ANSYS非线形分析指南 接触分析.docx
《ANSYS非线形分析指南 接触分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《ANSYS非线形分析指南 接触分析.docx(44页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、一般的接触分类2ANSYS接触能力2点一点接触单元2点一面接触单元2面一面的接触单元3执行接触分析4面一面的接触分析4接触分析的步骤:4步骤1:建立模型,并划分网格4步骤:识别接触对4步骤三:定义刚性目标面5步骤4:定义柔性体的接触面8步骤5:设置实常数和单元关键字10步骤六:21步骤7:给变形体单元加必要的边界条件21步骤8:定义求解和载步选项22第十步:检查结果23点、一面接触分析25点一面接触分析的步骤26点点的接触35接触分析实例(GUI方法)38非线性静态实例分析(命令流方式)42接触分析接触问题是种高度非线性行为,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
2、理的模型是很重要的。接触问题存在两个较大的难点:其,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。一般的接触分类接触问题分为两种基本类型:刚体柔体的接触,半柔体柔体的接触,在 刚体柔体的接触问题中,接触面的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,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,另类, 柔体柔体的接触,是一种更普遍的类型
3、,在这种情况下,两个接触体都是变形 体(有近似的刚度)。ANSYS接触能力ANSYS支持三种接触方式:点一点,点一面,平面一面,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个结点。如果相互作用 的其中之一是个面,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。点一点接触单元点一点接触单元主要用于模拟点点的接触行为,为了
4、使用点一点的接触单 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(即使在儿何非线性情况下)如果两个面上的结点对应,相对滑动又以忽略不计,两个面挠度(转动) 保持小量,那么可以用点一点的接触单元来求解面一面的接触问题,过盈装配问 题是个用点点的接触单元来模拟面一与的接触问题的典型例子。点一面接触单元点一面接触单元主要用于给点一面的接触行为建模,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,那么可以通过点一面的接 触单元来模拟面一面的接触问题,面即可以是刚性体也可以是柔性体,这类接触 问题的个典型例子是插头到插座里。使用这类接触单元,不需
5、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都是点一面的接触单元,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。面一面的接触单元ANSYS支持刚体柔体的面一面的接触单元,刚性而被当作“目标”面, 分别用Targel69和Targel70来模拟2D和3D的“目标”面,柔性体的表面 被当作“接触”面,用 Contal71,Contal72,Contal73
6、,Contal74 来模拟。个目标 单元和一个接单元叫作一个“接触对”程序通过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。与点一面接触单元相比,面一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,例如法向压和摩擦应。 没有刚体表面形状的限制,刚体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。 与点一面接触单元比,需要较多的接触单元,因面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
7、,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),通常用简单的儿何形状例 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。执行接触分析不同的接触分析类型有不同的过程,下面分别讨论面一面的接触分析在涉及到两个边界的接触问题中,很自然把个边界作为目标”面而把另 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Targe 169和Contal71或 Contal72来定义2-D接触对,使用Targe 170和Contal73或Co
8、ntal74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:执行个典型的面一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,并划分网格在这步中,你需要建立代表接触体儿何形状的实体模型。与其它分析过程 样,设置单元类型,实常的,材料特性。用恰当的单元类型给接触体划分网格。命令:AMESHVMESHGUI: Main MenuPreprocesso
9、rmeshMapped3 or4 SidedMain MenuPneprocessormeshmapped4 or 6 sided步骤: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,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)。由于儿何模型和潜在变形
10、的多样形,有时候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3-D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,对于个复杂的,任意形状的目 标面,应该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
11、结点“联系起来,它实际上是个只有一个结点 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个结点,也可能是个任意位置的 结点,只有当需要转动或矩载荷时,“ pilot结点”的位置是重要的,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总是使用条个结点作为 “pilot 结点”基本原型你能够使用基本儿形状来模拟目标面,例如:“圆、圆柱
12、、圆锥、球。直线、 抛物线、弧线、和三角形不被允许、虽然你不能把这些基本原型彼此合在起, 或者是把它们和其它的目标形状合在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:ETGULmain menupreprocessorElement Type Add/Edit/Delete随后必须设置目标单元的实常数。命令:RealGUkmain mennpreprocessorreal constants对TARGE169和TARGE170仅需设置实常数R1和R2,而只
13、有在使用直接 生成法建立目标单元时,需要从为指定实常数RI、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:TSHAPGUI: main menupreprocessormodeiing-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) counterclokwise arc (2-D) circle(2-D) Tri
14、angle (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:NEGUI: main menupnoprocessor modeling- create nodesmain 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:ELISTGUI: utility menulistE
15、lementsNodes+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:KmeshGUI: main menuproprocessormeshing-meshkeypoints注意:KMESH总是生成“PILOT结点”为了生成一个2-D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,在样条曲线上生成抛物线部分, 在每条圆弧和倒角上生
16、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:LMESHGUI: 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3-D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,面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:AMESHGUI: main menupr
17、eprocessor-meshing-meshAreaANSYS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, 2GUI: 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 上由的离散能足够指述出目标面的形
18、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3-D接触问题,目标三角形单元号应该使刚性面的外法线方向指向
19、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, 1GUI: 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, , REVEGUI: 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
20、盖 的变形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 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:这是个3D的,4结点的低阶四边形单元可能
21、位于3D 实体或壳单元的表面,它可能褪化成一个结点的三角形单元。CONTA174:这是个3-D, 8结点的高阶四边形单元,可能位于有中结 点的3-D实体或壳单元的表面,它可能褪化成6结点的三角形单元。不能在高阶柔性体单元的表面上分成低阶接触单元,反之也不行,不能在高 阶接触单元上消去中结点。命令:ETGUI: main menupreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete实常数和材料特性在定义了单元类型之后,需要选择正确的实常数的设置,每个接触对的接触 面和目标面必须有相同的实常数号,而每个接触对必须有它自己不同的实常数 号。ANSYS使用下面柔性体单元的材料
22、特性来计算个合适的接触(或罚)刚 度,如果下面的单元是一个超单元。接触单元的材料的设置必须与超单元形成时 的原始结构单元相同,生成接触单元。我们既可以通过直接生成法生成接触单元,也可以在柔性体单元的外表面上 自动生成接触单元,我们推荐采用自动生成法,这种方法更为简单和可靠。可以通过下面三个步骤来自动生成接触单元1、选择结点选择已划分网格的柔性体表面的结果,如果你确定某一部分结点永远不会接 触到目标面,你可以忽略它以便减少计算时间,然而,你必须保证设有漏掉可能 会接触到目标面的结点。命令:NSELGUI: main menupreprocessorcreateElementonfree surf
23、2、生成接触单元命令:ESURFGUI: main menupreprocessorcreateElementon free surf如果接触单元是附在已用实体单元划分网格的面或体上,程序会自动决定接 触计算所需的外法向,如果下面的单元是梁或壳单元,则必须指明哪个表面(上 表面或下表面)是接触面命令:ESURF, TOP OR BOTIOMGUI: main menupreprocessorcreateElementon free surf使用上表面生成接触单元,则它们的外法向与梁或壳单元的法向相同,使用 下表面生成接触单元,则它们的外法向与梁或壳单元的法向相反,如果下面的单 元是实体单元,则
- 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:
- ANSYS非线形分析指南 接触分析 ANSYS 线形 分析 指南 接触
限制150内