midas關(guān)于接觸問題大全

1、一.建立接觸單元的方法GTS提供r多種建立接觸單元的方法。要注意的是二維分析時(shí)只能使用二維接觸單元，三維分析時(shí)只能使用三維接觸單元，在文件項(xiàng)目設(shè)置中根據(jù)用戶對二維和三維的選擇，程序會(huì)自動(dòng)對可選擇的接觸單元類型進(jìn)行設(shè)星。圖1.建立接觸單元對話框增加的功能根據(jù)單元邊界-在選擇單元的邊界上與其它單元有接觸時(shí)，在兩個(gè)單元間建立接觸單元的命令。-在選擇過濾窗口可供選擇的有網(wǎng)格組和單元。-接觸單元一般經(jīng)常用于兩個(gè)不同網(wǎng)格組之間的連接，所以選擇過濾窗口默認(rèn)選擇為網(wǎng)格組。手動(dòng)輸入節(jié)點(diǎn)號新建摟観單元文1G3DA1手動(dòng)斬入平點(diǎn)號二J邊1廠邊2廠圜生Iri二ijjrrjnjzH(7了可梏接粧甲元添加銅組-g確認(rèn)|職

2、消11適用I-直接輸入節(jié)點(diǎn)號建立接觸單元的方法。-邊1和邊2中的節(jié)點(diǎn)號數(shù)量必須相同。-二維時(shí)，每個(gè)邊輸入2個(gè)節(jié)點(diǎn)號時(shí)，將生成一階的線接觸單元：每個(gè)邊輸入3個(gè)節(jié)點(diǎn)號時(shí)，將生成二階的線接觸單元。-三維時(shí)，每個(gè)邊輸入3個(gè)節(jié)點(diǎn)號時(shí)，將生成一階三角形而接觸單元：每個(gè)邊輸入4個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，將生成一階四邊形血接觸單元：每個(gè)邊輸入6個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，將生成二階三角形血接觸單元：每個(gè)邊輸入8個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，將生成二階四邊形而接觸單元。-髙階單元的中間節(jié)點(diǎn)號輸入順序在輸入角點(diǎn)號之后轉(zhuǎn)換單元-將己建立的一維、二維.三維單元轉(zhuǎn)換為接觸單元的方法因?yàn)閱卧墓?jié)點(diǎn)順序不是固定的，所以需要指定對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中作為基準(zhǔn)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)選擇的節(jié)點(diǎn)新建融

3、單元區(qū)Hrzi|.方法|1梅薨選擇的節(jié)點(diǎn)3ipa選揮二n選瘁誦節(jié)點(diǎn)j廠MJ2J網(wǎng)格爼|7干網(wǎng)格|融單兀添加|網(wǎng)格迢Zl2J廚確認(rèn)|取俏|話用13向僅分割有一個(gè)單元的情況。圖2.選擇端節(jié)點(diǎn)-利用選擇的節(jié)點(diǎn)間的相關(guān)性，在相鄰單元間建立接觸單元的方法。-可以不使用“選擇端節(jié)點(diǎn)”按鍵也能生成接觸單元，但是當(dāng)單元的布置形狀比較特殊時(shí)，因?yàn)槲幌嗟男枰?，有時(shí)需要使用該鍵。-所謂單元的布星形狀比較特殊的情況是指實(shí)體單元如下圖時(shí).即厚度方5.根據(jù)自由面-在規(guī)定的誤差范用內(nèi)的相對應(yīng)的自由而、邊上建立接觸單元的方法。-修改了以前版本中兩個(gè)單元的間距大于自由面.邊的距離時(shí)，不能建立接觸單元的問題。6.根據(jù)平面-選擇在

4、單元之間建立的板、桁架.梁單元，在選擇的單元兩邊與他們相連的單元之間建立接觸單元的方法。-二維分析時(shí)，象樁單元、桁架單元的兩端建立接觸單元。-在此也可以有選擇地使用“選擇端節(jié)點(diǎn)”鍵。二、GTS接觸單元的理論分析1庫倫摩擦模型相同介質(zhì)或不同介質(zhì)之間的連接可使用接觸單元(mterfhceelement)模擬，MIDAS中的接觸單元采用了庫倫摩擦(Coulombfaction)理論。假設(shè)應(yīng)變出彈性應(yīng)變謚和塑性應(yīng)變組成，則有下面公式。(1)接口發(fā)生裂縫(Interfacecrack)前接觸單元的應(yīng)力定義如下。鎧DAA其中，D為彈性剛度矩陣。庫倫摩擦模型的破壞應(yīng)力/和勢函數(shù)g定義如下。f=+tntan0

5、伙)一疋伙)=0且0伙)：內(nèi)摩擦角函數(shù)c(k):粘聚力函數(shù)(p:剪脹角(dilatancyangle)剪脹角0對于豎向應(yīng)力是常數(shù)。在式(1)中可將塑性應(yīng)變兇定義為表示大小的塑性乘數(shù)和表示方向的成分的乘積。di將破壞函數(shù)/使用泰勒級數(shù)(Tciylxsenes)展開表示如下。由式(5)可得(6丿dk內(nèi)部參數(shù)增量聲與塑性乘數(shù)的增量審的關(guān)系如下:Qtan=1由式(4八(6八(7丿可得血=肌-丄必輕Othdtdt由式(2)得：敬=尤聖=一丄01D誡竺hdtdt由式(1)得:時(shí)奢細(xì)-hdtdt將式(1)代入式(2)計(jì)算的最終應(yīng)力增量為“如罟罟D雄dtdt(8)=DCAi&-Ai&=DH-D-Dc空hdtd

6、tAi&Ai&dtAi&dfdtQAudtOWdk將上血的式整理成如下公式。4ih+kntan0tan0+ktkgk)-knkttan0伙)p-rkt(/?+kntail0tan(p)IM(9)當(dāng)0工0時(shí)，式為非對稱矩陣，將發(fā)生非相關(guān)塑性流動(dòng)：當(dāng)0=0時(shí)式(9)為對稱矩陣，將發(fā)生相關(guān)塑性流動(dòng)。相關(guān)塑性流動(dòng)分析時(shí)在與臨界而垂直方向上將發(fā)生過大的開啟現(xiàn)象，這與實(shí)際反應(yīng)不符。非相關(guān)塑性流動(dòng)分析時(shí)隨著剛度矩陣的大小對內(nèi)存的需求和分析過程將增加，將適成分析時(shí)間加大。特別是當(dāng)。和0值相差較大時(shí)，即非相關(guān)性比較大的分析，將不容易收斂。在MIDAS/GTS中推薦使用0-0520。2.參數(shù)輸入方法1.5.5之前

7、的版本的接觸單元有沿著法線和切線方向的位移，離散裂縫(discretecracking丿中法線方向的裂縫對切線方向的材料特性有影響，但是切線方向的位移對法線方向沒有影響。改善的接觸單元使用了庫倫摩擦準(zhǔn)則，考慮了法線和切線位移的相關(guān)性。圖1.庫倫摩擦準(zhǔn)則話tti/偉改笛性圖2.接觸單元特性輸入對話框1)特性下而介紹接觸單元中需要輸入的特性。表1.接觸單元特性值項(xiàng)目內(nèi)容法向剛度模量Kk接觸面外垂直方向模量剪切剛度模量K,接觸面內(nèi)切線方向模量內(nèi)聚力c表示材料的內(nèi)聚力C內(nèi)摩擦角。表示材料的內(nèi)摩擦角0膨脹角表示材料的膨脹角0間隙值(GapValue)表示能承受的最大張拉應(yīng)力間隙值設(shè)定的是接觸面可以承受的

8、最大張拉應(yīng)力，當(dāng)接觸rfri所受的張力超過設(shè)定的值時(shí)，接觸單元將不能再承受張力。當(dāng)不輸入該值時(shí)，程序認(rèn)為接觸面可以持久地承受張拉應(yīng)力。(注：新的版本中將間隙翻譯為最大張拉應(yīng)力)-0始終00,且當(dāng)0=0時(shí)，將使用相關(guān)流動(dòng)法則。當(dāng)0-列520。時(shí)收斂性比較好，當(dāng)超過這個(gè)差值時(shí)，推薦在分析一般分析控制對話框中選擇非線性分析選項(xiàng)中的篁剛度不變”選項(xiàng)。2)Mode-II模型ModeII模型只有在定義了間隙值(GapXLue)時(shí)才發(fā)生作用。當(dāng)沒有定義間隙值時(shí)，即使定義fMode-n中的數(shù)據(jù)，接觸單元也按前面定義的特性做彈塑性分析oMode-n是定義接觸面切線方向的摩擦反應(yīng)的功能。表2.ModeII模型的種

9、類模型內(nèi)容脆性(Brittle)產(chǎn)生裂縫后不能再抵抗剪力的模型常量裂面剪力傳遞(ConstantShearRetention)表示接觸面的剪切剛度按某值進(jìn)行縮減的模型。在剛度縮減中輸入縮減后的剪切剛度。粒料連鎖(AggregateInterlock)接觸面比較粗糙時(shí)，粒子間因?yàn)榛ハ嘁Ш?，將產(chǎn)生摩擦和面膨脹效果。3)多線性硬化(Multi-linearHardening)表示多折線型的硬化模型，僅適用于接觸血切線方向的剪切變形。庫倫摩擦模型一般是兩個(gè)參數(shù)的模型，需要定義粘聚力和內(nèi)摩擦角。硬化模型是將粘聚力和內(nèi)摩擦角定義為隨著塑性應(yīng)變逐漸加大，來模擬硬化現(xiàn)象的模型。在點(diǎn)擊定義多折線硬化剪切強(qiáng)度0.

10、()0.0015().006塑性應(yīng)變圖3.多折線硬化MIDAS/GTS中提供了用于連接不同材料或剛度相差較大的材料的接觸單元.Goodman單元。一般來說通過適當(dāng)調(diào)整等參數(shù)(isoparametric)單元的剛度也可以實(shí)現(xiàn)類似于接觸單元的效果，但是接觸單元是不必細(xì)分單元的細(xì)長的單元。圖1所示的是節(jié)點(diǎn)號為1,2,3,4與整體坐標(biāo)軸1軸傾斜p角度的典型的接觸單元。圖1典型的接觸單元接觸單元的剪切應(yīng)力由用戶定義的接觸單元的剪切剛度決定，可用于判斷剪切應(yīng)力是否超過了莫爾-庫倫(Molu-Coulojnb)屈服標(biāo)準(zhǔn)中的最大剪切強(qiáng)度。超過了最大剪切強(qiáng)度時(shí)，殘留剪切模量將被用于計(jì)算單元?jiǎng)偠取Ａ硗?，?dāng)單元受拉

11、時(shí)，水平剛度和剪切剛度將被乘以1/10000,此時(shí)接觸單元可用于模擬節(jié)理。三、樁單元GTSV200中的樁單元采用了嵌入式梁單元的形式，在建立樁單元時(shí)可以考慮與周邊的連接。輸入的截面特性與梁單元相同，下面介紹樁單元的接觸特性的輸入方法。特性輸入特性值項(xiàng)目說明最終剪力限制了最大摩擦力剪切剛度系數(shù)（KJ面內(nèi)切線方向剛度系數(shù)函數(shù)輸入?yún)⒖几叨任化B的摩擦力一相對位移曲線法向剛度系數(shù)（KJ面外垂直方向的剛度系數(shù)參考髙度計(jì)算樁單元的摩擦力的參考位置摩擦力一相對位移曲線的坡度摩擦力一相對位移曲線隨高度變化的變化率用戶輸入的相對位移一摩擦力關(guān)系曲線為參考髙度位置的曲線，程序?qū)⒏鶕?jù)輸入的坡度值獲得不同深度位置的曲線

12、，如果坡度值輸入為0,則所有深度上都將使用相同的摩擦力一相對位移曲線。使用樁單元建立模型例題如下。橋墩建立在出5個(gè)土層構(gòu)成的地基上而，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)。分析時(shí)只考慮了自重，沒有考慮外部荷載。樁單元的摩擦力、相對位移都是按照局部坐標(biāo)系輸出。樁基礎(chǔ)和周邊地基的位移.樁的軸向摩擦力如下?？梢钥闯鰳秾χ苓叺鼗挠绊戄^大，并可以確認(rèn)樁與周邊巖土的摩擦力分布狀況。本構(gòu)方程實(shí)體單元和線單元的接觸類型實(shí)體單元可以使用低階和高階單元，可以使用的實(shí)體單元類型如下。8節(jié)點(diǎn)/20節(jié)點(diǎn)六而體單7L(Brick)6節(jié)點(diǎn)/15節(jié)點(diǎn)五而體單元(Wedge)4節(jié)點(diǎn)/10節(jié)點(diǎn)四而體單元(Tetra丿可以使用的線單元如下。2節(jié)點(diǎn)桁

13、架單元2節(jié)點(diǎn)梁單元接觸單元的整體坐標(biāo)系如下。X=X兀X,接觸單元的單元坐標(biāo)系可出整體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換如下。皿(x：,x；,x；)並卜XX,X,整體坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸表示如下。單元坐標(biāo)系可用直交行列式表示如下。X；X：X；x=X；X；X；X；X；X：使用單元坐標(biāo)系描述節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)如下。x；X：X；=X；x；x；h（x；XX）心X：X；X；二次形函數(shù)的形狀和公式如下。N嚴(yán)+N廠（Y）將高斯積分點(diǎn)位置上的形函數(shù)用M表示時(shí)，是節(jié)點(diǎn)號，/是積分點(diǎn)號。如果有兩個(gè)積分點(diǎn)，則1=1.2.節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)/可以使用節(jié)點(diǎn)號R和自由度號1表示。實(shí)體單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)位移自由度。,i-JA-JA-JJa是線單元的高斯積分點(diǎn)在單元坐標(biāo)系上

14、的坐標(biāo)。因?yàn)榧褐€單元的積分點(diǎn)在實(shí)體單元的等參坐標(biāo)系上的坐標(biāo)，所以可以使用實(shí)體單元的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)表現(xiàn)線單元的積分點(diǎn)坐標(biāo)系。單元坐標(biāo)系,6V9單元坐標(biāo)系單元坐標(biāo)系等參坐標(biāo)系的坐標(biāo)如下。八如才假設(shè)基本單元為15個(gè)節(jié)點(diǎn)的五面體單元，則形函數(shù)可用”M描述。N；00N；0N；0000N000n00N；在此，R是形函數(shù)的數(shù)，/是積分點(diǎn)的數(shù)。15節(jié)點(diǎn)五而體上穿越了3個(gè)節(jié)點(diǎn)的樁時(shí)，則相對位移一位移矩陣如下。TOC o 1-5 h z-打N00B=0N0000N010節(jié)點(diǎn)四面體上穿越了3個(gè)節(jié)點(diǎn)的樁時(shí)，則相對位移位移矩陣如下。10y；oo-f0000M00o-J00000皿00N；000N000000實(shí)體梁接觸單元的

15、剛度矩陣如下。即TTBdetJ,在此K,是剛度，說是重量，T是相對位移一摩擦力關(guān)系矩陣。實(shí)體-梁接觸單元中使用的材料本構(gòu)有線彈性LinearElastic)和非線性彈性(NonlmearEla血c)兩種類型，相對位移一摩擦力的關(guān)系矩陣如下。三維結(jié)構(gòu)的本構(gòu)方程由一個(gè)方向的法向應(yīng)力和兩個(gè)方向的切向應(yīng)力組成。非線性彈性的本構(gòu)方程出下圖獲得。用戶定義了在參考深度上的曲線和隨深度變化的摩擦力的變化率后，程序會(huì)計(jì)算實(shí)體一梁接觸單元的計(jì)算摩擦力的積分點(diǎn)的位置，然后使用摩擦力的變化率，自動(dòng)調(diào)整隨深度變化的曲線，并反映到內(nèi)力計(jì)算和剛度計(jì)算中。五、設(shè)置接觸單元時(shí)需要注意的問題：1、根據(jù)單元邊界設(shè)置單元坐標(biāo)系新理筷

16、總單元4確認(rèn)I職消|門酊1這個(gè)命令主要是針對于實(shí)體單元（三維）、平面應(yīng)變單元（二維），作用是：在與選擇的單元或網(wǎng)格相連的其他網(wǎng)格或單元之間建立接觸，選擇的網(wǎng)格之間的連接不建立接觸單元。需要注意的是如果有三個(gè)網(wǎng)格在同一位置相連的話，那節(jié)點(diǎn)斷開的規(guī)則是：選擇的那個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)不發(fā)生變化，其他兩個(gè)網(wǎng)格在接觸的位置重新產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)號（這兩個(gè)網(wǎng)格在連接位置是耦合的）。如下圖所示：網(wǎng)格3單元坐標(biāo)系（a）未分割前節(jié)點(diǎn)形式網(wǎng)格1（選擇的網(wǎng)格）網(wǎng)格2網(wǎng)格3單元坐標(biāo)系（b）分割后節(jié)點(diǎn)形式這種接觸方式往往是在實(shí)體和實(shí)體，實(shí)體和面之間建立接觸。比如：土層之間、土體與面單元之間。2、接觸特性的設(shè)置&耶X13複量伽）3M33剪肋

17、廈模呈俐!3血|flln-3內(nèi)張力（0|藥minZ內(nèi)W|百（Dos）淤刊6|亦D2廠沏辟疥W|別曲R審生廣統(tǒng)丘比邁為叨淞谿站創(chuàng)旳憶痂1|)”Utr七廠艸性轍粘索刪謝多似住盤樂（=劫廠&夠馬仙纟妣貞觀代75廠|毗|里謝|接觸特性對話框在GTS中接觸單元釆用的是沒有厚度（如果選擇轉(zhuǎn)換單元方式的話，也可以有厚度），無質(zhì)量的古徳曼單元（可以查看相關(guān)的理論），單元屬性默認(rèn)的是釆用莫爾庫侖接觸（實(shí)質(zhì)和莫爾昆侖準(zhǔn)則一樣）。所以在建模理解的時(shí)候，可以將接觸單元理解成為一個(gè)實(shí)體（或面單元）而這個(gè)單元的應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)和莫爾庫侖是一樣的，符合下面規(guī)律：在法向和切向的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是不一樣的（對于接觸單元來說，往往法向剛度大，切向剛度?。?，當(dāng)各個(gè)方向應(yīng)力按照莫爾庫侖準(zhǔn)則達(dá)到C、所定義的強(qiáng)度準(zhǔn)則的時(shí)候，應(yīng)力不會(huì)增大，應(yīng)變根據(jù)和周圍單元