Ansys WB官方培训教程_1.5_Contact接触设置模块.pdf

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1、第三章接触简介Workbench–Mechanical结构非线性3-1WorkbenchMechanical-IntroductiontoContact章节概述TrainingManual•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:A.接触基本概念B.接触公式C.刚度和渗透D.作业3AE.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ANSYSStructural或以上的license3-2WorkbenchMechanical-IntroductiontoContact

2、A.基本概念TrainingManual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.3-3WorkbenchMechanical-IntroductiontoContact...基本概念TrainingManual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

3、透,称为强制接触协调性.–WorkbenchMechanicalWorkbenchMechanical提供几种不同接触公式来在接触界面强制协调性.F当接触协调性不被强制时会发生渗透.TargetFContact3-4WorkbenchMechanical-IntroductiontoContactB.接触公式TrainingManual•对非线性实体表接触,可使用罚函数或增强拉格朗日公式:–两种方法都是基于罚函数方程:F=kxnormalnormalpenetration–这里对于一个有限的接触力F,存在一个接触刚度的k的概念，接触刚normalnor

4、mal度越高，穿透量x越小，如下图所示penetration–对于理想无限大的k,零穿透.但对于罚函数法，这在数值计算中是不可能normal，但是只要x足够小或可忽略，求解的结果就是精确的。penetrationFnxp3-5WorkbenchMechanical-IntroductiontoContact...接触公式TrainingManual•PurePenalty和AugmentedLagrange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=kxnormalnormalpenetration增强拉格朗日法:F=kx+λnorma

5、lnormalpenetration•因为额外因子λ,增强的Lagrange方法对于罚刚度k的值变得normal不敏感3-6WorkbenchMechanical-IntroductiontoContact...接触公式TrainingManual•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。F=DOFnormal•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

6、更多的计算代价F3-7WorkbenchMechanical-IntroductiontoContact...接触公式TrainingManual•使用NormalLagrange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/l/closedd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.ContactStatusContactStatusOpenOp

7、enPenetrationGapPenetrationGapClosedClosedPenetration法向拉格朗日法罚函数法3-8WorkbenchMechanical-IntroductiontoContact...接触公式TrainingManual•另外值得一提的是算法不同，接触探测不同:–PurePenalty和AugmentedLagrange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)–NormalLagrange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

8、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