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1、第七章接触介绍7.接触介绍什么是接触?当两个分离的表面互相碰触并互切时,就称它们处于接触状态.在一般的物理意义中,处于接触状态的表面有下列特点:不互相穿透.能够传递法向压力和切向摩擦力.通常不传递法向拉力.因此,它们相互间可以自由地分开并远离.…接触介绍本章将通过以下主题介绍非线性接触分析:A.基本概念B.利用接触向导C.求解D.后处理E.练习F.装配接触目的是通过“简单”(容易收敛)模型,介绍接触分析过程.另外,用于处理难度更大的模型的高级接触分析,在高级接触和螺栓预紧培训手册中讨论.接触介绍A.基本概念接触是状态改变非线性.也就是说,系统的刚度依赖于接触状态:状态=开状态=闭合和粘结状态=
2、闭合和滑动接触介绍...基本概念接触是强非线性,因为随着接触状态的改变,接触表面的法向和切向刚度都有显著的变化.刚度方面大的突变通常会导致严重的收敛困难.uF开接触闭接触接触介绍...基本概念其它使接触分析复杂化的因素包括:典型地,在分析开始时,接触区域未知.大多数接触问题包括摩擦.摩擦是路径相关的(能量耗散)现象,需要用较小的时间步和精确的载荷历史.摩擦响应可能是混沌的,使求解收敛困难.除了和其他部件接触,部件可能是无约束的.在建立接触之前,这样的部件初始为无约束自由体,整体刚度为零.静态分析中,无约束自由体在数学上是不稳定的,求解“溢出”.接触介绍...基本概念幸好,目前的ANSYS接触技
3、术能够相当容易地分析类型广泛的接触模型.许多模型只需很少的用户参与就能成功地求解.对于那些显示出收敛行为比较困难的模型,有丰富的接触单元选项来帮助克服这样的困难.在高级接触和螺栓预紧培训手册中讨论了这些更高级的内容.接触介绍...基本概念接触分类接触问题通常分为两类:刚性体-柔性体和柔性体-柔性体.刚性体-柔性体一个或更多的接触表面看作刚性体(一个表面与其它表面相比,刚度显然要大得多.).许多金属成形问题可归为此类.不计算刚性体内的应力柔性体-柔性体两个或所有的接触体都可变形(所有表面的刚度相近).螺栓结合凸缘连接就是柔性体-柔性体接触的例子.接触介绍...基本概念刚性体-柔性体接触刚性表面变
4、形体接触介绍...基本概念柔性体-柔性体接触花键轴过盈配合,两个零件都是柔体.接触介绍...基本概念接触协调实际接触体相互不穿透.因此,程序必须在这两个面间建立一种关系,防止它们在有限元分析中相互穿过.当程序防止相互穿透时,称之为强制接触协调.F目标面接触面当没有强制接触协调时,发生穿透.F接触介绍...基本概念接触协调–罚函数法强制接触协调的罚函数法,用一个接触“弹簧”在两个面间建立关系.弹簧刚度称为惩罚参数,或者更通俗一点,就是接触刚度.当面分开时(开状态),弹簧不起作用；当面开始穿透时(闭合),弹簧起作用.弹簧偏移量满足平衡方程:F=k式中k是接触刚度.FD接触介绍...基本概念…接
5、触协调–罚函数法数学上要求有限的穿透量D在交界面处产生接触力.平衡需要此接触力.因此,为了平衡,D必须大于零.然而,实际的接触体相互不穿透.因此,为了最高的精度,目的是使发生在接触界面处的穿透量最小.最小的穿透给出最大的精度.这意味着,理想的接触刚度应该是个非常大的值.然而,值太大会引起收敛困难.接触介绍...基本概念如果接触刚度太大,一个微小的穿透将会产生一个过大的接触力,在下一次迭代中可能会将接触面推开.用太大的接触刚度通常会导致收敛振荡,并且常会发散.迭代n迭代n+1FFF接触F迭代n+2接触介绍...基本概念接触协调–lagrange乘子法另外一种方法,lagrange乘子法,增加一个
6、附加自由度(接触压力),来满足不可穿透条件.F接触介绍...基本概念接触协调–增广lagrange法多数ANSYS接触单元可以将罚函数法和lagrange乘子法结合起来强制接触协调.称之为增广lagrange法.在迭代的开始,接触协调基于惩罚刚度确定.一旦达到平衡,检查穿透容差.此时,如果有必要,接触压力增加,迭代继续.F穿透容差接触介绍...基本概念…接触协调–增广lagrange法由于平衡,矫正穿透量.在矫正阶段发生振荡.增大接触应力,减少穿透量.接触介绍...基本概念面-面接触单元ANSYS中最常用的接触单元是面-面单元.Targe169和170刚性或可变形的目标面Conta171到17
7、4可变形的接触面这些单元非常适合面-面接触的情况,如过盈装配接触,啮合接触,锻造和深拉.接触介绍...基本概念…面-面接触单元这些接触单元采用接触对概念,接触对由目标面和接触面组成.面-面接触单元象皮肤一样覆盖在下面的有限元模型上.用独立的单元类型定义目标面和接触面.接触对通过共用实常数组来识别.接触面上的接触单元(实常数=N)目标面上的目标单元(实常数=N)接触介绍...基本概念…面-面接触单元
