因为粗糙的时间步，错过了接触。自动减小时间步以捕捉接触状态的改变。第27页，共32页。G. 摩擦接触选项对 ANSYS Structural licenses 及其以上的授权，除了上面的选项，还提供摩擦接触选项.通常的，两个接触体的切向或滑动行为可能是无摩擦的或有摩擦的。无摩擦行为允许物体间无阻力滑动.当引入摩擦后，在两物体间会产生剪力摩擦接触可用于小变形或大变形分析第28页，共32页。 摩擦接触选项摩擦可以用Coulomb定律来考虑:这里 m 是静摩擦系数当切向力Ftangential大于上式的值时就会发生滑动FnFtm Fn第29页，共32页。 摩擦接触选项对 ANSYS Structural licenses 及其以上的授权，除了上述选项外，还提供摩擦接触选项.对摩擦接触必须输入 “摩擦系数” 如果摩擦系数(Friction Coefficient) m为 0.0 将会导致无摩擦接触如前面提到一样，接触算法建议使用 “Augmen