Ansys接觸分析

2013-08-14 by:Ansys接觸分析教學中心來源:機械培訓中心

Ansys接觸分析

當兩個分離的表面互相碰觸并共切時,就稱它們牌接觸狀態(tài)。在一般的物理意義中,牌接觸狀態(tài)的表面有下列特點:
1、  不互相滲透;
2、  能夠互相傳遞法向壓力和切向摩擦力;
3、  通常不傳遞法向拉力。
接觸分類:剛性體-柔性體、柔性體-柔性體
實際接觸體相互不穿透,因此,程序必須在這兩個面間建立一種關(guān)系,防止它們在有限元分析中相互穿過。
――罰函數(shù)法。接觸剛度
――lagrange乘子法,增加一個附加自由度(接觸壓力),來滿足不穿透條件
――將罰函數(shù)法和lagrange乘子法結(jié)合起來,稱之為增廣lagrange法。
三種接觸單元:節(jié)點對節(jié)點、節(jié)點對面、面對面。
接觸單元的實常數(shù)和單元選項設(shè)置:
FKN:法向接觸剛度。這個值應(yīng)該足夠大,使接觸穿透量小;同時也應(yīng)該足夠小,使問題沒有病態(tài)矩陣。FKN值通常在0.1~10之間,對于體積變形問題,用值1.0(默認),對彎曲問題,用值0.1。
FTOLN:最大穿透容差。穿透超過此值將嘗試新的迭代。這是一個與接觸單元下面的實體單元深度(h)相乘的比例系數(shù),缺省為0.1。此值太小,會引起收斂困難。
ICONT:初始接觸調(diào)整帶。它能用于圍繞目標面給出一個“調(diào)整帶”,調(diào)整帶內(nèi)任何接觸點都被移到目標面上;如果不給出ICONT值,ANSYS根據(jù)模型的大小提供一個較小的默認值(<0.03=
PINB:指定近區(qū)域接觸范圍(球形區(qū))。當目標單元進入pinball區(qū)時,認為它處于近區(qū)域接觸,pinball區(qū)是圍繞接觸單元接觸檢測點的圓(二維)或球(三維)?？梢杂脤嵆?shù)PINB調(diào)整球形區(qū)(此方法用于初始穿透大的問題是必要的)
PMIN和PMAX:初始容許穿透容差。這兩個參數(shù)指定初始穿透范圍,ANSYS把整個目標面(連同變形體)移到到由PMIN和PMAX指定的穿透范圍內(nèi),而使其成為閉合接觸的初始狀態(tài)。初始調(diào)整是一個迭代過程,ANSYS最多使用20個迭代步把目標面調(diào)整到PMIN和PMAX范圍內(nèi),如果無法完成,給出警告,可能需要修改幾何模型。
TAUMAX:接觸面的最大等效剪應(yīng)力。給出這個參數(shù)在于,不管接觸壓力值多大,只要等效剪應(yīng)力達到最大值TAUMAX,就會發(fā)生滑動。該剪應(yīng)力極限值通常用于接觸壓力會變得非常大的情況。
CNOF:指定接觸面偏移。+CNOF增加過盈、-CNOF減少過盈或產(chǎn)生間隙、CNOF能與幾何穿透組合應(yīng)用。
FKOP:接觸張開彈簧剛度。針對不分離或綁定接觸模型,需要設(shè)置實常數(shù)FKOP,該常數(shù)為張開接觸提供了一個剛度值。FKOP阻止接觸面的分離;FKOP默認為1.0,用于建立粘結(jié)模型,用一個較小值(1e-5)去建立軟彈簧模型。
FKT:切向接觸剛度。作為初值,可以采用-FKT=0.01*FKN,這是大多數(shù)ANSYS接觸單元的缺省值。
COHE:粘滯力。即沒有法向壓力時開始滑動的摩擦應(yīng)力值。
FACT,DC:定義摩擦系數(shù)變化規(guī)律
MU=MUK*(1+(FACT-1)EXP(-DC*vtfs/deltaT))
式中: MUK=動摩擦系數(shù)(用戶自己定義)
FACT=MUS/MUK(用戶自己定義)
MUS=靜摩擦系數(shù)
DC=衰減系數(shù)(用戶自己定義)
Vtfs/deltaT=表面間的相對速度
注意:動摩擦系數(shù)由被指定為材料屬性(MU),由MP命令或GUI定義。缺省值:FACT=1,MUS=MUK=0,DC=0

Keyopt的介紹,以Target170,Conta173為例:
首先介紹170的Keyopt
KEYOPT(3):定義接觸行為
KEYOPT(1):單元階數(shù)(是否含有中節(jié)點)
KEYOPT(1)=0:低階單元(不含中節(jié)點)
KEYOPT(1)=1:高階單元(含中節(jié)點)
KEYOPT(2):剛體目標面約束條件
=0時,自動約束選項,每一個載荷步的末尾,程序內(nèi)部將是性面重新設(shè)置約束。
滿足以下條件,剛性面則缺省為自動約束
沒有明確定義邊界條件;
目標面與其它單元沒有聯(lián)系;
沒有定義耦合或約束方程。
=1時,用戶定義選項。
Conta173的Keyopt:
KEYOPT(1):自由度選項。=0時,結(jié)構(gòu):UX,UY,和UZ;=1時,結(jié)構(gòu)和熱;=2時,TEMP(用于純熱接觸問題)
KEYOPT(2):選擇接觸算法。=0時,增廣的拉格朗日法(缺省選項),推薦于一般應(yīng)用,它對罰剛度不太敏感,但是也要求給出一個穿透容差。=1時,罰函數(shù)法。它推薦應(yīng)用于單元非常扭曲、大摩擦系數(shù)和用增廣的拉格朗日法收斂行為不好的問題。
KEYOPT(4):選擇接觸檢查點。=0時,高斯點(缺省選項,推薦);=1時,節(jié)點;ANSYS面對面單元默認用高斯積分點作為接觸檢查點。
KEYOPT(5):自動CNOF調(diào)整。允許ANSYS基于初始狀態(tài)自動給定CNOF值――導(dǎo)致“剛好接觸”配置。=0時,不進行自動調(diào)整;=1時,閉合間隙;=2時,減小穿透;=3時,閉合間隙/減小穿透。
KEYOPT(7):時間步控制選項。(只有在Solution Control中打開基于接觸狀態(tài)變化的時間步預(yù)測,此選項才起作用。Solution>Unabridged Menu>Load Step Opts>Solution Ctrl
   =0時,不控制,不影響自動時間步長。對靜力問題自動時間步打開時此選項一般是足夠的。
=1時,自動二分,如果接觸狀態(tài)變化明顯,時間步長將二分,對于動力問題自動二分通常是足夠的;
=2時,合理值。比自動細分更耗時的算法;
=3時,最小值。此選項為下一子步預(yù)測最小時間增量(很耗機時,不推薦)。
KEYOPT(8):防止偽接觸選項。=0時,不防止;=1時,檢測并忽略偽接觸。
KEYOPT(9):初始穿透間隙控制。=0時,包括幾何穿透/間隙和CNOF;=1時,忽略幾何穿透/間隙和CNOF;=2時,包括幾何穿透/間隙和CNOF,且在第一個載荷步中漸變;=3時,忽略幾何穿透/間隙,包括CNOF;=4時,忽略幾何穿透/間隙,包括CNOF,且在第一個載荷步中漸變。
KEYOPT(10):接觸剛度更新控制。=0,閉合狀態(tài)的接觸剛度不進行任何更新;=1,每一載荷步更新閉合狀態(tài)的接觸剛度(FKN或FKT,由用戶指定);=2,與=1同,此外,在每一子步,程序自動更新接觸剛度(根據(jù)變形后下伏單元的剛度)。
KEYOPT(11):殼、梁單元厚度影響。
如果已經(jīng)創(chuàng)建了一個梁或殼單元模型,接觸表面能夠偏置,用于考慮梁或殼的厚度。=0,在中面接觸(默認);=1,在指定表面的頂部或底部。
注意:當用SHELL181單元時,由于大應(yīng)變變形引起的厚度改變也被考慮。
KEYOPT(12):創(chuàng)立不同的接觸表面相互作用模型。
=0,標準的接觸行為,張開時法向壓力為0;
=1,粗糙接觸行為,不發(fā)生滑動(類似無限摩擦系數(shù));
=2,不分離,允許滑動;
=3,綁定接觸,目標面和接觸面一旦接觸就粘在一起;
=4,不分離接觸(總是),初始位于pinball區(qū)域內(nèi)或已經(jīng)接觸的接觸檢查點在法向不分離;
=5,綁定接觸(總是),初始位于pinball區(qū)域內(nèi)或已經(jīng)接觸的接觸檢查點總是與目標面綁定在一起;
=6,綁定接觸(初始接觸),只在初始接觸的地方采用綁定,初始張開的地方保持張開。

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