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ansys接触定义.doc
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ansys接触定义.doc
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1 概述
接触问题是一种高度非线性行为,需要较大的计算资源,为了进展实为有效的计算,
理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
接触问题存在两个较大的难点:其一,在你求解问题之前,你不知道接触区域,外表
之间是接触或分开是未知的,突然变化的,这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定;
其二,大多的接触问题需要计算摩擦,有几种摩擦和模型供你挑选,它们都是非线性的,
摩擦使问题的收敛性变得困难。
一般的接触分类
接触问题分为两种根本类型:刚体─柔体的接触,半柔体─柔体的接触。
〔1〕刚-柔接触
在刚体─柔体的接触问题中,接触面的一个或多个被当作刚体,〔与它接触的变形体
相比,有大得多的刚度〕,一般情况下,一种软材料和一种硬材料接触时,问题可以被假
定为刚体─柔体的接触,许多金属成形问题归为此类接触。
〔2〕柔-柔接触
柔体─柔体的接触,是一种更普遍的类型,在这种情况下,两个接触体都是变形体
〔有近似的刚度〕。
2 ANSYS 接触能力
ANSYS 支持三种接触方式:点─点,点─面,平面─面,每种接触方式使用的接触单
元适用于某类问题。为了给接触问题建模,首先必须认识到模型中的哪些局部可能会相互
接触,如果相互作用的其中之一是一点,模型的对立应组元是一个结点。如果相互作用的
其中之一是一个面,模型的对应组元是单元,例如梁单元,壳单元或实体单元,有限元模
型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对,接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的
一层单元,至于 ANSYS 使用的接触单元和使用它们的过程,下面分类详述。
2.1 点─点接触单元
点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为,为了使用点─点的接触单元,你需
要预先知道接触位置,这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况〔即使
在几何非线性情况下〕
如果两个面上的结点一一对应,相对滑动又以忽略不计,两个面挠度〔转动〕保持小
量,那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题,过盈装配问题是一个用点─
点的接触单元来模拟面─面的接触问题的典型例子。
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2.2 点─面接触单元
点─面接触单元主要用于给点─面的接触行为建模,例如两根梁的相互接触。
如果通过一组结点来定义接触面,生成多个单元,那么可以通过点─面的接触单元来
模拟面─面的接触问题,面即可以是刚性体也可以是柔性体,这类接触问题的一个典型例
子是插头到插座里。
使用这类接触单元,不需要预先知道确切的接触位置,接触面之间也不需要保持一致
的网格,并且允许有大的变形和大的相对滑动。
Contact48 和 Contact49 都是点─面的接触单元,Contact26 用来模拟柔性点─刚
性面的接触,对有不连续的刚性面的问题,不推荐采用 Contact26 因为可能导致接触的
丧失,在这种情况下,Contact48 通过使用伪单元算法能提供较好的建模能力。
2.3 面─面的接触单元
ANSYS 支持刚体─柔体的面─面的接触单元,刚性面被当作“目标〞面,分别用
Targe169 和 Targe170 来模拟 2─D 和 3—D 的“目标〞面,柔性体的外表被当作“接触〞
面,用
Conta171,Conta172,Conta173,Conta174 来模拟。一个目标单元和一个接单元
叫作一个“接触对〞程序通过一个共享的实常号来识别“接触对〞,为了建立一个“接触对〞
给目标单元和接触单元指定一样的实常的号。
与点─面接触单元相比,面─面接触单元有好几项优点
〔1〕支持低阶和高阶单元;
〔2〕支持有大滑动和摩擦的大变形,协调刚度阵计算,单元提法不对称刚度阵的选
项;
〔3〕提供工程目的采用的更好的接触结果,例如法向压力和摩擦应力;
〔4〕没有刚体外表形状的限制,刚体外表的光滑性不是必须允许有自然的或网格离
散引起的外表不连续;
〔5〕与点─面接触单元比,需要较多的接触单元,因而造成需要较小的磁盘空间和
CPU 时间;
〔6〕允许多种建模控制,例如:绑定接触、渐变初始渗透、目标面自动移动到补始
接触、平移接触面〔老虎梁和单元的厚度〕、支持死活单元。
使用这些单元,能模拟直线〔面〕和曲线〔面〕,通常用简单的几何形状例如圆、抛
物线、球、圆锥、圆柱采模拟曲面,更复杂的刚体形状能使用特殊的前处理技巧来建模。
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3 执行接触分析
不同的接触分析类型有不同的过程,下面分别讨论。
3.1 面─面的接触分析
在涉及到两个边界的接触问题中,很自然把一个边界作为“目标〞面而把另一个作为
“接触〞面,对刚体─柔体的接触,“目标〞面总是刚性的,“接触〞面总是柔性面,这两个
面合起来叫作“接触对〞使用 Targe169 和 Conta171 或 Conta172 来定义 2-D 接触对,
使用 Targe170 和 Conta173 或 Conta174 来定义 3-D 接触对,程序通过一样的实常收
号来识别“接触对〞。
接触分析的步骤:
执行一个典型的面─面接触分析的根本步骤列示如下:
(1)建立模型,并划分网格
(2)识别接触对
(3)定义刚性目标面
(4)定义柔性接触面
(5)设置单元关键字和实常的
(6)定义/控制刚性目标面的运动
(7)给定必须的边界条件
(8)定义求解选项和载荷步
(9)求解接触问题
(10) 查看结果
步骤一:建立模型,并划分网格
在这一步中,你需要建立代表接触体几何形状的实体模型。与其它分析过程一样,设
置单元类型,实常,材料特性。用恰当的单元类型给接触体划分网格。
命令:AMESH、VMESH
GUI:Main Menu>Preprocessor>mesh>Mapped>3 or4 Sided Main
Menu>Pneprocessor>mesh>mapped>4 or 6 sided
步骤二:识别接触对
你必须认识到,模型在变形期间哪些地方可能发生接触,一是你已经识别出潜在的接
触面,你应该通过目标单元和接触单元来定义它们,目标和接触单元跟踪变形阶段的运动,
构成一个接触对的目标单元和接触单元通过共享的实常号联系起来。
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