使用ANSYS自動接觸技術的方法

1、使用ANSYS自動接觸技術的方法本文介紹了使用ANSYS自動接觸技術的方法?，F(xiàn)代CAE技術可以對相當大規(guī)模的問題進行分析，這種分析可以是復雜的接觸問題(在CAD中稱為“裝配”)。裝配體的分析模擬是公認的最尖端的CAD/CAE技術之一，這項技術使得人們得以精確的預測一個多零部件的結(jié)構的性能。傳統(tǒng)的，也是最直接的裝配方法是先簡單的導入裝配體的各個零部件，確定它們的空間相對位置，然后人為地確定各零部件在整個裝配體中的接觸關系，建立接觸單元。此過程在其他CAE軟件中須采用手工方式完成，不僅需要漫長的虛擬整機建立過程，同時，還需要工程師對結(jié)構的各項指標、限制、風險全面的了解。每一個有經(jīng)驗的有限元分析工程

2、師都知道，沒有任何兩個接觸問題是完全一樣的，裝配問題的復雜性在某種程度上肯定了ANSYS在這個領域的成就ANSYS可以對各種不同的接觸問題進行非常好，而且簡便的模擬。一個裝配體的ANSYS有限元分析過程可以簡單的歸納為：建立模型并劃分網(wǎng)格識別零部件相互關系施加邊界條件以及環(huán)境參量求解并復查結(jié)果事實上在ANSYS默認的設定中，當一個裝配體的CAD模型被倒入的時候，接觸關系已經(jīng)被自動的探測了，而接觸區(qū)域被指定為面/面關系。這個默認的設定可以在“Simulation Contact”設定選項的Option對話框中更改。默認的接觸自動探測屬性適合于大多數(shù)的接觸問題。然而，附加的接觸關系控制設定拓寬了可

3、以模擬的接觸類型。在接觸關系控制設定中：全局屬性：包括自動接觸探測的基本設定，以及高亮顯示的接觸區(qū)域的透明度設定，這些設定將會影響所有的接觸區(qū)域。接觸區(qū)域控制：包括接觸屬性瀏覽，區(qū)域接觸類型設定，以及其他的一些高級控制選項，例如設定接觸模擬方程，法向剛度，熱傳導設定，以及pinball區(qū)域設定等等。更加詳細地，自動接觸探測的基本設定包含：容差設定(Tolerance setting)，即容差類型以及容差值的設定;接觸探測的種類設定(例如設定探測面/面接觸，面/邊接觸以及邊/邊接觸)等;接觸探測種類優(yōu)先權設定(例如設定面/面接觸優(yōu)先于其他種類的接觸)等。在接觸區(qū)域控制的接觸類型設定中，ANSYS

4、可以模擬如下的多種接觸類型：固結(jié)(Bonded)，即完全綁定，無摩擦也無滑動。不分離(No separation)，和固結(jié)類似，不過在小范圍內(nèi)允許無摩擦的滑動。無摩擦(Frictionless)，部件之間摩擦系數(shù)為0，允許法相分離。粗糙(Rough)，與無摩擦類型相似，只是部件之間不允許接觸滑動。有摩擦的(Frictional)，部件之間會因摩擦系數(shù)而產(chǎn)生剪切力。在接觸區(qū)域控制的高級設定中，使用者甚至可以設定潛在的接觸模擬方法，在ANSYS 9.0版本中有如下選擇：廣義拉格朗日法(Augmented Lagrange)罰函數(shù)法(Pure Penalty)多點約束法(Multipoint con

5、straint，MPC)拉格朗日法(Normal Lagrange)具體每種模擬方法的數(shù)學模型在此不逐一介紹，簡單介紹一下比較年輕的內(nèi)部多點約束(MPC)算法。MPC算法適用于面對面、點對面的接觸單元。使用該方法時，ANSYS會根據(jù)接觸運動建立MPC方程。內(nèi)部MPC方法能夠克服傳統(tǒng)接觸法則和其他多點約束方法的缺點。若與粘結(jié)接觸結(jié)合使用，MPC方法可簡化下列形式的接觸裝配和運動約束：固-固裝配、殼-殼裝配、殼-固裝配、梁-固裝配、剛性面約束以及任意面的載荷分布。內(nèi)部MPC 方法可以克服傳統(tǒng)接觸算法和ANSYS中的其他多點約束工具的缺點，例如：接觸面節(jié)點的自由度被消去;可以減小系統(tǒng)方程求解的波前大

6、小;不需要輸入接觸剛度;對于小變形問題，它代表真實的線性接觸行為;求解系統(tǒng)方程時不需要平衡迭代;對于大變形問題，MPC方程在每個平衡迭代中不斷進行更新，克服了傳統(tǒng)約束方程只適用于小應變的限制條件。此外值得一提的是，相比普通的罰函數(shù)方法，廣義拉格朗日法常常能得到更好的模擬結(jié)果，對接觸剛度系數(shù)也不是那么的敏感，然而在某些分析算例中，廣義拉格朗日方法需要更多的迭代次數(shù)，也就是收斂的比較慢一些。針對裝配結(jié)構有限元模擬的實際問題，ANSYS提供了強大的裝配結(jié)構模擬能力和完備而易用的接觸自動檢測功能。運用CAD模型“鏈接”技術，在建立裝配模型“鏈接”的過程中，自動探測裝配關系，同時完成“接觸”單元的建立，

7、從而將人為干預最小化。說明：本信息本文介紹了使用ANSYS自動接觸技術的方法?，F(xiàn)代CAE技術可以對相當大規(guī)模的問題進行分析，這種分析可以是復雜的接觸問題(在CAD中稱為“裝配”)。裝配體的分析模擬是公認的最尖端的CAD/CAE技術之一，這項技術使得人們得以精確的預測一個多零部件的結(jié)構的性能。傳統(tǒng)的，也是最直接的裝配方法是先簡單的導入裝配體的各個零部件，確定它們的空間相對位置，然后人為地確定各零部件在整個裝配體中的接觸關系，建立接觸單元。此過程在其他CAE軟件中須采用手工方式完成，不僅需要漫長的虛擬整機建立過程，同時，還需要工程師對結(jié)構的各項指標、限制、風險全面的了解。每一個有經(jīng)驗的有限元分析工

8、程師都知道，沒有任何兩個接觸問題是完全一樣的，裝配問題的復雜性在某種程度上肯定了ANSYS在這個領域的成就ANSYS可以對各種不同的接觸問題進行非常好，而且簡便的模擬。一個裝配體的ANSYS有限元分析過程可以簡單的歸納為：建立模型并劃分網(wǎng)格識別零部件相互關系施加邊界條件以及環(huán)境參量求解并復查結(jié)果事實上在ANSYS默認的設定中，當一個裝配體的CAD模型被倒入的時候，接觸關系已經(jīng)被自動的探測了，而接觸區(qū)域被指定為面/面關系。這個默認的設定可以在“Simulation Contact”設定選項的Option對話框中更改。默認的接觸自動探測屬性適合于大多數(shù)的接觸問題。然而，附加的接觸關系控制設定拓寬了

9、可以模擬的接觸類型。在接觸關系控制設定中：全局屬性：包括自動接觸探測的基本設定，以及高亮顯示的接觸區(qū)域的透明度設定，這些設定將會影響所有的接觸區(qū)域。接觸區(qū)域控制：包括接觸屬性瀏覽，區(qū)域接觸類型設定，以及其他的一些高級控制選項，例如設定接觸模擬方程，法向剛度，熱傳導設定，以及pinball區(qū)域設定等等。更加詳細地，自動接觸探測的基本設定包含：容差設定(Tolerance setting)，即容差類型以及容差值的設定;接觸探測的種類設定(例如設定探測面/面接觸，面/邊接觸以及邊/邊接觸)等;接觸探測種類優(yōu)先權設定(例如設定面/面接觸優(yōu)先于其他種類的接觸)等。在接觸區(qū)域控制的接觸類型設定中，ANSY

10、S可以模擬如下的多種接觸類型：固結(jié)(Bonded)，即完全綁定，無摩擦也無滑動。不分離(No separation)，和固結(jié)類似，不過在小范圍內(nèi)允許無摩擦的滑動。無摩擦(Frictionless)，部件之間摩擦系數(shù)為0，允許法相分離。粗糙(Rough)，與無摩擦類型相似，只是部件之間不允許接觸滑動。有摩擦的(Frictional)，部件之間會因摩擦系數(shù)而產(chǎn)生剪切力。在接觸區(qū)域控制的高級設定中，使用者甚至可以設定潛在的接觸模擬方法，在ANSYS 9.0版本中有如下選擇：廣義拉格朗日法(Augmented Lagrange)罰函數(shù)法(Pure Penalty)多點約束法(Multipoint co

11、nstraint，MPC)拉格朗日法(Normal Lagrange)具體每種模擬方法的數(shù)學模型在此不逐一介紹，簡單介紹一下比較年輕的內(nèi)部多點約束(MPC)算法。MPC算法適用于面對面、點對面的接觸單元。使用該方法時，ANSYS會根據(jù)接觸運動建立MPC方程。內(nèi)部MPC方法能夠克服傳統(tǒng)接觸法則和其他多點約束方法的缺點。若與粘結(jié)接觸結(jié)合使用，MPC方法可簡化下列形式的接觸裝配和運動約束：固-固裝配、殼-殼裝配、殼-固裝配、梁-固裝配、剛性面約束以及任意面的載荷分布。內(nèi)部MPC 方法可以克服傳統(tǒng)接觸算法和ANSYS中的其他多點約束工具的缺點，例如：接觸面節(jié)點的自由度被消去;可以減小系統(tǒng)方程求解的波前大小;不需要輸入接觸剛度;對于小變形問題，它代表真實的線性接觸行為;求解系統(tǒng)方程時不需要平衡迭代;對于大變形問題，MPC方程在每個平衡迭代中不斷進行更新，克服了傳統(tǒng)約束方程只適用于小應變的限制條件。此外值得一提的是，相比普通的罰函數(shù)方法，廣義拉格朗日法常常能得到更