給我泵方面東西-2009年ansysworkbench.0-培訓(xùn)全教程chcontact

Training

Manual–本章概述在本章中將會詳細(xì)

各種高級實(shí)體接觸選項(xiàng):大多數(shù)高級選項(xiàng)只支持實(shí)體面而不支持面實(shí)體.假設(shè)用戶已經(jīng)學(xué)過第二章的內(nèi)容.本章將會覆蓋以下內(nèi)容:接觸公式(Contact

Formulations)接觸面和目標(biāo)面,對稱/非對稱行為觀察結(jié)果Pinball

區(qū)域,狀態(tài)界面處理，偏移，調(diào)整到接觸摩擦Training

Manual–接觸接觸描述:當(dāng)兩個(gè)分離的表面相互接觸、相切，就認(rèn)為是“接觸”(contact).從通常物理意義來說,相互接觸的面有以下特征:不能相互

.可傳遞法向壓力和切向摩擦力.通常不傳遞法向張力.因此，它們可以相互分離接觸是狀態(tài)改變非線性.就是說，系統(tǒng)剛度取決于接觸狀態(tài)，零件是否接觸或分離.Training

Manual–…

確保不

條件怎樣保證接觸區(qū)域的相容性:接觸實(shí)體不能

，因此，程序必須為接觸面間建立一定的關(guān)系來–

當(dāng)程序

，它們在分析過程中的相互

.就稱之為強(qiáng)迫接觸相容性–

DS

提供了幾種不同的接觸算法來保證接觸界面的相容性F目標(biāo)()接觸(Contact)當(dāng)沒有接觸相容性就會發(fā)生FTraining

Manual–…接觸算法:基于罰函數(shù)對于非線性實(shí)體接觸面,可以選用Pure

Penalty

或Augmented

Lagrange

公式:–

它們都是基于罰函數(shù)的接觸公式:這里,對一個(gè)有限的接觸力Fnormal,有一個(gè)接觸剛度knormal

的概念.接觸剛度越高,xpenetration

越少,如下圖所示理想的，對無限大的knormal,

為零。對于基于罰函數(shù)的方法，這在數(shù)字上是不可能的，但只要xpenetration

很小或可以忽略,求解結(jié)果就會很準(zhǔn)確FnxpFnormal

knormal

xpenetrationTraining

Manual–…接觸算法:基于罰函數(shù)Pure

Penalty

和Augmented

Lagrange

方法的主要區(qū)別在于后者增強(qiáng)了接觸力(壓力)的計(jì)算:因?yàn)樾录拥膮?shù)使得augmentedLagrange

法對接觸剛度的大小不敏感Pure

Penalty:Augmented

Lagrange:Fnormal

knormal

xpenetration

Fnormal

knormal

xpenetrationTraining

Manual–…接觸剛度Iteration

nIteration

n+1F發(fā)向接觸剛度十分重要，因?yàn)樗绊懢群褪諗啃?剛度越大就越精確，但會造成收斂

.如果接觸剛度太大，模型就會振動(dòng)，造成接觸面相互彈開FFcontactFIteration

n+2Training

Manual–…接觸剛度默認(rèn)的法向剛度是由DS自動(dòng)確定的。用戶也可以手工輸入特定的值用戶可以輸入默認(rèn)值“NormalStiffness

Factor”為“1.0”.因子越小接觸剛度越低.選擇接觸剛度的幾點(diǎn)建議:對以體積為主的問題:使用“ProgramControlled”或手工輸入“Normal

Stiffness

Factor”---“1”對以彎曲為主的問題，手工輸入0.01到0.1的“NormalStiffness

Factor”用戶可以設(shè)置DS在每次平衡迭代或子步中自動(dòng)更新接觸剛度.Training

Manual–…接觸剛度下面的例子顯示了接觸剛度的影響:很明顯從上表可以看出，接觸剛度因子越小，越大，但是，求解容易收斂。

“NormalLagrange”方法將在下面FormulationNormal

StiffnessMax

DeformMax

Eqv

StressMax

Contact

PressureMax

PenetrationIterationsAugmentedLagrage0.012.84E-031%26.1021%0.97936%2.70E-042AugmentedLagrage0.12.80E-030%25.8020%1.22820%3.38E-052AugmentedLagrage12.80E-030%25.6790%1.5682%4.32E-063AugmentedLagrage102.80E-030%25.7650%1.5994%4.41E-074Normal

Lagrange-2.80E-030%25.7680%1.5350%3.17E-102Training

Manual–…接觸算法:基于Lagrange乘子法另外一個(gè)可選算法為：Lagrange

multiplier

算法:–

Normal

Lagrange

算法額外增加了一個(gè)

度(接觸壓力)來滿足接觸相容性.

結(jié)果，接觸力(接觸壓力)

是著為一個(gè)

度來顯示求解而不是通過接觸剛度和

來求解接觸力.用壓力

都來強(qiáng)制零或接近零不需要法向接觸剛度(零彈性滑動(dòng))要求直接求解器。直接求解器會消耗的計(jì)算資源FFnormal

DOFTraining

Manual–…接觸顫振關(guān)閉縫隙Normal

Lagrange

Method縫隙顫振經(jīng)常發(fā)生在Normal

Lagrange

方法中如果不允許

(左),接觸狀態(tài)就只能為開或閉(就象階躍方程).

這在某些時(shí)候會造成收斂

，這是因?yàn)榻佑|點(diǎn)會在開/閉狀態(tài)間振蕩，這就是顫振如果允許輕微的

(右),就會更容易收斂因?yàn)榻佑|不在是階躍變化.接觸狀態(tài)

接觸狀態(tài)打開

打開關(guān)閉Penalty-BasedMethodTraining

Manual–…接觸算法:基于MPC對

定的綁定接觸可以使用MPC

公式.MPC,

或

多點(diǎn)約束在

增加約束方程來限制接觸面間的位移這種方法不是基于penalty或Lagrangemultiplier.

它是一種聯(lián)系綁定接觸表面的直接有效的方法.基于MPC的接觸支持大變形效應(yīng)Training

ManualANSYS

Workbench

–Simulationmpc.x_tTraining

Manual–…切向行為前面所提到的選項(xiàng)是針對法向接觸的.如果定義了“friction”或“rough/bonded”接觸,類似的情況會出現(xiàn)在切向方向.同步

條件類似，如果在切向上，兩個(gè)實(shí)體是“粘結(jié)在一起的”

，這兩個(gè)實(shí)體不應(yīng)該相互滑動(dòng)在切向總是用“penalty”算法切向接觸剛度和滑動(dòng)距離是類似的參數(shù):Ftangential

ktangential

xsliding這里，xsliding

在粘結(jié)時(shí)理想值為零,即使在基于

penalty方法中允許少量滑動(dòng).同Normal

ContactStiffness不一樣,Tangential

Contact

Stiffness

不能由用戶直接改變Training

Manual–…接觸算法總結(jié)接觸算法的總結(jié)見下表：1

接觸剛度不能由用戶直接輸入–

“Normal

Lagrange”法是因?yàn)長agrange

multiplier

公式用于法線方向而基于penalty

方法用于切線方向而得名的.FormulationNormalTangentialNormal

StiffnessTangential

StiffnessTypeAugmented

LagrangeAugmented

LagrangePenaltyYesYes1AnyPure

PenaltyPenaltyPenaltyYesYes1AnyMPCMPCMPC--Bonded

OnlyNormal

LagrangeLagrange

MultiplierPenalty-Yes1AnyTraining

Manual–…實(shí)體接觸選項(xiàng)雖然“PurePenalty”在DS中是默認(rèn)選項(xiàng),對通常的無摩擦或摩擦接觸建議使用“AugmentedLagrange”–

Augmented

Lagrange

公式通過增加額外控制來降低

,

因此常用于非線性問題?！癗ormal

Stiffness”前面介紹過多接觸剛度knormal,只用于“PurePenalty”或“Augmented

Lagrange”這是一個(gè)

因子，1.0通常用于體積變形為主的問題。對于彎曲為主的情況，在收斂

時(shí)使用小于0.1的值接觸剛度在求解過程中可以自動(dòng)調(diào)整。如果收斂，剛度會自動(dòng)降低.ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalxStructuralxMechanical/MultiphysicsxTraining

Manual–…公式比較下表總結(jié)了不同的接觸公式–

注意對稱接觸或接觸探測稍后將會介紹Pure

PenaltyAugmented

LagrangeNormal

LagrangeMPC+Good

convergencebehavior

(few

equilibriumiterations)-May

require

additionalequilibrium

iterations

ifpenetration

is

too

large-May

require

additionalequilibrium

iterations

ifchattering

is

present+Good

convergencebehavior

(few

equilibriumiterations)-Sensitive

to

selectionofnormal

contact

stiffnessLess

sensitive

toselection

of

normalcontact

stiffness+No

normal

contactstiffness

is

required+No

normal

contactstiffness

is

required-Contactpenetration

ispresent

anduncontrolledContactpenetration

ispresent

but

controlled

tosomedegree+Usually,

penetrationisnear-zero+No

penetration+Useful

for

anytype

ofcontact

behavior+Useful

for

anytype

ofcontact

behavior+Useful

for

anytype

ofcontact

behavior-Only

bonded

contactbehavioris

allowed+Either

Iterative

or

DirectSolverscan

be

used+Either

Iterative

or

DirectSolverscan

be

used-Only

Direct

Solver

canbe

used+Either

Iterative

or

DirectSolverscan

be

used+Symmetric

orasymmetric

contactavailable+Symmetric

orasymmetric

contactavailableAsymmetric

contactonlyAsymmetric

contactonly+Contactdetection

atintegration

points+Contactdetection

atintegration

pointsContactdetection

atnodesContactdetection

atnodesTraining

Manual–…公式比較向?qū)壎ń佑|，DS默認(rèn)使用Pure

Penalty

公式和剛度.因?yàn)榻佑|剛度高所以結(jié)果精確而且

很小，甚至可以忽略.對綁定接觸，MPC

公式是另一個(gè)好的選擇，因?yàn)樗性S多好的特征.對無摩擦或摩擦接觸,考慮使用Augmented

Lagrange或Normal

Lagrange

方法.由于其有

的特征和靈活

薦使用

AugmentedLagrange

方法如果用戶不想考慮法向剛度而還要求零

，可以使用Normal

Lagrange

方法.

但必須使用直接求解器(DirectSolver)

，這也許會限制模型大小Training

Manual–接觸面和目標(biāo)面指定接觸和目標(biāo)表面可能會十分重要在DS中，接觸和目標(biāo)表面都會顯示在每一個(gè)“ContactRegion,”中。接觸面以紅色表示而目標(biāo)面以藍(lán)色表示.接觸和目標(biāo)面指定了兩對相互接觸的表面.Training

Manual–…對稱/非對稱行為默認(rèn)的，ANSYS

使用對稱行為(SymmetricBehavior).這就是說，接觸面不能

目標(biāo)面同時(shí)目標(biāo)面不能

接觸面.如果用戶希望還可以使用非對稱行為(Asymmetric

Behavior)對于非對稱或自動(dòng)非對稱行為,只限制接觸面不能

目標(biāo)面在自動(dòng)非對稱行為中，接觸和目標(biāo)面對指定可以在

互換雖然表面被限制不能相互，回憶一下，當(dāng)使用基于罰函數(shù)(Penalty-based)的方法時(shí)，可能會發(fā)生小的。Training

Manual–…對稱/非對稱行為對于非對稱行為,接觸面的節(jié)點(diǎn)不能目標(biāo)面.這是需要記住的十分重要的規(guī)則。請考慮以下問題:如左圖所示，頂部紅色網(wǎng)格是接觸面的網(wǎng)格劃分。節(jié)點(diǎn)不能目標(biāo)面，所以接觸建立正確如右圖所示，底部紅色網(wǎng)格是接觸面而頂部是目標(biāo)面。因?yàn)榻佑|面節(jié)點(diǎn)不能

目標(biāo)面，會發(fā)生太多的實(shí)際

。SurfaceContact

SurfaceSurfaceContact

Surface…指定接觸和目標(biāo)面Training

Manual–事實(shí)上,

對非對稱行為，接觸面不能

目標(biāo)面而相反并不成立，這就需要正確的選擇接觸表面：如果一凸起的表面要和一平面或凹面接觸，應(yīng)該選取平面或凹面為目標(biāo)面.如果一個(gè)表面有稀疏的網(wǎng)格而另一個(gè)表面網(wǎng)格細(xì)密，則應(yīng)選擇稀疏網(wǎng)格表面為目標(biāo)面.如果一個(gè)表面比另一個(gè)表面硬，則硬表面應(yīng)為目標(biāo)面.如果一個(gè)表面為高階而另一個(gè)為低階，則低階表面應(yīng)為目標(biāo)面.如果一個(gè)表面大于另一個(gè)表面，則大的表面應(yīng)為目標(biāo)面.Training

Manual–…對稱/非對稱總結(jié)注意以下重要事項(xiàng):只有“Pure

Penalty”和“Augmented

Lagrange”公式支持對稱行為.“Normal

Lagrange”和“MPC”要求非對稱行為.方程的本質(zhì)決定了對稱行為造成了對模型在數(shù)學(xué)上的過度約束,因此，當(dāng)選擇對稱行為時(shí)使用自動(dòng)對稱行為對以下情況當(dāng)選擇非對稱行為時(shí)，用戶應(yīng)該遵循上一張PPT所介紹通用規(guī)則來選擇接觸和目標(biāo)面.Specified

OptionPure

PenaltyAugmented

LagrangeNormalLagrangeMPCBehaviorInternallyUsedSymmetric

BehaviorSymmetricSymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAsymmetricBehaviorAsymmetricAsymmetricAsymmetricAsymmetricAuto-Asymmetric

BehaviorAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricAuto-AsymmetricReviewingResultsSymmetric

BehaviorResults

on

BothResults

on

BothResults

on

EitherResults

on

EitherAsymmetricBehaviorResults

on

ContactResults

on

ContactResults

on

ContactResults

on

ContactAuto-Asymmetric

BehaviorResults

on

EitherResults

on

EitherResults

on

EitherResults

on

EitherNotesSymmetric

BehaviorEasier

to

set

upEasier

to

set

upLet

programdesignaet

program

designateAsymmetricBehaviorEfficiency

and

controlEfficiency

and

controlUser

has

controlUser

has

controlAuto-Asymmetric

BehaviorLet

programdesignaet

program

designaet

program

designaet

program

designateTraining

Manual–…觀察結(jié)果前一頁表中暗示了一個(gè)重要的觀察Contact

Tool

結(jié)果的因數(shù)對對稱行為，將報(bào)告接觸和目標(biāo)面上的結(jié)果.對任何非對稱行為，只有接觸面上的結(jié)果.當(dāng)檢查ContactTool工作表時(shí)，用戶可以選擇接觸或目標(biāo)面來觀察結(jié)果.對自動(dòng)非對稱行為，結(jié)果可以在接觸面或目標(biāo)面上對非對稱行為，目標(biāo)面上的結(jié)果為零Training

Manual–…觀察結(jié)果,例一例如，在下例中使用了對稱行為和Normal

Lagrange

公式.這導(dǎo)致了自動(dòng)非對稱行為.因?yàn)槭亲詣?dòng)的，DS也許會互換接觸和目標(biāo)面對定義.在觀察ContactTool結(jié)果時(shí)，接觸面上的結(jié)果為零而目標(biāo)面上顯示真實(shí)的接觸壓力SurfaceContact

SurfaceTraining

Manual–…觀察結(jié)果,例二在另一種情況下，使用“Augmented

Lagrange”公式和對稱行為這導(dǎo)致對稱行為，因此兩個(gè)表面不能相互

。這樣，結(jié)果將會同時(shí)在接觸和目標(biāo)面上顯示出來。這意味著真實(shí)的接觸壓力是兩個(gè)結(jié)果的平均值.SurfaceContact

SurfaceTraining

Manual–…觀察結(jié)果對稱行為:容易設(shè)置(DS中的默認(rèn)設(shè)置)計(jì)算量大.解釋諸如實(shí)際接觸壓力數(shù)據(jù)比較結(jié)果同時(shí)在兩個(gè)面上報(bào)告非對稱行為:DS

可以自動(dòng)的設(shè)置(Auto-Asymmetric)

或…用戶人工指定接觸和目標(biāo)面.選擇不正確定接觸和目標(biāo)面會影響結(jié)果.觀察結(jié)果容易而且直觀。所有數(shù)據(jù)都在接觸面上。Training

Manual–…接觸探測點(diǎn)需要注意的是，根據(jù)所用公式的不同，接觸探測也會不同：Pure

Penalty

和Augmented

Lagrange

公式使用積分點(diǎn)探測.這導(dǎo)致的探測點(diǎn)。(在左側(cè)的例子中有10個(gè))Normal

Lagrange和MPC公式使用節(jié)點(diǎn)探測

(目標(biāo)法向).這導(dǎo)致更少的探測點(diǎn)。(在右側(cè)的例子中有6個(gè))節(jié)點(diǎn)探測在處理邊接觸時(shí)會稍微好一些，但是，通過局部網(wǎng)格細(xì)化，積分點(diǎn)探測也會達(dá)到同樣的效果.Integration

Point

DetectionNodal

DetectionTraining

Manual–…接觸探測點(diǎn)對非對稱行為,由于接觸探測點(diǎn)的位置，積分點(diǎn)探測允許一些邊上的

.–

下圖圖示了這種情況:Contact

SurfaceThe can

penetratethe

contact

surface.Surface的接觸探測點(diǎn),因此，每一種接觸另外，積分點(diǎn)探測會導(dǎo)致探測方法都有它的優(yōu)缺點(diǎn)Training

Manual–Pinball

區(qū)域Pinball區(qū)域是一個(gè)非常有用的概念.有多種情況可以用到Pinball區(qū)域:為接觸計(jì)算提供高效率的運(yùn)算.在搜尋給定接觸區(qū)域可能發(fā)生接觸的單元時(shí)，Pinball

區(qū)域區(qū)分“近”和“遠(yuǎn)”開接觸.為綁定接觸確定允許縫隙的大小.如果使用MPC公式,Pinball區(qū)域也決定多少個(gè)節(jié)點(diǎn)包含在MPC

方程中.確定可以解決的初始

深度Training

Manual–…Pinball

區(qū)域Pinball

區(qū)域可以認(rèn)為是包含在接觸探測點(diǎn)周圍的球體如果一個(gè)在目標(biāo)面上的節(jié)點(diǎn)處于這個(gè)球體內(nèi)，DS就會認(rèn)為它“接近”接觸，而且會更加密切地監(jiān)視它與接觸探測點(diǎn)點(diǎn)關(guān)系(也就是說什么

時(shí)候和是否接觸已經(jīng)建立).在球體以外的目標(biāo)面上的節(jié)點(diǎn)相對定的接觸探測點(diǎn)不會受到密切監(jiān)視.如果綁定接觸的縫隙小于Pinball半徑,DS仍將會按綁定來處理那個(gè)區(qū)域Pinball

radiusTraining

Manual–…Pinball

區(qū)域默認(rèn)的，每一個(gè)接觸探測點(diǎn)接觸區(qū)域的大小由程序自動(dòng)確定.圖標(biāo)可用戶可以直接在任何接觸分支的詳細(xì)窗口中修改Pinball

半徑Pinball

球體將會在Contact

Region

上顯示出來.利用以移動(dòng)注釋ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalxStructuralxMechanical/MultiphysicsxBy

specifying

a

PinballRadius,

one

can

visuallyconfirm

whether

or

not

a

gapwill

be

ignored

in

BondedBehavior.The

Pinball

Region

c

sobe

important

in

initialinterference

problems

orlarge-deformation

problems.Training

Manual–界面處理在上一節(jié)中，對于綁定接觸，足夠大的Pinball半徑允許忽略接觸面和目標(biāo)面間的任何縫隙對于摩擦或無摩擦接觸，實(shí)體可以相互接觸或脫離接觸。因此，初始縫隙不能被自動(dòng)忽略，因?yàn)樗锌赡艽韼缀涡畔?。但是，有限元方法在靜力結(jié)構(gòu)分析時(shí)不允許有剛體移動(dòng).如果存在初始縫隙，當(dāng)施加力載荷時(shí)，可能不會建立初始接觸，一個(gè)零件可能會相對于另一個(gè)零件飛開。Training

Manual–…接觸偏移對于摩擦或無摩擦接觸為了緩解由于建模時(shí)的縫隙所造成的初始接觸建立，利用界面處理可以的偏移接觸面到一指定的位置。左邊是原始的網(wǎng)格模型.頂部的紅色網(wǎng)格是接觸面接觸面可以偏移一定的量，就象右圖中綠線所示，這將允許建立初始接觸。Training

Manual–…接觸偏移注意這種方法實(shí)際上改變了幾何形狀，因?yàn)橐粋€(gè)“硬”于實(shí)際網(wǎng)格和接觸面間.區(qū)域存在這種輕微的修改在某些情況下處于所允許的近似范圍內(nèi)，因此，這是一種不需要修改CAD幾何模型，為靜力分析建立初始接觸的有用的工具。Training

Manual–…界面處理在詳細(xì)窗口中用戶可以選擇“Adjusted

toTouch”或“AddOffset”“Adjusted

to

Touch”讓DS

決定需要多大的接觸偏移量來閉合縫隙建立初始接觸。注意，Pinball區(qū)域大小會影響這種自動(dòng)方法，因此必須保證Pinball

半徑大于最小的縫隙距離.“AddOffset”讓用戶來指定允許接觸面偏移的正負(fù)距離.正值是指關(guān)閉縫隙而負(fù)值是指打開縫隙.ANSYS

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Manual螺栓連接裝配體作業(yè)3A接觸剛度Training

Manual–目的本次作業(yè)的目的是為了研究接觸剛度對結(jié)果收斂性和精確性的影響.模型描述3D

螺栓連接裝配體-4

個(gè)零件:支架(Bracket)襯套(Bushing)螺母(Nut)–螺栓(Bolt)載荷及邊界條件:一端固支45,000

N

螺栓預(yù)緊力作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–步驟:啟動(dòng)ANSYS

Workbench.

流覽并打開“Bolted_Joint_ws03A.wbdb”項(xiàng)目文件–

這個(gè)項(xiàng)目包含了一個(gè)DM

幾何文件file

“Bolted_Joint_ws03A.agdb”和一個(gè)DS文件“Bolted_Joint_ws03A.dsdb”.選擇“Bolted_Joint_ws03A”文件進(jìn)入DS頁.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察模型內(nèi)容點(diǎn)亮結(jié)構(gòu)樹中“Geometry”和“Contact”分支中的每一項(xiàng)以熟悉模型。同樣，在每一點(diǎn)亮的項(xiàng)目的詳細(xì)窗口中觀察技術(shù)要求…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察模型內(nèi)容(續(xù)):特別注意接觸區(qū)域6，在螺栓預(yù)緊力關(guān)閉襯套和支架間的縫隙后，它將用來評估此處的壓力分布

區(qū)域6最初被設(shè)置為使用Penalty法的非對稱無摩擦接觸.請記住，這種算法取決于接觸剛度和在界面處的非常小的來產(chǎn)生的力以接觸建立后的.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察Solution

Information

分支紅色閃電

這是未完成的求解運(yùn)行.點(diǎn)亮“SolutionInformation分支然后翻頁到輸出窗口底部，就會發(fā)現(xiàn)未收斂信息…作業(yè)3A

–接觸剛度Training

Manual–觀察Solution

Information

分支(續(xù))在“Solution

Information”詳細(xì)窗口中,改變Solver

Output

為ForceConvergence.這樣就會以圖形的方式顯示收斂數(shù)據(jù).注意，在迭代過程中，力在收斂值上下震蕩。兩次對分后，第一子步收斂而第二子步發(fā)散…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察Solution

Information

分支(續(xù)):回到Solver

Output

將求解工作表翻到最后一次對分記錄.這次對分緊接著會出現(xiàn)一個(gè)警告信息表明在實(shí)常數(shù)為ID15第單元處出現(xiàn)了接觸狀態(tài)突變…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察Solution

Information

分支(續(xù)):同樣，向上翻動(dòng)求解信息工作表(靠近文件頂部)找到接觸設(shè)置和計(jì)算.產(chǎn)生警告信息的接觸對(實(shí)長數(shù)15)是由手工為接觸區(qū)域6所建立的非對稱接觸對.注意，默認(rèn)使用的接觸剛度非常大(0.923e6)。比所用材料的彈性模量整整大了一位數(shù)。假設(shè)這個(gè)模型支架的剛度相對較低，默認(rèn)的接觸剛度就有可能太高.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–根據(jù)不收斂輸出的反饋信息，降低區(qū)域6

的法向剛度來使求解收斂不改變當(dāng)前樹中的任何設(shè)置，Model

分支:在當(dāng)前的項(xiàng)目樹中點(diǎn)亮

“Bolted_Joint_ws03A”

模型RMB

–Duplicate根據(jù)要進(jìn)行的改變來重命名新的模型分支“Bolted_Joint_ws03A,NormStiff

Factor

=1e-3”這樣，可以使在進(jìn)行修改后的分析的同時(shí)不丟失已有的信息.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–在新建黨模型分支下點(diǎn)亮“ContactRegion

6”在詳細(xì)窗口中在normal

stiffness

中改“ProgramControlled”

為o“Manual”在normal

stiffness

factor

中改default(1)

為“1e-3”.點(diǎn)亮這個(gè)模型的Solution

分支，RMB

執(zhí)行新的求解…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–在沒有對分的情況下，求解在11次迭代后收斂。這很理想，因?yàn)閷Ψ蛛m然會自動(dòng)調(diào)整以達(dá)到收斂，但會浪費(fèi)大量的CPU

時(shí)間.…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察成功求解的SolutionInformation.確認(rèn)使用了修改后的接觸剛度.注意:在這次求解中自動(dòng)進(jìn)行了第二載荷步的一次迭代求解。這是由于螺栓預(yù)緊力所造成的.第一載荷步計(jì)算產(chǎn)生預(yù)緊力所需的裝配體的過盈量.分析中所用的過盈量在“Pretension

Bolt

Load”詳細(xì)窗口中為“Adjustment”中的值。在窗口中同樣也給出了支反力。第二載荷步鎖定螺栓預(yù)緊單元到計(jì)算的調(diào)整量以保證螺栓預(yù)緊力。計(jì)算的支反力應(yīng)等于初始施加的預(yù)緊力?！鳂I(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–觀察襯套-支架界面的接觸結(jié)果(螺母一側(cè)):打開Contact

Tool

Folder

，選擇Contact

Region

6點(diǎn)亮Pressure

Results點(diǎn)亮ContactPenetration“1e-3”是否是這個(gè)模型可接受的法向剛度因子？保證標(biāo)準(zhǔn)接觸對準(zhǔn)確結(jié)果的最好方法是不同的剛度值進(jìn)行敏感度分析。剛度修改方案和算法直到結(jié)果收斂到同一個(gè)“正確”答案.太高的剛度會導(dǎo)致發(fā)散，而太低的剛度雖然會使結(jié)果收斂但會導(dǎo)致過度。過度的螺栓預(yù)緊矯正量最終會導(dǎo)致接觸表明壓力的

確…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–考慮以下針對改變接觸剛度的敏感度研究:對于這個(gè)模型，隨剛度增加，接觸

和螺栓預(yù)緊調(diào)整象預(yù)期一樣減少。最大壓力也會減小。這是因?yàn)檩d荷沿更大的承載區(qū)域重新分布，從而導(dǎo)致襯套-支架界面處的最大軸承壓力整體降低。同樣注意，剛度增加會帶來迭代次數(shù)和運(yùn)算時(shí)間的增加。另外值得注意是，在迭代時(shí)使用自動(dòng)剛度更新工具，可以在默認(rèn)法向剛度因子為1.0時(shí)達(dá)到求解收斂指定正確的接觸剛度嚴(yán)重地依賴于所分析的問題，而且總是要在結(jié)果質(zhì)量(準(zhǔn)確)和成本(運(yùn)行時(shí)間)尋求平衡。對于本次研究，法向剛度因子為0.10就足夠了?！癆ugmentedLagrange”算法被證明可以為多數(shù)分析提供更強(qiáng)的接觸結(jié)果。對標(biāo)準(zhǔn)無摩擦接觸使用AlgorithmPenaltyPenaltyPenaltyPenaltyAug-LagrangeNormalStiffness

Factor0.0010.0100.1001.0001.000Stiffness

Updating

Schemenevernevernevereach

iterationeach

iterationCum

Iterations1214151515CPU

Time560635682743655Max

Contact

Pressure(MPa)149.867142.876139.693139.693139.693Contact

Penetration(mm)0.1620.01550.00150.00150.00151Bolt

Pretension

Adjust(mm)1.75711.66431.65391.65391.6539…作業(yè)3A-接觸剛度Training

Manual–摩擦接觸選項(xiàng)通常的，兩個(gè)接觸體的切向或滑動(dòng)行為可能是無摩擦的或有摩擦的。無摩擦行為允許物體間無阻力滑動(dòng).當(dāng)引入摩擦后，再兩物體間會產(chǎn)生剪力摩擦接觸支持小變形或大變形分析Training

Manual–…摩擦接觸選項(xiàng)摩擦可以用Coulomb’s

法則來解釋:Ftangential

Fnormal這里

是靜力摩擦系數(shù)–

當(dāng)切向力Ftangential

大于上面的值時(shí)就會發(fā)生滑動(dòng)FnFt

FnTraining

Manual–…摩擦接觸選項(xiàng)對摩擦接觸必須輸入“friction

coefficient”如果摩擦系數(shù)(Friction

Coefficient)

為0.0

將會導(dǎo)致無摩擦接觸接觸公式建議使用“Augmented

Lagrange”ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalStructuralxMechanical/MultiphysicsxTraining

Manual–…觀察結(jié)果如果是摩擦接觸，將會有額外的輸出信息可以通過觀察接觸摩擦應(yīng)力(Contact

Frictional

Stress)

和接觸滑動(dòng)距離(Contact

Sliding

Distance)

來更好的理解摩擦效應(yīng)對接觸狀態(tài),“Sticking”vs.“Sliding”導(dǎo)致區(qū)分移動(dòng)的接觸面。ANSYS

LicenseAvailabilityDesignSpace

EntraDesignSpaceProfessionalStructuralxMechanical/MultiphysicsxTraining

Manual–…DS

接觸總結(jié)DS

中可以求解接觸問題:–

通常，接觸行為被定義為零件間傳遞.相互作用，這時(shí)接觸力將在零件通過接觸，零件間不能

但可以相互分離或相互滑動(dòng)。DS

中用戶可以使用三種接觸算法:Augmented

Lagrange,

PurePenalty,和Normal

Lagrange.

MPC

公式只能用于綁定接觸.基于罰函數(shù)的方法利用[K]{x}計(jì)算接觸,因此有接觸剛度和少量允許的概念Normal

Lagrange

將接觸壓力作為一個(gè)

度直接求解,因此沒有接觸剛度或

。針對這一獨(dú)特的公式，求解器的選擇會很有限.摩擦描述了相互移動(dòng)的零件間的切向行為.當(dāng)摩擦定義后，只有當(dāng)切向力大于正壓力和摩擦系數(shù)之積時(shí)，零件才能相互移動(dòng).Training

Manual帶摩擦力的螺栓連接裝配體作業(yè)3B摩擦接觸Training

Manual–軸作業(yè)3B-摩擦接觸目的在這次作業(yè)中將研究使用摩擦接觸的通用策略.模型描述3D

螺栓連接裝配體-4

個(gè)零件:支架(Bracket)襯套(Bushing)螺母(Nut)螺栓(Bolt)載荷和邊界條件:一端固支45,000

N

螺栓預(yù)緊力(沿螺栓35,000

N

軸承力(垂直于螺栓軸線)Due

to

the

excessive

run

times

associated

with

this

model,

all

the

simulations

havebeen

solved

in

advance. We

will

compare

and

contrast

the

difference

between

theseruns.Training

Manual–步驟:啟動(dòng)ANSYS

Workbench，流覽并打開“Bolted_Joint_ws03B.wbdb”項(xiàng)目文件.–

本項(xiàng)目包括DM幾何文件“Bolted_Joint_ws03.agdb”和DS文件

“Bolted_Joint_ws03B.dsdb”.點(diǎn)亮“Bolted_Joint_ws03B,frictionless”文件進(jìn)入DS.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察“Bolted_Joint_ws03B,frictionless”分支在上一次作業(yè)中已經(jīng)施加了

35,000

N軸承載荷注意:軸承力選項(xiàng)為襯套表面施加了呈變化分布的力.項(xiàng)目樹的第一分支代表了對結(jié)構(gòu)承受額外軸承力響應(yīng)的初步仿真分析.從上一次作業(yè)可以知道，對非綁定接觸應(yīng)使用Aug-Lagrange算法，同時(shí)人工輸入剛度因子為0.1

和在每次迭代間使用剛度自動(dòng)剛度更新功能.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察Bolted_Joint_ws03B,frictionless

分支(續(xù))求解分支旁邊的綠“鉤”號代表這是一次成功的求解注意兩個(gè)載荷步在一個(gè)子步中求解。這是默認(rèn)的初始設(shè)置，可以在求解輸出工作表中查到.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察Bolted_Joint_ws03B,

frictionless

分支(續(xù))雖然在求解輸出中沒有錯(cuò)誤信息，通過觀察位移結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)第一次求解是錯(cuò)誤的額外的軸承力推動(dòng)襯套沿裝配體螺母一側(cè)無阻力地穿過支架.同樣，在螺栓頭的綁定接觸對

襯套沿螺栓垂直方向的滑動(dòng).…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察Bolted_Joint_ws03B,

friction為了正確的仿真零件在載荷作用下的相對位移，第二次運(yùn)行中有關(guān)接觸的設(shè)置進(jìn)行了相應(yīng)地改變。在第二個(gè)分支中仔細(xì)地觀察下列改變.接觸區(qū)域1,2,

3,4和6:改變行為為“Frictional”，摩擦系數(shù)為0.2.接觸區(qū)域5代表螺栓螺母界面，保持綁定接觸在螺栓和支架上靠近螺母一側(cè)的孔間建立新的無摩擦區(qū)域7在求解分支中除了#5(綁定)和#7(無摩擦)，為每個(gè)接觸添加摩擦應(yīng)力。對區(qū)域7添加“Number(of

elements)Contacting”來幫助監(jiān)視求解過程.…作業(yè)3B-摩擦接觸Training

Manual–觀察Bolted_Joint_ws03B,

friction(續(xù))第二次仿真成功的收斂。這一次，每個(gè)載荷步間都有多個(gè)子步.這是設(shè)計(jì)好的。