接触分析02-基本属性设置.ppt

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1、接触属性基本选项设置第二章本章我们将讨论以下话题:算法法向罚刚度及其校正策略穿透容差Pinball区域表面行为接触探测这些选项对除点－点接触外所有的接触单元类型都适用.点－点接触的单元的设置和分析过程较特殊，将在单独的章节中讨论.接触属性－基本选项…章节预览ANSYS如何保持接触面的协调?现实接触物体并不产生互相穿透。因此，程序必须协调两接触面以避免其有限元模型互相穿透。当程序阻止互相穿透时,我们称之为强制性接触协调.ANSYS提供几种不同的算法来实现接触面间的协调.F目标面接触面当不使用接触协调时发生穿

2、透.F接触属性－基本选项A.算法接触属性－基本选项…算法罚函数法或增强Lagrange法:上述两方法都基于罚函数方程: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x满足方程:F=kx接触刚度(k)越大,接触表面的侵入越少.然而,若该值太大,会导致收敛困难.Fx接触属性－基本选项…算法当两物体分开时接触刚度是不被激活的.一般情况下，穿透越小结果越准确.罚函数法和增强的Lagrange法的主要区别在于增强型Lagrange法对接触压力的计算支持的更好增强的Lagra

3、nge法对刚度K的敏感性较小.正因为其敏感性较小，增强的Lagrange法是ANSYS中采用的缺省算法罚函数法:增强的Lagrange法:增强的Lagrange法在对接触压力进行计算时，把穿透减小至可接受程度:由于平衡改正穿透量.在修正阶段发生振荡.增大接触应力减少穿透量.接触属性－基本选项…算法接触属性－基本选项…算法另一种可选算法是Lagrange乘子法:Lagrange乘子法增加额外的自由度（接触压力）来满足接触协调.因此,接触压力直接作为额外自由度求解出来.通过压力自由度保证接触面无穿透或穿透很小不

4、需要法向接触刚度需要使用直接求解器，这会倒置求解较大模型时的计算开销很大F接触属性－基本选项…算法Lagrange乘子法可能产生扰动:如果不允许穿透(左图),接触状态可能是打开的也可能是关闭的，这使得接触点的状态不确定而导致收敛困难。如果允许有较小的穿透（右图）或者拉力（图中没有显示）存在，会使得程序收敛更加容易。关闭打开间隙穿透接触状态Lagrange乘子法关闭打开间隙穿透接触状态罚函数法穿透接触属性－基本选项…算法MPC接触算法专门针对特殊的一类接触问题：MPC法(多点约束法)施加约束方程来把接触面间的

5、位移“系”在一起该方法并不基于罚函数法或Lagrange乘子法.不需要接触刚度额外的自由度并没有加入模型通过在迭代中对MPC方程不断的校正，MPC接触算法支持大变形效应接触属性－基本选项…算法上面讨论的选项都是针对法向的。如果定义了摩擦和绑定接触，那么在切线方向：和穿透类似，如果两物体“粘”在一起的话，那么两物体不应该有相对滑动对于罚函数法,切向接触刚度和滑移距离有类似的参数定义:理想状态下xsliding＝0,但允许罚函数法中有较小的滑动切向接触压力作为自由度考虑时，也可以采用Lagrange乘子法.粘合

6、时：面－面接触和点－面接触的算法可通过接触向导中属性标签下的Basic菜单定义..单元选项KEYOPT(2)对于点－点接触单元，其接触算法只能通过传统的设置单元选项KEYOPT(2)来实现.接触属性－基本选项…算法当使用Lagrange算法时,出现“允许的接触压力”选项而不是“法向罚刚度”,可根据接触面的压力激活二分法和传统的法向刚度相似,但更高的值反而减少敏感性并使得程序更容易收敛接触属性－基本选项…算法小结…ANSYS接触分析技术提供了众多算法来保证接触面上的协调:内在的优点（pros）和缺点（cons

7、）如下表所示：接触属性－基本选项…算法ANSYS使用增强型Lagrange法或罚函数法时都需使用接触刚度（FKN），产生一个小的穿透量(xpenetration>0）从而保证数值上的平衡。然而实际情况下，两接触体并不互相穿透(xp=0).接触属性－基本选项B.刚度接触“弹簧”产生一个小的变形xp,平衡方程如下:这里的kn是接触刚度.Fxp接触单元不但可以传递法向压力，而且可传递切向摩擦力.接触单元使用切向罚刚度(FKT)来确保切线方向的接触协调.切向罚刚度和法向罚刚度一样，影响收敛和求解精度.接触属性－基本

8、选项…刚度Ftangentialxs接触刚度对程序收敛和求解精度的影响最大较大的刚度可提高求解精度，但使得收敛更加困难必须谨慎定义接触刚度的大小.最适合的值和具体问题有关.缺省值适用于大多数的接触问题，但是，某些情形下程序提供的缺省值并不适合该问题.可能需要进行一些试验来取得一个即收敛又能保证求解精度的合适的刚度值.我们将简要的讨论一下确定一个合适刚度值的小技巧接触属性－基本选项…刚度作为专业分析人员，您面临以下