面─面的接触分析.doc
《面─面的接触分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《面─面的接触分析.doc(22页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流面面的接触分析.精品文档.ANSYS接触分析帮助接触分析 接触问题是一种高度非线性行为,需要较大的计算资源,为了进行实为有效的计算,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,表面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。面面接触分析的步骤:执行一个典型的面面接触分析的基本步骤列示如下:1 建立模型,并划分网格2 识别接触对3 指定接
2、触面和目标面4 定义刚性目标面5 定义柔性接触面6 设置单元关键字和实常数7 定义控制刚性目标面的运动8 给定必须的边界条件9 定义求解选项和载荷步10求解接触问题11查看结果步骤六:设置实常数和单元关键字程序使用九个实常数和好几个单元关键字来控制面面接触单元的接触行为。实常数 9个实常数中,两个(R1和R2)用采定义目标面单元的几何形状,乘下的7个用来控制接触行为。 R1和R2定义目标单元几何形状 FKN 定义法向接触刚度因子 FTOLN 定义最大的穿透范围 ICONT 定义初始靠近因子 PINB 定义“Pinball区域 PMIN和PMAX 定义初始穿透的容许范围TAUMAR 指定最大的接
3、触摩擦CNOF给接触面指定一个正的或负的偏移值FKOP指定接触发生时所给的刚度因子 命令:R GUI:main menu preprocessorreal constant 对实常数FKN,FTOLN,ICONT,PINB,PMAX,PMIN,和FKOP既可以定义一个正值也可以定义一个负值,程序将正值作为比例因子,将负值作为真实值,程序将下面基本变形体单元的厚度作为ICON,FTOLN,PINB,PMAX和PMIN的参考值,例如对ICON,0.1表明初始间隙因子是0.1*下面基本变形体单元的厚度。然而,-0.1表明真实缝隙是0.1,如果下面的基本变形体单元是超单元,则将接触单元的最小长度作为厚
4、度。 单元关键字 每种接触单元都有好几个关键字,对大多的接触问题缺省的关键字是合适的,而在某些情况下,可能需要改变缺省值,来控制接触行为。 接触算法(罚函数+拉格郎日或罚函数)(KEYOPT(2) 出现超单元时的应力状态(DEYOPT(3) 接触方位点的位置 (KEYOPI(4) 刚度矩阵的选择 (KEYOPT(6) 时间步长控制 (KEYOPT(7) 初始穿透影响 (KEYOPT(9) 接触表面情况 (KEYOPT(12)为了给接触问题建模,首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触,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
5、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ANSTS使用的接触单元和使用它们的过程,下面分类详述。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与的接触问题的典型例子。点面接触单元点面接触单元主要用于给点面的
6、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丢失,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。面面的接触单元ANSYS支持
7、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2D和3D的“目标”面,柔性体的表面被当作“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相同的实常的号。与点面接触单元相比,面面接触单元有好几项优点,支持低阶和高阶单元。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。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。没有刚体表面形状的限制,刚体
8、表面的光滑性不是必须允许有自然的或网格离散引起的表面不连续。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。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。面面的接触分析之一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
9、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,程序通过相同的实常收号来识别“接触对”。接触分析的步骤:执行一个典型的面面接触分析的基本步骤列示如下: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1: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,实常的,材料特性。用恰当的单元类型
10、给接触体划分网格。命令:AMESHVMESHGUI:Main MenuPreprocessormeshMapped3 or4 Sided Main MenuPneprocessormeshmapped4 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。接触环(区域)可以任意定义,然而为了更有效的进行计算(主要指CPU时间)你可能想定义更小的局部化的接触环,但能保证它足以描述所需要的接触行为,不
11、同的接触对必须通过不同的实常数号来定义(即使实常数号没有变化)。由于几何模型和潜在变形的多样形,有时候一个接触面的同一区域可能和多个目标面产生接触关系。在这种情况下,应该定义多个接触对(使用多组覆盖层接触单元)。每个接触对有不同的实常数号。步骤三:定义刚性目标面刚性目标面可能是2D的或3D的。在2D情况下,刚性目标面的形状可以通过一系列直线、圆弧和抛物线来描述,所有这些都可以用TAPGE169来表示。另外,可以使用它们的任意组合来描述复杂的目标面。在3D情况下,目标面的形状可以通过三角面,圆柱面,圆锥面和球面来推述,所有这些都可以用TAPGE170来表示,对于一个复杂的,任意形状的目标面,应该
12、使用三角面来给它建模。控制结点(Pilot)刚性目标面可能会和“pilot结点“联系起来,它实际上是一个只有一个结点的单元,通过这个结点的运动可以控制整个目标面的运动,因此可以把pilot结点作为刚性目标的控制器。整个目标面的受力和转动情况可以通过pilot结点表示出来,“pilot结点”可能是目标单元中的一个结点,也可能是一个任意位置的结点,只有当需要转动或力矩载荷时,“pilot结点”的位置才是重要的,如果你定义了“pilot结点”ANSYS程序只在“pilot结点”上检查边界条件,而忽略其它结点上的任何约束。对于圆、圆柱、圆锥、和球的基本图段,ANSYS总是使用条一个结点作为“pilot
13、结点”基本原型你能够使用基本几形状来模拟目标面,例如:圆、圆柱、圆锥、球。直线、抛物线、弧线、和三角形。虽然你不能把这些基本原型彼此合在一起,或者是把它们和其它的目标形状合在一起以便形成一个同一实常数号的复杂目标面。但你可以给每个基本原型指定它自己的实常的号。单元类型和实常数在生成目标单元之前,首先必须定义单元类型(TARG169或TARG170)。 命令:ET GUI:main menupreprocessorElement Type Add/Edit/Delete随后必须设置目标单元的实常数。 命令:Real GUI:main mennpreprocessorreal constants对
14、TARGE169和TARGE170仅需设置实常数R1和R2,而只有在使用直接生成法建立目标单元时,才需要从为指定实常数R1、R2,另外除了直接生成法,你也可以使用ANSYS网格划分工具生成目标单元,下面解释这两种方法。使用直接生成法建立刚性目标单元为了直接生成目标单元,使用下面的命令和菜单路径。 命令:TSHAP GUI:main menupreprocessormodeling-createElementsElem Attributes随后指定单元形状,可能的形状有:straight line (2D)parabola (2-D)clockwise arc(2-D)counterclokwi
15、se arc (2-D)circle(2-D)Triangle (3-D)Cylinder (3-D)Cone (3-D)Sphere (3-D)Pilot node (2-D和3-D)一旦你指定目标单元形状,所有以后生成的单元都将保持这个形状,除非你指定另外一种形状。然后你就可以使用标准的ANSYS直接生成技术生成结点和单元。 命令:N E GUI:main menupnoprocessor modeling- create nodes main menupnoprocessor modeling- createElements在建立单元之后,你可以通过列示单元来验证单元形状 命令:ELIS
16、T GUI:utility menulistElementsNodes+Attributes使用ANSYS网格划分工具生成刚性目标单元你也可以使用标准的ANSYS网格划分功能让程序自动地生成目标单元,ANSYS程序将会以实体模型为基础生成合适的目标单元形状而忽略TSHAP命令的选项。为了生成一个“PILOT结点”使用下面的命令或GUI路径: 命令:Kmesh GUI:main menuproprocessormeshing-meshkeypoints 注意: KMESH总是生成“PILOT结点”为了生成一个2D目标单元,使用下面的命令和GUI路径:ANSYS在每条直线上生成一条单一的线,在样条
17、曲线上生成抛物线部分,在每条圆弧和倒角上生成圆弧部分,如果所有的圆弧形成一个封闭的圆,ANSYS生成一个单一的圆段。 命令:LMESH GUI:main menupneprocessormesling-meshlines为了生成3D的目标单元,使用下面的命令或GUI路径。如果实体模型的表面部分形成了一个完整的球,圆柱或圆锥,那么ANSYS程序自动生成一个基本的3D目标单元,因为生成较少的单元,从而使你分析计算更有效率,对任意形状的表面,应该使用Amesh命令来生成目标单元,在这种情况下,网格形状的质量不是重要的,而目标单元的形状是否能完成好的模拟刚性面的表面几何形状显得更重要。 命令:AMES
18、H GUI:main menupreprocessor-meshing-meshArea ANSYS在所有可能的面上推荐使用三角形的映射网格划分,如果在表面的边界上没有曲率,则在网格划分时,指定那条边界分为一分,下面的命令或GUI路径将尽可能的生成一个映射网格(如果不能进行映射,它将生成自由网格) 命令:MSHKFY,2 GUI:main menupreprocessor-meshling-mesh-Ares-Target Surf建模和网格划分的注意点:一个目标面可能由两个或多个面断的区域组成,你应该尽可能地通过定义多个目标面来使接触区域局部比(每个目标面有一个不同的实常数号)刚性目标面上由
19、的离散能足够指述出目标面的形状,过粗的网格离散可能导致收敛问题。如果刚性面有一个实的凸角,求解大的滑动问题时很难获得收敛结果,为了避免这些建模问题,在实体模型上,使用线或面的倒角来使尖角光滑比,或者在曲率突然变化的区域使用更细的网格。注意:不能使用镜面对称技术(ARSYSM,LSYMM)来映射圆、圆柱、圆锥或球面到对称平面的另一边,因为每个实常数的设置不能同时赋给多个基本原型段。检验目标面的接触方向。目标面的结点号顺序是重要的,因为它定义了接触主向,对2D接触问题,当沿着目标线从第一个结点移向第二个结点时,变形体的接触单元必须位于目标面的右边。对3D接触问题,目标三角形单元号应该使刚性面的外法
20、线方向指向接触面,外法线通过右手原则来定义为了检查法线方向,显示单元坐标系 命令:/PSYMS,ESYS,1 GUI:Utility menuplotctrlssymbols如果单元法向不指向接触面,选择单元反转表面的法向的方向。 命令:ESURF,REVE GUI:main menupreprocossorcreateElementon free surf步骤4:定义柔性体的接触面为了定义柔性体的接触面,必须使用接触单元CONFA171或CONFA172(对2D)或CONTA173或CONTA174(对3D)来定义表面。程序通过组成变形体表面的接触单元来定义接触表面,接触单元与下面覆盖的变形
21、体单元有同样的几何特性,接触单元与下面覆盖的变形体单元必须处于同一阶次(低阶或高阶)下面的变形体单元可能是实体单元、壳单元、梁单元或超单元,接触面可能壳或梁单元任何一边。与目标面单元一样,你必须定义接触面的单元类型,然后选择正确的实常数号(实常数号必须与它对应目标的实常数号相同)最后生成接触单元。单元类型:下面简单描述四种类型的接触单元CONTA171:这是一种2D,2个结点的低附线单元,可能位于2D实体,壳或梁单元的表面CONTA172:这是一个2D的,3结点的高阶抛物线形单元,可能位于有中结点的2D实体或梁单元的表面CONTA173:这是一个3D的,4结点的低阶四边形单元可能位于3D实体或
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 接触 分析
限制150内