接觸分析高級剛性目標(biāo)面PPT課件

1、剛性剛性(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面 當(dāng)一個(gè)面相對其臨近的面為剛性面時(shí)，柔體剛體接觸對能夠極大的簡化模型. 此接觸分析技術(shù)較常用. 剛性目標(biāo)單元 (TARGE169/170) 僅針對(zhndu)面面單元(CONTA171-174) 和點(diǎn)面單元 (CONTA175). 該章節(jié)主要考慮模擬剛性目標(biāo)面時(shí)需用到的高級工具選項(xiàng).第1頁/共29頁第一頁，共30頁。剛性剛性(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面本章我們(w men)考慮以下主題:導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)約束剛性目標(biāo)面復(fù)雜目標(biāo)面創(chuàng)建接觸單元第2頁/共29頁第二頁，共30頁。剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面A.導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn) 剛性面和導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)相聯(lián)系，導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)控制目標(biāo)面

2、的移動(dòng). 導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)可控制整個(gè)剛性目標(biāo)面. 整個(gè)面的力、位移以及轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)指定. 如果定義了導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)，那么ANSYS只檢查導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)的邊界條件并忽略目標(biāo)面上其它節(jié)點(diǎn)的約束. 導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)可以直接生成(shn chn)也可以通過mesh一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)生成(shn chn).第3頁/共29頁第三頁，共30頁。 導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)可以在任何位置指定，因此支持剛性面的轉(zhuǎn)動(dòng). 只有導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)可以和其它單元連接，若剛性體有質(zhì)量，那么可在導(dǎo)向點(diǎn)上再定義一個(gè)Mass21單元. 每個(gè)目標(biāo)(mbio)面只能有一個(gè)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn). 剛性剛性(n xn)面轉(zhuǎn)面轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.導(dǎo)向?qū)?do xin)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)第4頁/共29頁第

3、四頁，共30頁。 缺省情況下，若滿足下列(xili)條件，剛性目標(biāo)面自動(dòng)被約束: 沒有明確的定義邊界條件. 目標(biāo)面沒有和其它單元相連接. 沒有定義耦合和約束方程.剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面B. 約束剛性目標(biāo)約束剛性目標(biāo)(mbio)第5頁/共29頁第五頁，共30頁。 如果選擇自動(dòng)約束，那么ANSYS對剛性面的約束設(shè)置在每個(gè)載荷步結(jié)束時(shí)會(huì)被重置。因此重啟動(dòng)分析時(shí)需謹(jǐn)慎。 如果選擇用戶指定，那么用戶需要定義剛性目標(biāo)面的所有正確的邊界條件。 如果用戶沒有定義適當(dāng)?shù)淖杂啥燃s束的話，表面會(huì)在相應(yīng)的方向(fngxing)作剛體運(yùn)動(dòng)剛性剛性(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面.約束剛性約束剛性(n xn)目標(biāo)目標(biāo)第

4、6頁/共29頁第六頁，共30頁。 ANSYS靜態(tài)分析中，如果力施加在一個(gè)零剛度的自由度上，那么程序?qū)⒑雎栽撦d荷. 一個(gè)初始未施加約束的剛性目標(biāo)面會(huì)產(chǎn)生(chnshng)零剛度. 施加在此類表面導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)上的力和彎矩將會(huì)被忽略. 在這種情況下，可使用弱彈簧單元來增加一個(gè)小的剛度，以防止載荷的丟失.剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面約束剛性目標(biāo)約束剛性目標(biāo)(mbio)第7頁/共29頁第七頁，共30頁。 剛性目標(biāo)可以是基本圖元的疊加和綜合（例如圓柱、圓臺和球體等）. 對于任意表面，網(wǎng)格(wn )形狀不是很重要，但目標(biāo)單元是否很好的代表了幾何結(jié)構(gòu)卻至關(guān)重要. 過粗略的對目標(biāo)面離散化會(huì)導(dǎo)致收斂困難.剛性剛性

5、(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面C. 復(fù)雜目標(biāo)面復(fù)雜目標(biāo)面第8頁/共29頁第八頁，共30頁。 對復(fù)雜目標(biāo)面分網(wǎng)的一些建議: 如果剛性目標(biāo)能夠離散成基本圖元，那么就使用基本圖元. (更少的單元且更有效.) 盡可能使用映射網(wǎng)格. 如果面的某邊無曲率，那么指定(zhdng)單元分割數(shù). 對較平坦的面使用低階目標(biāo)單元，若面的曲率較大則使用高階單元.剛性剛性(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面.復(fù)雜目標(biāo)面復(fù)雜目標(biāo)面第9頁/共29頁第九頁，共30頁。 以下為一個(gè)剛性面使用低階單元和高階單元的例子(l zi). 低階單元占機(jī)時(shí)較少，但需要較多數(shù)量的單元. 高階單元占機(jī)時(shí)較多，但需要較少數(shù)量的單元.低階單低階單元元(dnyun)

6、高階單元高階單元(dnyun)剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.復(fù)雜目標(biāo)面復(fù)雜目標(biāo)面第10頁/共29頁第十頁，共30頁。對與使用高階單元分網(wǎng)或低階單元分網(wǎng)的目標(biāo)面，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)都可采用局部坐標(biāo)系. 這使得目標(biāo)面在分析中能夠改變形狀. 例如，要模擬(mn)一個(gè)膨脹的圓柱體可采用如下幾步:使用高階四邊形單元分網(wǎng)旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系至柱坐標(biāo)系給節(jié)點(diǎn)施加徑向位移使圓柱體膨脹剛性剛性(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面.復(fù)雜目標(biāo)面復(fù)雜目標(biāo)面第11頁/共29頁第十一頁，共30頁。 在大滑動(dòng)問題中，尖的突角會(huì)導(dǎo)致收斂困難. 對線或面進(jìn)行倒角以防止尖角的出現(xiàn). 使用KEYOPT(4)改變(gibin)接觸探測的位置. 或者在尖角處增加點(diǎn)面接觸

7、.外法向外法向 平滑半徑平滑半徑剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面.復(fù)雜目標(biāo)復(fù)雜目標(biāo)(mbio)面面第12頁/共29頁第十二頁，共30頁。 有時(shí)因?yàn)槟繕?biāo)面不是足夠的大，使得接觸單元從剛性目標(biāo)面上滑落. 為解決這個(gè)潛在問題，采用目標(biāo)面延伸參數(shù)(cnsh)可使得目標(biāo)面足夠大以保證接觸狀態(tài)不變. 缺省值為目標(biāo)單元長度的10% 接觸探測的位置設(shè)為節(jié)點(diǎn)時(shí)該選項(xiàng)才可使用剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面.復(fù)雜目標(biāo)復(fù)雜目標(biāo)(mbio)面面第13頁/共29頁第十三頁，共30頁。剛性剛性(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面D.創(chuàng)建接觸單元?jiǎng)?chuàng)建接觸單元 接觸向?qū)且粋€(gè)極為方便的接觸對創(chuàng)建工具，它需要最少的用戶

8、干預(yù). 但少數(shù)時(shí)候接觸向?qū)Р⒉荒芡耆珓偃螌佑|的模擬. 盡管此種情況較少，但如果遇到的話，必須使用接觸向?qū)獾钠渌椒▌?chuàng)建接觸單元. 目標(biāo)單元有一種特殊的單元屬性目標(biāo)單元形狀(TSHAP). 當(dāng)直接生成目標(biāo)面時(shí)要指定TSHAP. 當(dāng)使用KMESH, LMESH, AMESH產(chǎn)生(chnshng)剛體單元時(shí)，程序自動(dòng)使用正確的 TSHAP 使用TSHAP時(shí),用戶應(yīng)該對可供選擇的單元形狀較熟悉.第14頁/共29頁第十四頁，共30頁。 2D 目標(biāo)單元 TARGE169 有以下(yxi)幾種形式: 線、拋物線、弧線、圓和導(dǎo)向節(jié)點(diǎn). JIIJKIJKII弧線弧線導(dǎo)向?qū)?do xin)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)圓圓線線拋

9、物線拋物線剛性剛性(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面.創(chuàng)建接觸單元?jiǎng)?chuàng)建接觸單元第15頁/共29頁第十五頁，共30頁。 3D 目標(biāo)單元 TARGE170有以下幾種形式: 3節(jié)點(diǎn)三角形, 4節(jié)點(diǎn)四邊形, 6節(jié)點(diǎn)三角形, 8節(jié)點(diǎn)四邊形, 圓柱, 圓臺, 球體以及(yj)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn). 剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.創(chuàng)建接觸創(chuàng)建接觸( jich)單元單元第16頁/共29頁第十六頁，共30頁。 2D 面面接觸單元 CONTA171是一個(gè)二維2節(jié)點(diǎn)的低階線單元，它可以附在二維體單元、殼單元和梁單元的表面(biomin)上. CONTA172是一個(gè)二維3節(jié)點(diǎn)（帶中間節(jié)點(diǎn)）的高階拋物線單元，它可以附在二維體單元的表面(biomin

10、)上.CONTA171CONTA172剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.創(chuàng)建接觸創(chuàng)建接觸( jich)單元單元第17頁/共29頁第十七頁，共30頁。 3-D 面面接觸( jich)單元CONTA174是一個(gè)三維是一個(gè)三維8 8節(jié)點(diǎn)（帶中間節(jié)點(diǎn)（帶中間節(jié)點(diǎn)）的高階四邊形單元，它可附在節(jié)點(diǎn)）的高階四邊形單元，它可附在三維體單元的表面三維體單元的表面. .它也可退化為它也可退化為6 6節(jié)節(jié)點(diǎn)三角形點(diǎn)三角形.CONTA173是一個(gè)三維是一個(gè)三維4 4節(jié)點(diǎn)的低階四節(jié)點(diǎn)的低階四邊形單元，它可附在三維體單元或殼單邊形單元，它可附在三維體單元或殼單元的表面元的表面. .它也可退化為它也可退化為3 3節(jié)點(diǎn)三角形節(jié)點(diǎn)三角形.

11、 .剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.創(chuàng)建接觸創(chuàng)建接觸( jich)單元單元第18頁/共29頁第十八頁，共30頁。創(chuàng)建(chungjin)面面接觸單元的步驟Step 1.創(chuàng)建(chungjin)下面的實(shí)體模型并分網(wǎng).Step 2.指定接觸面和目標(biāo)面.在右邊這個(gè)例子中，存在剛性面，因此目標(biāo)面和接觸面的指定可以確定.接觸面接觸面 超彈性密封件的嵌入模擬超彈性密封件的嵌入模擬剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)面面 剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元?jiǎng)?chuàng)建接觸單元第19頁/共29頁第十九頁，共30頁。Step 3.設(shè)定單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù). 注意(zh y)：接觸對由實(shí)常數(shù)進(jìn)行識別.接觸單元和目標(biāo)單元必須共用一個(gè)實(shí)常數(shù). 剛

12、性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.創(chuàng)建創(chuàng)建(chungjin)接觸單元接觸單元第20頁/共29頁第二十頁，共30頁。Step 4. 創(chuàng)建目標(biāo)面單元. 此步視目標(biāo)單元是剛體或柔體而定. 對于 剛體 :使用(shyng)直接生成法 (E) 或者自動(dòng)分網(wǎng)生成 (LMESH, AMESH)對于 柔體:使用(shyng)Create Elements Surface-to-Surface (ESURF)剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.創(chuàng)建創(chuàng)建(chungjin)接觸單元接觸單元第21頁/共29頁第二十一頁，共30頁。Step 4 創(chuàng)建目標(biāo)面單元. 直接生成剛性目標(biāo)面時(shí),目標(biāo)單元形狀(xngzhun)（TSHAP）要在創(chuàng)建目標(biāo)單

13、元之前設(shè)定.TSHAPTSHAP定義定義(dngy)(dngy)目標(biāo)單元的形狀目標(biāo)單元的形狀. .剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.創(chuàng)建接觸創(chuàng)建接觸( jich)單元單元第22頁/共29頁第二十二頁，共30頁。Step 4 創(chuàng)建目標(biāo)面單元. 在對剛性(n xn)目標(biāo)面自動(dòng)劃分網(wǎng)格時(shí)并不需要TSHAP. ANSYS會(huì)自動(dòng)確定目標(biāo)單元的形狀. Mesh 關(guān)鍵點(diǎn) (KMESH) 導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)Mesh 線 (LMESH) 二維剛性(n xn)目標(biāo)面Mesh 面 (AMESH) 三維剛性(n xn)目標(biāo)面剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元?jiǎng)?chuàng)建接觸單元第23頁/共29頁第二十三頁，共30頁。Step 4 創(chuàng)建

14、目標(biāo)面單元. 檢查外法線方向（如果對剛性目標(biāo)使用自動(dòng)分網(wǎng)時(shí)）:顯示單元（打開單元坐標(biāo)(zubio)標(biāo)志）.然后使用 ESURF 創(chuàng)建單元.線線 反時(shí)針圓弧線反時(shí)針圓弧線 導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元?jiǎng)?chuàng)建接觸單元第24頁/共29頁第二十四頁，共30頁。Step 5. 創(chuàng)建接觸(jich)面單元.設(shè)置好接觸(jich)單元的屬性，選擇柔體表面節(jié)點(diǎn)并創(chuàng)建接觸(jich)單元（和在柔體上創(chuàng)建目標(biāo)單元的步驟類似）Preprocessor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to Surf這些接觸(jich)單元的階數(shù)（低

15、階或高階）和它下面單元的階數(shù)相同.(ESURF)剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面.創(chuàng)建創(chuàng)建(chungjin)接觸單元接觸單元第25頁/共29頁第二十五頁，共30頁。Step 5 創(chuàng)建接觸面單元. 對于在殼單元或者梁單元上創(chuàng)建接觸單元或目標(biāo)單元，程序(chngx)可讓用戶選擇是在殼/梁的底面還是頂面創(chuàng)建該單元. 單元單元(dnyun)位置控制位置控制剛性剛性(n xn)目標(biāo)面目標(biāo)面.創(chuàng)建接觸單元?jiǎng)?chuàng)建接觸單元第26頁/共29頁第二十六頁，共30頁。 當(dāng)使用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對時(shí)，接觸單元(dnyun)自由度自動(dòng)和底下的單元(dnyun)協(xié)調(diào). 當(dāng)接觸對是在接觸向?qū)獗粍?chuàng)建時(shí), 必須使用APDL定義其自由度KE

16、YOPT(1) ，或使用以下GUI方式: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/DeleteOptions剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元?jiǎng)?chuàng)建接觸單元第27頁/共29頁第二十七頁，共30頁。 此后，施加載荷、邊界條件、求解、后處理的步驟和是否使用接觸向?qū)o關(guān). 創(chuàng)建一個(gè)典型(dinxng)的面面、剛體柔體接觸對的APDL: et,2,169 !定義目標(biāo)單元 et,3,171 !定義接觸單元 r,3,0.1!接觸對通過實(shí)常數(shù)3識別，F(xiàn)KN值為0.1 mp,mu,3,0.2 !定義摩擦系數(shù) lsel,s,!選擇目標(biāo)面 type,2!指定目標(biāo)面的單元類型 real,3!指定實(shí)常數(shù) lmesh,all !分網(wǎng) lsel,s,!選擇接觸面 nsll,s,1 !選擇附在接觸面上的節(jié)點(diǎn) type,3!指定接觸單元的單元類型 esurf,all!創(chuàng)建單元 allsel剛性目標(biāo)剛性目標(biāo)(mbio)面面.創(chuàng)建接觸單元?jiǎng)?chuàng)建接觸單元第28頁/共29頁第二十八頁，共30頁。謝謝您的觀看(gunkn