接触分析-课件.pptVIP

July30,1999接触分析

1、概述接触是一种很普通的物理现象，它是Workbench用户最频繁使用的非线性特征之一。接触可用来分析众多种类的模型。典型的接触运用包括:动态冲击.摩擦.金属成型.螺栓接合.零件装配.紧配合.受压边界条件密封装置上述分析类型和除此之外的众多分析都可以使用Workbench中的接触分析模拟。2、接触算法Workbench如何保持接触面的协调?现实接触物体并不产生互相穿透。因此，程序必须协调两接触面以避免其有限元模型互相穿透。当程序阻止互相穿透时,我们称之为强制性接触协调.Workbench提供几种不同的算法来实现接触面间的协调.2、接触算法ANSYS提供的接触算法（1）增强拉格郎日法（AugmentedLagrange）（法向和切向）；（2）纯罚函数法（PurePenalty）（法向和切向）（3）多点约束法（MPC）（法向和切向）（4）法向使用纯拉格郎日法，切向使用纯罚函数法（5）纯拉格朗日法（法向和切向）Workbench的GUI窗口只支持算法（1）-（4）2、接触算法（1）增强Lagrange法或罚函数法:上述两方法都基于罚函数方程:用一个弹簧施加接触协调条件称为罚函数法，弹簧刚度或接触刚度称为罚参数。该弹簧的变形量?x满足方程:F=k?x接触刚度(k)越大,接触表面的侵入越少.然而,若该值太大,会导致收敛困难.2、接触算法当两物体分开时接触刚度是不被激活的.一般情况下，穿透越小结果越准确.罚函数法和增强的Lagrange法的主要区别在于增强型Lagrange法对接触压力的计算支持的更好增强的Lagrange法对刚度K的敏感性较小.正因为其敏感性较小，增强的Lagrange法是ANSYS中采用的缺省算法2、接触算法（2）MPC接触算法MPC法(多点约束法)施加约束方程来把接触面与目标面之间的位移“系”在一起特点：不需要接触刚度额外的自由度并没有加入模型通过在迭代中对MPC方程不断的校正，MPC接触算法支持大变形效应2、接触算法（3）Lagrange乘子法:Lagrange乘子法增加额外的自由度（接触压力）来满足接触协调.因此,接触压力直接作为额外自由度求解出来.通过压力自由度保证接触面无穿透或穿透很小不需要法向接触刚度需要使用直接求解器，这会倒置求解较大模型时的计算开销很大2、接触算法Lagrange乘子法可能产生扰动:如果不允许穿透(左图),接触状态可能是打开的也可能是关闭的，这使得接触点的状态不确定而导致收敛困难。如果允许有较小的穿透（右图）或者拉力（图中没有显示）存在，会使得程序收敛更加容易。2、接触算法上面讨论的选项都是针对法向的。如果定义了摩擦和绑定接触，那么在切线方向：和穿透类似，如果两物体“粘”在一起的话，那么两物体不应该有相对滑动对于罚函数法,切向接触刚度和滑移距离有类似的参数定义:

理想状态下xsliding＝0,但允许罚函数法中有较小的滑动切向接触压力作为自由度考虑时，也可以采用Lagrange乘子法.3、接触设置4、接触算例AdvancedContactFastenersTrainingManualF目标面接触面当不使用接触协调时发生穿透.F对于算法（5），只能插入命令流：KEYOPT,CID,2,4，F?x罚函数法:增强的Lagrange法:F关闭打开间隙穿透接触状态Lagrange乘子法关闭打开间隙穿透接触状态罚函数法穿透粘合时：-1.5e-2厚度为1e-3