ANSYS接触分析报告

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1、第八章接触非线性October20,20008-2接触非线性–5.7版本本章目标本章学完后,应能对如下功能进行描述和论证:SessionObjective1.接触协调条件2.刚体对柔体和柔体对柔体接触3.节点对节点、节点对面和面对面接触单元4.接触刚度5.接触单元处理6.接触向导October20,20008-3接触非线性–5.7版本接触问题接触问题是高度非线性的,并且对于非线性问题的求解具有典型的挑战意义.接触问题提出两个重要的挑战:在多数接触问题中接触区域是未知的.表面与表面会突然接触或突然不接触,这会导致系统刚度的突然变化.多数接触问题包括摩擦.摩擦是与路径有关的现象,

2、这要求精确的加载历史.摩擦的响应还可能是杂乱的,使求解难以收敛.October20,20008-4接触非线性–5.7版本关于耦合和约束方程的注释如果接触模型没有摩擦,接触区域始终粘在一起,并且分析是小挠度、小转动问题,那么可以用耦合或约束方程代替接触.详细信息请参看ANSYS建模和网格划分指南.使用耦合或约束方程的优点是分析还是线性的.October20,20008-5接触非线性–5.7版本接触分类接触问题一般分为两类:刚体对柔体和柔体对柔体.刚体对柔体:一个或多个接触表面作为刚体(一个表面的刚度比另一个表面的刚度要高很多).许多金属成形问题归入此类.柔体对柔体:两个或所有的

3、接触体都可变形(所有表面刚度相差不多).螺栓法兰连接是一个柔体对柔体接触的例子.October20,20008-6接触非线性–5.7版本刚体对柔体接触刚体表面变形体October20,20008-7接触非线性–5.7版本柔体对柔体接触花键轴过盈配合,两个零件都是柔体.October20,20008-8接触非线性–5.7版本接触协调条件F为了阻止接触表面相互穿过,这两个表面间必须建立一个关系.否则这两个表面将相互穿过.不施加接触协调条件时发生侵入目标接触FOctober20,20008-9接触非线性–5.7版本接触协调条件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

4、度称为罚参数.该弹簧的变形量满足方程:F=k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.FOctober20,20008-10接触非线性–5.7版本接触协调条件还可用另外一种方法,即拉格朗日乘子法,增加一个附加自由度(接触压力),以满足不侵入条件.FOctober20,20008-11接触非线性–5.7版本接触协调条件将罚函数法和拉格朗日乘子法结合起来施加接触协调条件合称为增强的拉格朗日法.在迭代的开始,接触协调条件基于惩罚刚度决定.一旦达到平衡,就检查许可侵入量.这时,如果有必要,接触压力增大,继续进行迭代.F许可侵入量October20,

5、20008-12接触非线性–5.7版本增大接触应力减少侵入量由于平衡改正侵入量在改正阶段发生振荡增大的拉格朗日October20,20008-13接触非线性–5.7版本接触单元ANSYS有三种类型的接触单元:节点对节点-这是指接触的最终位置事先是知道的.节点对面-接触区域未知,并且允许大滑动.面对面-接触区域未知,并且允许大滑动(相对节点对面接触形式有几个优点).October20,20008-14接触非线性–5.7版本节点对节点接触单元IJIJ两个最常用的节点对节点接触单元:接触12单元和接触52单元都用罚函数法施加接触协调条件.这要求输入一个罚刚度(在后面我们将详细讨论罚

6、刚度的计算).接触12单元-二维间隙接触52单元-三维间隙October20,20008-15接触非线性–5.7版本节点对节点接触单元节点对节点接触单元能够用于建立点对点接触模型.接触点始终已知的管抖动模型是点对点接触的一个例子.如果两个表面的节点一一对应,相对滑动变形量可以忽略,并且两表面的挠度(转动量)较小,那么这些单元还能用于模拟面对面接触问题.过盈配合问题是面对面接触问题的一个例子.如果满足上述条件,则此问题用间隙单元是足够的.注意点对点接触只能用于低次单元.October20,20008-16接触非线性–5.7版本节点对节点接触过程接触12单元和接触52单元既能用直

7、接生成法创建,也能在重合节点处创建单元.前处理器->创建->单元->在重合节点(Preprocessor->Create->Elements->AtCoincidNd)接触12单元应该在重合节点间创建.然而接触52单元要求1E-6的距离来定向单元.October20,20008-17接触非线性–5.7版本节点对节点接触过程补充信息:接触12单元由实常数THETA定向.接触12单元能用作钩子或间隙,而接触52单元只能用作间隙(注意通过约束UZ自由度,接触52单元能够用于二维问题).通过设置关键选项(4)和