ansys workbench,非线性接触内部培训教材
Ansys16.1非线性分析官方培训教程Mechanical-Nonlin_13.0_Ch01_Overview
Release 13.0 December 2010
ANSYS Mechanical Structural Nonlinearities
Chapter Overview
•
Customer Training Material
In this chapter, an overview of the basics of nonlinear finite-element analysis (FEA) is presented:
Customer Training Material
• How does Workbench Mechanical solve for a changing stiffness?
– In a nonlinear analysis, the response cannot be predicted directly with a set of linear equations. – However, a nonlinear structure can be analyzed using an iterative series of linear approximations, with corrections. – ANSYS uses an iterative process called the Newton-Raphson Method. Each iteration is known as an equilibrium iteration.
F = Ku
– The constant K represents structural stiffness.
• A linear structure obeys this linear relationship. A common example is a simple spring:
06 ANSYS13.0 Workbench 结构非线性培训 高级接触解析
• Tolerance Type, Tolerance Value, and Tolerance
Slider: CAD 系统创建的装配体可能没有精确装配, 导致两 体间的接触区域有小的重合或间隙. 可指定接触探测容差 来解决任何的不精确 (只适用于自动接触探测).
4-7
Workbench Mechanical - Advanced Contact
– 如图所示,当前指针位置出现一圆.
图示说明用户定义的接 触探测容差值 CAD 部件间存在的 间隙
4-8
Workbench Mechanical - Advanced Contact
...自动接触探测选项
• 实体和面体间可得到的接触探测类型:
– 面/面: 不同体面间的接触 – 面/边: 不同体的面和边间的接触 – 边/边: 不同体边间的接触
4-6
Workbench Mechanical - Advanced Contact
...自动接触探测选项
Training Manual
• 接触默认设置和自动探测能力对大多接触问题有效. 然而, 可以执行这些额外 控制来放宽分析的接触范围 :
• Generate Contact on Update:若该选型设为Yes ,输入 模型(最新的)时自动创建面/面接触区域. 设置为 „No‟ 仍然 允许手动激活自动生成接触, 或手动构建接触区域.
...自动接触探测选项
Training Manual
• 优先权: 对非常大的模型,接触对的数量有时候是过剩的,特别是当允许多 种接触类型时.
• 209个部件 • 450 个对称接触对 • 115万个自由度
4-10
Workbench Mechanical - Advanced Contact
07 ANSYS13.0 Workbench 结构非线性培训 作业 摩擦接触解析
Contact
Target
WS4B-9
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 确认分析设置
– Large deflection 为 On – 两个载荷步具有不同的自动时间步定义
Workshop Supplement
WS4B-2
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
步骤:
•
Workshop Supplement
如已在前面的运行中打开了Workbench, 通过 Utility Menu>File>New…启 动新的分析
•
浏览并打开 “W4b-Oring.wbpj” 项目文件.
…作业 4B: 摩擦接触
• 求解. 多次迭代和几个二分后,求解收敛.
Workshop Supplement
WS4B-12
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 查看总变形结果. 观察O-ring几何变形结果动画
Workshop Supplement
– 检验单位是公制 (Tonne,mm,…) 系统. 如果不是, 点击… • Utility Menu=>Units=>Metric(Tonne, mm,…)
WS4B-4
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 回到项目示图区
– “Unit > Metric (mm,kg,N,s,mV,mA)”
ANSYS Workbench 结构非线性培训 作业 超弹曲线拟合课件
• 接下是在Mechanical中建立和运行有限元模 型Mechanical
• 打开 Engineering Data (高亮并双击 或点击鼠 标右键并选择Edit) 来校正材料属性.
• 检验单位是公制 (Tonne,mm,…) 系统. 如果不 是, 点击… • Utility Menu=>Units=>Metric(Tonne, mm,…)
• 载荷和边界条件 :
• 每个对称面上无摩擦支撑 • 伸长方向上施加位移载荷.
学习交流PPT
3
…作业 6A – 超弹曲线拟合
步骤:
• 启动 ANSYS Workbench. 浏览并打开 “WS6a_hyper.wbpj” 项目文件.
学习交流PPT
4
…作业 6A – 超弹曲线拟合
项目示图区应如右图所示.
作业 6A 超弹曲线拟合
Workbench- Mechanical 结构非线性
学习交流PPT
1
作业 6A – 超弹曲线拟合
• 目标
• 从实验数据用曲线拟合工具创建一个超弹性材料模型. • 分析 3d拉伸橡胶试样 • 图形显示结果
学习交流PPT
2
…作业 6A – 超弹曲线拟合
• 模型描述
• 3D 非线性材料大变形 (超弹性) • 三个对称平面 (1/8实际模型)
学习交流PPT
17
…作业 6A – 超弹曲线拟合
8. 查看拟合曲线并和第一次的结果进行对比
学习交流PPT
18
…作业 6A – 超弹曲线拟合
9. 将 Error Norm 从“Normalized Error” 改为“Absolute Error” 并再次运行曲线拟合.
ANSYSWorkbench结构非线性培训概述
... 获得非线性求解
求解器控制
• 求解器类型有‘Direct’ 和‘Iterative’.
• 这涉及到程序代码对每次Newton-Raphson 平衡迭代建立刚度矩阵的方式.
• 直接(稀疏) 求解器适用于非线性模型和非连续 单元(壳和梁).
• 迭代 (PCG) 求解器更有效(运行时间更短) ,适 合于线弹性行为的大模型.
• 默认的 ‘Program Controlled” 将基于当前 问题自动选择求解器.
... 获得非线性求解
求解器控制 (cont’d)
• 在Analysis Settings的Solver Control中,设置 “Large Deflection” = ON:
• 多次迭代后调整刚度矩阵以考虑分析过程 中几何的变化.
第一章 概述
Workbench – Mechanical 结构非线性
1-1
章节概述
• 本章介绍非线性有限元分析(FEA)基础综述 :
A. 什么是 “非线性” 行为? B. 非线性类型 C. 线性求解器的非线性求解 D. 非线性 FEA问题
• 目的是对非线性FEA特性有基本的了解.
• 这部分描述的性能通常适用于Structural或以上的license.
F K
u
F = Ku
F
Ki 3 4
2
1
u
Fi = Kiui
...获得非线性求解
…非线性求解有什么不同? • 非线性分析中有许多选项设置需要考虑.
• 载荷步控制 - 载荷步和子步 • 求解器控制 - 求解器类型 • 非线性控制 - N-R 收敛准则 • 输出控制 - 控制载荷历史中保存的数据
ANSYS非线性基础培训手册
? 对简单的“常值”载荷(zài hè)必须用多个载荷(zài hè)步 荷历史 .
载荷
L3
L4 L2
L1
LS 1
LS 2
LS 3
LS 4
t1
t2
t3
t4
“时间”
Basi
第六页,共74页。
求解(qiú jiě)
... 基本概念
Training Manual
? 理解对多个载荷(zài hè),步A分N析SYS 如何管理载荷历
请参考 附加练习 :
? W2. 自动求解控制 – 钓鱼杆
Training Manual
Basi
第二十四页,共74页。
求解(qiú jiě)
... 自动(zìdòng)求解控制
Training Manual
如果自动求解(qiú jiě)控制对所建模型不起作? 用怎么办
? 尽管自动求解控制对所有用户应用的 70%适用 , 但仍有模型不能给出收敛、有效的解 .
载荷
载荷步 2
载荷步 1
– 子步 是载荷步内由程
序定义的载荷增量 .
– 平衡迭代 是子步内获
得收敛的修正解 .
两个载荷步求解
第五页,共74页。
Training Manual
Basic
子步
“时间 ”
求解(qiú jiě)
... 基本概念
Training Manual
? ANSYS 在载荷(zài hè)步内对所有子步线性插.分载荷(zà
用到的两项 . ? 其它控制选项用于 :
– 说明几何非线性 .
– 管理非线性求解中产生的大量数据 .
– 指定采用哪个方程求解器 .
Basi
ANSYS Workbench接触实例培训
• 本章描述的性能通常适用于ANSYS Structural 或以上的license
3-2
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
Training Manual
• 另外值得一提的是算法不同,接触探测不同:
– Pure Penalty 和 Augmented Lagrange 公式使用积分点探测. 这导致更多的探 测点。(在左侧的例子中有10个)
... 接触公式
Training Manual
• 对于特定的“绑定”和“不分离”两个面间的接触类型,可用多点约束
(MPC) 算法.
– MPC 内部添加约束方程来“联结”接触面间的位移 – 这种方法不基于罚函数法或Lagrange乘子法 .它是直接处理绑定接触接触区域
相关接触面的方式。
– MPC算法支持大变形效应
– 两种方法都是基于罚函数方程:
Training Manual
F k x normal
normal penetration
– 这里对于一个有限的接触力 Fnormal, 存在一个接触刚度的knormal的概念,接触刚 度越高,穿透 量 xpenetration越小,如下图所示
– 对于理想无限大的knormal , 零穿透. 但对于罚函数法,这在数值计算中是不可能 ,但是只要xpenetration 足够小或可忽略,求解的结果就是精确的。
ANSYSWorkbench结构非线性培训一般过程PPT教学课件
... 获得非线性求解
载荷步控制 (cont’d)
• 如果没有定义 (Auto Time Stepping = Program Controlled), WBMechanical将根据模型的非线性特性自动设定.
• 如果使用缺省的自动时间步设置, 用户应通过在运行开始查看求解信息和二 分来校核这些设置.
• 非线性Байду номын сангаас析会产生响应历程
响应历程动画
响应历程曲线图
... 查看非线性结果
• 对大变形问题, 通常应从Result工具栏按实际比例缩放来查看变形 • 任何结构结果都应该被查询到, 如下所示的等效应力
模型所示是一装配例子.
... 查看非线性结果
• 如果定义了接触, 接触工具可用来对接触相关结果进行后处理 (压力, 渗透, 摩擦应力, 状态,..等)
... 建立非线性模型
• 对任何结构单元, DOF(自由度)求解Du 是对节点求解 • 应力和应变是在积分点计算.
由DOF推导而来.
Dε BDu s, e
• 例如, 可由位移确定应变 ,经:
u
• 这里 B 称为 应变-位移矩阵
• 右图所示的一 4节点四边形单元有 2x2个积分点, 红点为积分点.
感谢您的观赏!
• 另外情况, 则必须包含特殊特征:
• 特定属性的单元 (如接触单元)
• 第3,4章中讨论
• 非线性材料数据 (如塑性应力-应变数据)
• 第5,6章中讨论
• 包括克服导致收敛问题奇异性的几何特征. (如. 增加尖角的半径)
• 需要特别注意:
• 大变形下的网格控制考虑事项
... 建立非线性模型
• 对于网格, 如果预期有大应变 , 形状检查选项应改为 “Aggress ive ”
ANSYSWorkbench结构非线性培训环境设置PPT教学课件
. . . Workbench 文件管理
• 从 Workbench的 “View” 菜单激活 “Files” 选项,可显 示包含文件详细信息和位置的窗口。
. . . Workbench 文件管理
• 存档: 快速生成包含所有相关文件的单设计点压缩文件。
... WB 简介
• 状态识别: • 未执行:缺少上传数据 • 需要注意:可能需要修改或数据上级组件 • 需要刷新:上级数据发生变化,需要刷新组件(更新也能刷新) • 需要更新:数据发生变化,输出必须重新生成 • 最新的
... WB 简介
• “视图”菜单(和点击鼠标右键)允许额外的信息在WorkBench环境中显示
附录 A: Workbench
• 这个附录是供那些不熟悉Workbench 环境的学习者使用
• 内容包括:
A. Workbench 工作环境简介 B. Workbench 文件管理 C. 工作单位 D. LICENSE优先选择
A. WB 简介
• 在多数情况下, Workbench GUI 由2个部分组成(在后面会介绍其他可选部分):
. . . 许可优先选择
• 下面例子显示,用户可以同时打开3个机械模型。使用License控制,可以选择打开3 个License或共享一个License。在使用共享License时,只有激活的机械通道使用 License(其余的只读)
感谢您的观赏!
... WB 简介
• 在完成前一页的操作后,注意只有在模型及以上等级有链接 • 在这种情况下,热/结构没有耦合关系
• 注释:每个系统模块都给出一字母顺序的标号 (A, B, C, 等.).
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培训QQ群: 311735634培训费用:500,10月30日前缴费的,优惠50,仅收450.支付方式:支付宝或网上银行转账培训软件:ANSYS15.0,ANSYS Workbench环境培训时间:11月4日,每天晚上19:30到21:30,持续9天课程特点:原理+操作+实例+工程经验+技巧,重点是讲解如何处理接触分析常见不收敛的问题。
第1天课程1.接触分析综述1.1概述1.2接触分析典型应用1.3接触类型1.4接触分析基本过程;1.5接触分析中的实常数与关键字简介1.6范例:球体-平面赫兹接触第2天课程2.接触基本设置选项2.1接触算法2.2接触刚度2.3穿透容差2.4 Pinball区域2.5接触作用方式2.6初始接触状态判断与调整2.7工程实例工程实例1:液压阀结构的接触有限元分析工程实例2:过盈配合结构有限元分析第3天课程3.非线性方程求解方法3.1非线性方程求解方法3.2非线性收敛准则3.3预测器3.4自适应下降3.5线性搜索3.6弧长法3.7 工程实例:非线性屈曲接触有限元计算第4天课程4.摩擦接触4.1摩擦模型;4.2摩擦参数;4.3自定义摩擦系数;4.4切向法刚度;4.5切向滑动容差4.6摩擦生热4.7工程实例工程实例1:齿轮接触的摩擦有限元计算工程实例2:轮胎地面滚动摩擦接触有限元计算第5天课程5.接触分析插入的命令流5.1 接触单元关键字插入的命令5.2 接触单元实常数插入的命令5.3 接触模型插入的命令5.4 工程实例工程实例1:圆柱转动摩擦生热有限元分析工程实例2:界面开裂失效有限元分析第6天课程6.接触分析后处理6.1 接触工具6.2 联合ANSYS经典版进行后处理6.3 接触分析后处理可查看的选项6.4 判断接触分析精度的方法6.5 接触单元的单元表6.7工程实例:双耳结构接触有限元分析第7天课程7.接触分析高级功能7.1刚-柔接触7.2实体-壳体的连接7.3螺栓预紧连接7.4点焊结构分析7.5接触裁剪7.6对称与非对称接触7.7稳态阻尼系数7.8壳体接触厚度效应7.9接触时间步控制7.10工程实例工程实例1:点焊连接结构有限元分析工程实例2:薄壁冲压接触有限元分析工程实例3:轮盘轮毂螺栓预紧连接接触有限元计算第8天课程8.热接触分析8.1热接触行为与接触状态8.2接触热传导8.3工程实例:多材料接触导热有限元计算。
ANSYS接触非线性的原理培训及技巧分析
•
对于有限元法,类似的得到:
⎡K ⎢K ⎣ ab
– –
K ab ⎤ ⎧a ⎫ ⎧ p ⎫ ⎥ ⎨b ⎬ = ⎨Q ⎬ 0 ⎦⎩ ⎭ ⎩ ⎭
因此,总刚度阵存在0对角元素,无法用快速求解算法——(PCG) 增加了自由度数和方程阶数——一个接触单元(或一个高斯点)多一个λ自由度?
© 2005 ANSYS, Inc.
接触非线性的原理培训及技巧分析
孟志华 2005年7月12日
© 2005 ANSYS, Inc.
1
ANSYS, Inc. Proprietary
© 2005 ANSYS, Inc.
2
ANSYS, Inc. Proprietary
接触非线性算法原理——约束变分原理
• • • • 一般的自然变分原理,位移函数事先已经且必须满足边界条件( 附加条件),并将边界条件代入刚度阵消除矩阵奇异性。 接触非线性,边界条件事先未知,无法直接使用自然变分原理 约束变分原理更为广泛,不仅用于接触问题,且用于板壳问题等 约束变分原理基本方法——将位移函数应事先满足的附加条件, 引入泛函,变为无附加条件的变分原理。 – 两种方法引入附加条件,来构造修正泛函:
•具体迭代步骤:
F Fnr1
1 2
3 4
{F}
© 2005 ANSYS, Inc.
{Fnr}
7
Δu 1
u
ANSYS, Inc. Proprietary
接触非线性基本计算过程
© 2005 ANSYS, Inc.
8
ANSYS, Inc. Proprietary
接触非线性计算过程
开始增量迭代
打开
确定接触状态
© 2005 ANSYS, Inc.
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第1天课程1.接触分析综述1.1概述1.2接触分析典型应用1.3接触类型1.4接触分析基本过程;1.5接触分析中的实常数与关键字简介1.6范例:球体-平面赫兹接触第2天课程2.接触基本设置选项2.1接触算法2.2接触刚度2.3穿透容差2.4 Pinball区域2.5接触作用方式2.6初始接触状态判断与调整2.7工程实例工程实例1:液压阀结构的接触有限元分析工程实例2:过盈配合结构有限元分析第3天课程3.非线性方程求解方法3.1非线性方程求解方法3.2非线性收敛准则3.3预测器3.4自适应下降3.5线性搜索3.6弧长法3.7 工程实例:非线性屈曲接触有限元计算第4天课程4.摩擦接触4.1摩擦模型;4.2摩擦参数;4.3自定义摩擦系数;4.4切向法刚度;4.5切向滑动容差4.6摩擦生热4.7工程实例工程实例1:齿轮接触的摩擦有限元计算工程实例2:轮胎地面滚动摩擦接触有限元计算第5天课程5.接触分析插入的命令流5.1 接触单元关键字插入的命令5.2 接触单元实常数插入的命令5.3 接触模型插入的命令5.4 工程实例工程实例1:圆柱转动摩擦生热有限元分析工程实例2:界面开裂失效有限元分析第6天课程6.接触分析后处理6.1 接触工具6.2 联合ANSYS经典版进行后处理6.3 接触分析后处理可查看的选项6.4 判断接触分析精度的方法6.5 接触单元的单元表6.7工程实例:双耳结构接触有限元分析第7天课程7.接触分析高级功能7.1刚-柔接触7.2实体-壳体的连接7.3螺栓预紧连接7.4点焊结构分析7.5接触裁剪7.6对称与非对称接触7.7稳态阻尼系数7.8壳体接触厚度效应7.9接触时间步控制7.10工程实例工程实例1:点焊连接结构有限元分析工程实例2:薄壁冲压接触有限元分析工程实例3:轮盘轮毂螺栓预紧连接接触有限元计算第8天课程8.热接触分析8.1热接触行为与接触状态8.2接触热传导8.3工程实例:多材料接触导热有限元计算。
ANSYS Workbench 结构非线性培训 作业 接触界面处理
WS4A-13
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4A: 接触界面处理
• 高亮显示Solution Branch
– 右击 > Insert > Contact Tool…
• 高亮显示最新插入的 Contact Tool
• 高亮显示最新插入的Contact Tool 中的初始 信息
– 右击> Generate Initial Contact Results
• 应产生如下表定义的接触区域的初始件:
Workshop Supplement
WS4A-11
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
• 校正三个预定义接触区域的初始条件
– 高亮显示 Connections – 右击> Insert >Contact Tool
Workshop Supplement
WS4A-10
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4A: 接触界面处理
纹细节没有建模) 的绑定接触
Workshop Supplement
WS4A-3
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4A: 接触界面处理
模型描述 (绪) • 热边界:
A. 热歧管 @ 220C B. 冷歧管板 @50C C. 喷嘴尖端带状加热器 @ 80 Watts
…作业 4A: 接触界面处理
Workshop Supplement
08ANSYS13.0Workbench结构非线性培训超弹性讲解
6-10
Workbench Mechanical - Hyperelasticity
...应变势能的定义
Training Manual
• 由于材料的不可压缩性, 把应变能函数分解为偏差项(下标d 或‘bar’ ) 和体积项(下标b),结果, 体积项仅为体积比J 的函数。
W Wd I1, I2 Wb J W Wd l1,l2,l3 Wb J
第六章 超弹性
Workbench – Mechanical 结构非线性
6-1
Workbench Mechanical - Hyperelasticity
超弹性章节综述
• 本章包含以下内容:
– 高弹体背景 – 超弹性理论 – 曲线拟合过程 – 查看结果
Training Manual
• 本章节描述的能力适用于ANSYS Structural及以上的 licenses.
... 体积比定义
• 体积比J定义为
J
l1l2l3
V Vo
如上所示, J 看作是材料变形后体积与未变形体积的比.
• 在热膨胀情况下, 热体积变形为
Jth 1 eth 3
Training Manual
• 弹性体积变形与总的体积变形和热体积变形的关系如下:
J el
J
J total Jth
6-9
Workbench Mechanical - Hyperelasticity
... 应变势能的定义
• 应变势能 (或应变能函数)通常表示为W
– 应变势能或者是主延伸率的直接函数,或者是应变不变量的函数
Training Manual
W W I1, I2, I3
or
W W l1,l2 ,l3
ANSYSWorkbench结构非线性培训超弹性学习课程
Unextended chain
Extended chain Schematic of single molecular chain. In network, these chains are randomly oriented and often have crosslinks.
l
L Lo
Lo u Lo
1eE
• 上述为一个定义橡胶试样单轴拉伸的延伸率的例子, 式中eE 为工程应变。有三个主 延伸率l1, l2, 和 l3, 它们用来度量变形,也用于定义应变势能。
第5页/共35页
第五页,编辑于星期五:十点 二十一分。
...延伸率定义
• 举例说明主延伸率的定义, 考虑一个薄正方形橡胶薄板进行双向拉伸,主延伸率 l1 和 l2 描述了平面内变形特征,另一方面, l3 定义厚度变化 (t/to),另外, 若材料假设
第一应变不变量现象模型
2-term M-R
第一第二应变不变量现象模型
3-term Yeoh
第一应变不变量现象模型
Neo-Hookean
第一应变不变量现象模型
基于应变不变量的近似/完全不可压缩现象超弹性模型.
.
第14页/共35页
第十四页,编辑于星期五:十点 二十一分。
... W的特殊形式
• 根据所选择的应变能函数W, 材料常数数目不同. • 选择依赖于:
第9页/共35页
第九页,编辑于星期五:十点 二十一分。
...应变势能的定义
• 由于材料的不可压缩性, 把应变能函数分解为偏差项(下标d 或‘bar’ )和体积项 (下标b),结果, 体积项仅为体积比J 的函数。
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• “法向刚度” 是之前解释的接触罚刚度knormal, 只用于 “Pure Penalty” y 或 “Augmented g Lagrange” g g
Fn
xp
3-5
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
Training Manual
• Pure Penalty 和Augmented Lagrange 方法的区别就是后者增加了 接触力(压力)的计算 :
罚函数法 : 增强拉格朗日法:
Good convergence May require additional + behavior (few - equilibrium iterations if equilibrium iterations) penetration is too large Sensitive to selection of Less sensitive to - normal contact stiffness selection of normal contact stiffness Contact penetration is Contact penetration is - present and present but controlled to uncontrolled some degree Useful for any type of Useful for any type of + + contact behavior contact behavior Either Iterative or Direct Either Iterative or Direct + + Solvers can be used Solvers can be used Symmetric or Symmetric or + asymmetric contact + asymmetric contact a ailable available a ailable available Contact detection at Contact detection at + + integration points integration points
– 一些例如对称接触或接触探测的主题稍后介绍
3-13
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
C. 接触刚度和渗透
Training Manual
• 尽管Workbench-Mechanical 默认为“Pure Penalty”, 但在大变 形问题的无摩擦或摩擦接触中建议使用“Augmented Lagrange”.
Contact Status Open p
Contact Status Open p
Penetration
Gap
Penetration
Gap
Closed 法向拉格朗日法
3-8
Closed 罚函数法
Penetration
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
Fnormal k normal x penetration
– 这里对于 这里对于一个有限的接触力 个有限的接触力 Fnormal, 存在一个接触刚度的 存在 个接触刚度的knormal的概念,接触刚 的概念 接触刚 度越高,穿透 量 xpenetration越小,如下图所示 – 对于理想无限大的knormal , 零 零穿透. 这对于基于罚函数方法没有可能,但是只要 xpenetration 足够小或可忽略,求解的结果就是精确的。
Training Manu能通常适用于ANSYS Structural 或以上的license
3-2
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
A. 基本概念
接触:
• 两独立表面相互接触并相切,则称之为接触. • 一般物理意义上, 接触的表面包含如下特性:
Fnormal k normal x penetration
Fnormal k normal x penetration
• 因为额外因子 , 增强的 Lagrange 方法对于接触刚度knormal 的大小 变得不敏感
3-6
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
… 接触公式总结
• Workbench Mechanical接触公式总结见下表:
Normal Tangential Stiffness Penalty Penalty MPC Penalty Yes Yes Tangential Stiffness Type Yes 1 Yes 1 Yes 1 Any Any Bonded,No Separation Any
Pure Penalty Augmented Lagrange Normal Lagrange
May require additional - equilibrium iterations if chattering is present No normal contact + stiffness is required Usually, penetration is + near-zero + Useful for any type of contact behavior O Only Direct Solver S can be used Asymmetric contact only Contact detection at nodes
积分点探测
节点探测
3-9
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
Training Manual
• 对于特定的“绑定”和“不分离”两个面间的接触类型,可用多点约束 (MPC) 算法.
– MPC 内部添加约束方程来“联结”接触面间的位移 – 这种方法不基于罚函数法或Lagrange乘子法 .它是直接有效的关联绑定接触面 方式。 – MPC算法基础的绑定接触也支持大变形效应
Training Manual
Formulation Augmented Lagrange Pure Penalty MPC Normal Lagrange
1
Normal Augmented Lagrange Penalty MPC Lagrange Multiplier
切向接触刚度不能由用户直接输入
如果 “粘着”:
Ftangential ktangential xsliding
这里, xsliding 在粘着时理想值为零, 尽管 penalty方法中允许少量滑动. – 不同于法向接触刚度, 切向接触刚度不能由用户直接改变.
3-11
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 基本概念
接触区域协调性:
Training Manual
• 物理上,接触体间不相互渗透. 因此, 程序必须建立两表面间的相互关系以 阻止分析中的相互穿透 止分析中的相 穿透.
– 程序阻止渗透, 称为强制接触协调性. – Workbench Mechanical提供几种不同接触公式来在接触界面强制协调性.
Fnormal DOF
F
3-7
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
• 接触扰动 出现在Normal Lagrange方法中
Training Manual
– 如果不允许渗透 (左图), 那么接触状态是开放或闭合 (如阶跃函数). 有时这导致 收敛变得更加困难 因为接触点总是在open/closed 收敛变得更加困难,因为接触点总是在 / l d中间来回振荡,这就称为接 中间来回振荡 这就称为接 触扰动(chattering) – 如果允许一个微小的渗透 (右图), 收敛变得更加容易,因为接触状态不再是一个 阶跃变化.
– 不会渗透. – 可传递法向压缩力和切向摩擦力. – 通常不传递法向拉伸力.
• 可自由分离和互相移动.
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• 接触是状态改变非线性. 也就是说, 系统刚度取决于接触状态, 即是否局部接 触或分离.
3-3
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
• 另外值得一提的是算法不同,接触探测不同:
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– Pure Penalty 和 Augmented Lagrange 公式使用积分点探测. 这导致更多的探 测点。(在左侧的例子中有10个) – Normal Lagrange 和 MPC 公式使用节点探测 (目标法向). 这导致更少的探测点。 (在右侧的例子中有6个) – 节点探测在处理边接触时会稍微好一些,但是,通过局部网格细化,积分点探 测也会达到同样的效果
第三章 接触简介
Workbench – Mechanical 结构非线性
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Workbench Mechanical - Introduction to Contact
章节概述
• • 本章介绍实体接触:
– A. B B. C. D. E. F. G. H. 假定用户在这章前已掌握第2章非线性结构. 接触基本概念 接触公式 刚度和渗透 作业3A Pinball 区域 对称与非对称 接触结果后处理 作业 3B
– “N “Normal lL Lagrange” ” 法是因为拉格朗日乘子公式用于法线方向而罚函 数 方法用于切线方向而得名的.