接触分析多点接触MPC.ppt
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1、Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual接触分析多点接触MPC Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual多点约束算法(多点约束算法(MPC)提供了一个极为有效的接触模拟算法,能够)提供了一个极为有效的接触模拟算法,能够处理很多在处理很
2、多在ANSYS7.1之前都难以模拟的问题之前都难以模拟的问题该章节我们将详细讨论该章节我们将详细讨论MPC算法及其使用算法及其使用多点约束多点约束(MPC)章节综述章节综述Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual该章包括以下几个主题该章包括以下几个主题:A.背景背景绑定,无分离接触绑定,无分离接触基于表面的约束基于表面的约束传统绑定接触的局限性传统绑定接触的局限性CERIG,RBE3的不足的不足MPC算法的优势算法的优势B.实体对实体的多点绑定接触实体对实体的多点绑定接触C.壳体对壳体的多点绑定接触壳
3、体对壳体的多点绑定接触D.壳体对实体的多点绑定接触壳体对实体的多点绑定接触E.梁对壳体梁对壳体/实体的多点绑定接触实体的多点绑定接触F.基于表面的多点约束基于表面的多点约束G.注释注释多点约束多点约束(MPC)章节综述章节综述Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual在第三章中我们提起过,在第三章中我们提起过,MPC算法使用内部生成的约束方程在接触算法使用内部生成的约束方程在接触面上保证协调面上保证协调:接触节点的自由度被消除接触节点的自由度被消除.不需要法向刚度和切向刚度不需要法向刚度和切向刚度.对于
4、小变形问题对于小变形问题,求解平衡方程时不需迭代求解平衡方程时不需迭代.表现出线性接触行为表现出线性接触行为.对于大变形问题对于大变形问题,MPC约束方程在每一步的迭代过程中都要进行校正约束方程在每一步的迭代过程中都要进行校正.该方法仅对该方法仅对绑定接触绑定接触和和无分离接触无分离接触适用适用.对称接触对中不可用对称接触对中不可用ANSYS会自动转换成不对称接触会自动转换成不对称接触MPC 法在法在点点接触点点接触中中不适用不适用多点约束多点约束(MPC)A.背景背景Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Ma
5、nualMPC法可以绑定不同的单元类型,即使交界面的网格不兼容法可以绑定不同的单元类型,即使交界面的网格不兼容:实体对实体实体对实体壳体对壳体壳体对壳体壳体对实体壳体对实体梁对实体梁对实体/壳体壳体 多点约束多点约束(MPC).背景背景Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualMPC法可用作表面约束法可用作表面约束刚体约束表面刚体约束表面(CERIG类型类型 MPC)力分布表面力分布表面(RBE3类型类型 MPC)Torque多点约束多点约束(MPC).背景背景CERIGRBE3Advanced Con
6、tact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual绑定约束和无分离约束的局限绑定约束和无分离约束的局限:结果取决于指定的接触刚度结果取决于指定的接触刚度.即使是小变形问题中也需要进行多次迭代以调整穿透量即使是小变形问题中也需要进行多次迭代以调整穿透量.模态分析中偶尔会出现失真的自然频率模态分析中偶尔会出现失真的自然频率.只能施加平动自由度约束只能施加平动自由度约束.CERIG 和和 RBE3的局限:的局限:仅适合于小应变仅适合于小应变.RBE3 只支持力约束只支持力约束.RBE3 需要手动定义权值需要手动定义权值.(MPC 表面约束自
7、动计算权值)表面约束自动计算权值)多点约束多点约束(MPC).背景背景Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualMPC算法的优势算法的优势:求解效率比传统的绑定接触要高求解效率比传统的绑定接触要高:对于较大的装配模型使用对于较大的装配模型使用MPC绑定或无分离算法,计算时间要比其它算法绑定或无分离算法,计算时间要比其它算法快快.多点约束多点约束(MPC).背景背景接触算法迭代次数CPU 时间(秒)增强Lagrange法42710MPC法1880Advanced Contact&FastenersAdva
8、nced Contact&FastenersTraining ManualMPC算法的优势:算法的优势:容易使用容易使用:接触向导和手动定义中都可设置接触向导和手动定义中都可设置MPC算法算法.不需要输入接触刚度不需要输入接触刚度.求解中自动生成约束求解中自动生成约束考虑了形状效应,不需手动输入权值考虑了形状效应,不需手动输入权值对于基于表面的约束,支持力约束和位移约束对于基于表面的约束,支持力约束和位移约束.多点约束多点约束(MPC).背景背景Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualMPC算法的优势
9、:算法的优势:很容易就能模拟壳体实体、梁实体、梁壳体的组合效应很容易就能模拟壳体实体、梁实体、梁壳体的组合效应:支持网格的不兼容支持网格的不兼容梁、壳、实体单元上的节点不需要对准梁、壳、实体单元上的节点不需要对准多点约束多点约束(MPC).背景背景Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual使用实体对实体的多点绑定或无分离接触非常简单使用实体对实体的多点绑定或无分离接触非常简单.使用使用CONTA169-174创建面面接触对创建面面接触对接触行为设为绑定接触行为设为绑定(KEYOPT(12)=4,5,或或
10、 6)接触探测设为节点接触探测设为节点(KEYOPT(4)=1 或或 2)接触算法设为接触算法设为 MPC(KEYOPT(2)=2)内部多点约束会在求解中自动生成内部多点约束会在求解中自动生成扭矩Solve多点约束多点约束(MPC)B.实体对实体的多点绑定接触实体对实体的多点绑定接触Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual对壳体壳体的绑定接触,使用对壳体壳体的绑定接触,使用CONTA175和和TARGE170单元在壳的单元在壳的边缘创建点面接触对边缘创建点面接触对.也可使用面面接触单元也可使用面面接触
11、单元 CONTA173-174,节点探测设为垂直于目标面,节点探测设为垂直于目标面(KEYOPT(4)=2),但此方法通常比使用但此方法通常比使用 CONTA175单元的效率要低单元的效率要低.设置接触行为为绑定设置接触行为为绑定(KEYOPT(12)=5 或或 6)设置接触算法为设置接触算法为 MPC(KEYOPT(2)=2)内部多点约束会在求解中自动生成内部多点约束会在求解中自动生成节点的平动自由度和转动自由节点的平动自由度和转动自由度在交界面处都被约束住度在交界面处都被约束住多点约束多点约束(MPC)C.壳体对壳体的多点绑定接触壳体对壳体的多点绑定接触Advanced Contact&F
12、astenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual对于壳体对实体的多点绑定接触,基本步骤和上述类似,但由于壳体和对于壳体对实体的多点绑定接触,基本步骤和上述类似,但由于壳体和实体交界面的复杂性,一些额外的选项需要设置实体交界面的复杂性,一些额外的选项需要设置创建点面接触对创建点面接触对CONTA175(壳体上单元交界面的边界)(壳体上单元交界面的边界)TARGE170(实体上单元交界面的边界)(实体上单元交界面的边界)设置接触行为为绑定接触设置接触行为为绑定接触(KEYOPT(12)=5 或或 6)设置接触算法为设置接触算法为 MPC(KEYOP
13、T(2)=2)设置设置MPC 约束类型约束类型(TARGE170,KEYOPT(5)=0,1,2,3,4)在目标面上建立虚拟壳在目标面上建立虚拟壳(当需要时当需要时)壳单元壳单元实体单元实体单元接触单元接触单元(CONTA175)目标单元目标单元(TARG170)(实体上实体上表面表面)多点约束多点约束(MPC)D.壳体对实体的多点绑定接触壳体对实体的多点绑定接触*Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining Manual虚拟壳虚拟壳当创建壳体对实体的多点绑定接触时,用户可在实体表面附上一个额外当创建壳体对实体的多点绑
14、定接触时,用户可在实体表面附上一个额外的壳单元(虚拟壳),并在实体、壳和附加的壳上定义约束方程的壳单元(虚拟壳),并在实体、壳和附加的壳上定义约束方程.当需要时,该选项可以更好的模拟壳体和实体之间的载荷传递当需要时,该选项可以更好的模拟壳体和实体之间的载荷传递.多点约束多点约束(MPC).壳体对实体的多点绑定接触壳体对实体的多点绑定接触Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualMPC选项允许用户控制哪些自由度用于生成内部约束,总结如下选项允许用户控制哪些自由度用于生成内部约束,总结如下:TARGE170
15、,KEYOPT(5)=0,自动约束自动约束(缺省缺省)TARGE170,KEYOPT(5)=1,只有平动位移被约束只有平动位移被约束TARGE170,KEYOPT(5)=2,平动和转动位移都被约束平动和转动位移都被约束TARGE170,KEYTOPT(5)=3,壳节点上的平动和转动位移都被约束壳节点上的平动和转动位移都被约束,实体节点实体节点上只有平动位移被约束上只有平动位移被约束TARGE170,KEYOPT(5)=4,(8.1版本新选项版本新选项)下面我们对其作详细讨论下面我们对其作详细讨论.多点约束多点约束(MPC).壳体对实体的多点绑定接触壳体对实体的多点绑定接触Advanced Co
16、ntact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualTARGE170,KEYOPT(5)=0,自动约束自动约束(缺省设置缺省设置)大多数情况下,大多数情况下,ANSYS对壳体实体组合约束平动和转动自由度对壳体实体组合约束平动和转动自由度.多点约束多点约束(MPC).壳体对实体的多点绑定接触壳体对实体的多点绑定接触Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualTARGE170,KEYOPT(5)=1:实体实体约束实体实体约束在实体表面创建虚拟壳单元(
17、在实体表面创建虚拟壳单元(SHSD命令)命令)只有平动位移被约束只有平动位移被约束壳单元和虚拟壳单元的节点重合壳单元和虚拟壳单元的节点重合CONTA175 单元处在虚拟壳单元和实体单元的交界节点上单元处在虚拟壳单元和实体单元的交界节点上虚拟壳虚拟壳壳厚度壳厚度多点约束多点约束(MPC).壳体对实体的多点绑定接触壳体对实体的多点绑定接触Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualTARGE170,KEYOP(5)=2:壳体实体约束壳体实体约束:使用使用SHSD命令在实体表面创建虚拟壳命令在实体表面创建虚拟壳
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