ANSYS Workbench接触实例培训

3-10
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
… 切向行为
Training Manual
• 前面所提到的选项是针对法向接触的. 如果定义了“friction” 或 “rough/bonded”
... 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
normal penetration
增强拉格朗日法:
F k x normal
normal penetration
• 因为额外因子 , 增强的 Lagrange 方法对于罚刚度knormal 的值变得
不敏感
3-6
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
第三章 接触简介
Workbench – Mechanical 结构非线性
3-1
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
章节概述
Training Manual
• 本章介绍实体接触: – 假定用户在这章前已掌握第2章非线性结构.
• 介绍的具体课题是:
– 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
积分点探测
节点探测
3-9
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
Βιβλιοθήκη Baidu
Training Manual
• 另外可利用方法是拉格朗日乘子公式:
– 增强拉格朗日方法增加了额外的自由度(接触压力)来满足接触协调性. 因此, 接
触力 (接触压力) 作为一额外自由度直接求解，而不通过接触刚度和穿透计算得
到。
Fnormal DOF
• 此方法可以得到0或接近0的穿透量 • 不需要压力自由度法向接触刚度（零弹性滑动） • 需要直接求解器，这要消耗更多的计算代价
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加大了 接触力（压力）的计算 :
罚函数法 :
F k x normal
3-3
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 基本概念
Training Manual
接触区域如何计算:
• 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.
– 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.
Contact
F
当接触协调性不被强制时会发生渗透.
Target
F
3-4
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
B. 接触公式
• 对非线性实体表接触, 可使用罚函数或增强拉格朗日公式:
A. 基本概念
Training Manual
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:
– 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.
• 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part之间是 接触或分离.
– 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.
Contact Status Open
Penetration
Gap
Contact Status Open
Penetration
Gap
Closed 法向拉格朗日法
Closed
Penetration
罚函数法
3-8
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)
F
3-7
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
Training Manual
• 使用Normal Lagrange方法会出现接触扰动
– 如果不允许渗透 (左图), 在Gap为0处，无法判断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中间来 回振荡，这就称为接触扰动（chattering）
A. 接触基本概念 B. 接触公式 C. 刚度和渗透 D. 作业3A E. Pinball 区域 F. 对称与反对称 G. 接触结果后处理 H. 作业 3B
• 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
– 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。