ANSYS 接触单元分析

J
接触49单元三维节点对表面
这些单元用缺省的罚函数法作为接触协调条件. 作为一个选项,可以 使用综合的罚函数和拉格朗日乘子.
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8-18
节点对表面接触单元
• 节点对表面接触单元典型用于建立点对面接触应用模型, 如两个梁接 触 (在梁的末端)和锁扣配合的角部.
• 如果两个表面的节点一一对应, 相对滑动变形量可以忽略, 并且两表 面的挠度(转动量)较小, 那么这些单元还能用于模拟面对面接触问题 . 过盈配合问题是面对面接触问题的一个例子. 如果满足上述条件, 则此问题用间隙单元是足够的.
• 注意点对点接触只能用于低次单元.
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F
不施加接触协调条件时发生侵入
F
接触
目标
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8-8
接触协调条件
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 满足方程: F=k
Байду номын сангаас
F
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
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8-5
刚体表面 变形体
刚体对柔体接触
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8-6
柔体对柔体接触
花键轴过盈配合, 两个零件 都是柔体.
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8-7
接触协调条件
为了阻止接触表面相互穿过, 这两个表面间必须建立一个关系. 否 则这两个表面将相互穿过.
关于接触12单元和接触52单元选项和实常数的详细叙述, 请参看 ANSYS单元手册(ANSYS Elements Reference )第四章.
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8-17
节点对表面接触单元
节点对表面接触单元: M
K
J I
接触48单元 - 二维节点对表面
L
K
I
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8-16
补充信息:
节点对节点接触过程
接触12单元由实常数THETA定向. 接触12单元能用作钩子或间 隙, 而接触52单元只能用作间隙 (注意通过约束UZ自由度,接触 52单 元能够用于二维问题).
通过设置关键选项(4)和实常数INTF及GAP, 接触12单元和接触 52 单元都允许给出初始过盈或初始间隙.
接触12单元和接触52单元都用罚函数法施加接触协调条件. 这要求 输入一个罚刚度(在后面我们将详细讨论罚刚度的计算).
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8-14
节点对节点接触单元
• 节点对节点接触单元能够用于建立点对点接触模型. 接触点始终已 知的管抖动模型是点对点接触的一个例子.
难.
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8-9
接触协调条件
还可用另外一种方法, 即拉格朗日乘子法, 增加一个附加自由度(接 触压力), 以满足不侵入条件.
F
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8-10
接触协调条件
将罚函数法和拉格朗日乘子法结合起来施加接触协调条件合称为增 强的拉格朗日法. 在迭代的开始, 接触协调条件基于惩罚刚度决定. 一旦达到平衡, 就检 查许可侵入量. 这时, 如果有必要, 接触压力增大, 继续进行迭代.
8-2
接触问题
接触问题是高度非线性的, 并且对于非线性问题的求解具有典型的挑 战意义.
接触问题提出两个重要的挑战:
在多数接触问题中接触区域是未知的. 表面与表面会突然接触或突然 不接触, 这会导致系统刚度的突然变化.
多数接触问题包括摩擦. 摩擦是与路径有关的现象, 这要求精确的加 载历史. 摩擦的响应还可能是杂乱的, 使求解难以收敛.
8-15
节点对节点接触过程
接触12单元和接触52单元既能用直接生成法创建, 也能在重合节点 处创建单元.
前处理器 -> 创建 -> 单元 -> 在重合节点 ( Preprocessor -> Create -> Elements -> At Coincid Nd)
接触12单元 应该在重合节点间创建. 然而接触52单元要求1E-6的距 离来定向单元.
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F
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许可侵入量
8-11
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增大的拉格朗日
由于平衡 改正侵入量
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增大接触应力 减少侵入量
在改正阶段 发生振荡
8-12
接触单元
ANSYS有三种类型的接触单元:
节点对节点 - 这是指接触的最终位置事先是知道的.
节点对面 - 接触区域未知, 并且允许大滑动.
面对面 -接触区域未知, 并且允许大滑动 (相对节点对面接触形式有几个优点).
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8-13
节点对节点接触单元
两个最常用的节点对节点接触单元:
J
I
I 接触12单元 - 二维间隙
J 接触52单元 - 三维间隙
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8-3
关于耦合和约束方程的注释
• 如果接触模型没有摩擦, 接触区域始终粘在一起, 并且分析是小 挠度、小转动问题, 那么可以用耦合或约束方程代替接触. 详细 信息请参看ANSYS建模和网格划分指南.
• 使用耦合或约束方程的优点是分析还是线性的.
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8-4
接触分类
接触问题一般分为两类: 刚体对柔体和柔体对柔体.
刚体对柔体: 一个或多个接触表面作为刚体(一个表面的刚度比 另一个表面的刚度要高很多). 许多金属成形问题归入此类.
柔体对柔体: 两个或所有的接触体都可变形(所有表面刚度相差 不多). 螺栓法兰连接是一个柔体对柔体接触的例子.
第八章 接触非线性
本章目标
Session Objective
本章学完后, 应能对如下功能进行描述和论证:
1. 接触协调条件 2. 刚体对柔体和柔体对柔体接触 3. 节点对节点、节点对面和面对面接触单元 4. 接触刚度 5. 接触单元处理 6. 接触向导
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