ANSYS接触分析与设置

ANSYS

在实际分析中经常涉及到结构或者构件之间的非线性接触,接触问题是一种非线性行为,通常需要大量的计算资源,为进行合理的分析,需要建立有效的问题模型。在ANSYS结束设置中往往涉及到两个主要的问题:

  1. 接触区域大小不确定,这主要是在问题求解之前并不能确定一个区域是否会发生接触,或者接触体会不会出现自接触的情况。另外,模型表面的状态是分开还是接触也不能确定。
  2. 接触摩擦的设置,由于接触之间通常都存在摩擦行为,摩擦行为也是非线性行为,往往摩擦的存在使得接触问题的收敛变得困难,因此摩擦模型的选择以及摩擦系数的设置需要仔细考虑。

在实际接触中,可以根据接触问题将接触分为两大类:

  • 刚体—柔体接触,在这种接触中接触面的一个或者多个被当做刚体,即在相互接触的两个物体或者多个物体中存在较大刚度的物体,一般情况下,在金属成型问题中,可以考虑为此类问题,可以将模具当作刚体,而成型金属当作柔体。
  • 柔体—柔体接触,在这种接触中,相互接触的两个或者多个物体刚度接近,因此在分析中,它们都会发生变形,这样的问题往往更加复杂一些。
接触

接触

对于接触的方式,大致按照ANSYS的分析可以分为3种,点—点接触、点—面接触、面—面接触,为了建立合适的模型,需要了解模型的哪部分会相互接触,使用何种接触的方式。

  1. 点—点接触:这种接触主要用于模拟点与点之间的基础,接触范围较小,需要预先知道接触的位置,接触面之间有较小的相对滑动,通常两个面上的节点是一一对应的,这样相对滑动基本可以忽略。接触面之间的挠度或者转动同样保持小量。这类问题可以用Contact12单元和Contact52单元,他们都是使用罚函数施加接触协调条件。
  2. 点—面接触:如果通过一组节点定义接触面,并生成多个单元,那么可以通过此类接触来模拟面与面之间的接触,面既可以是刚形体,也可以是柔性体。使用这类单元时,不需要确切的知道接触位置,接触面之间的网格也可以不一致,并且相互之间可以有较大的相对滑动。Contact48单元和Contact49单元都是点—面接触单元,其中Contact48单元采用伪单元算法提供较好的建模能力,这些单元使用罚函数作为接触协调条件,也可以用综合的罚函数和拉格朗日乘子。
  3. 面—面接触:这类接触是使用较为广泛的接触方式,可以用于刚—柔接触和柔—柔接触。在ANSYS中,需要为接触部分生成“接触对”,这是由目标单元和接触单元组成的,ANSYS通过共享实常数号来进行“接触对”识别,因此在建立“接触对”时,需要为目标单元和接触单元指定相同的实常数。此类接触使用Target169和Target170模拟2D和3D面,而接触面使用Contact171、Contact172、Contact173、Contact174来模拟,面与面接触单元使用增强的拉格朗日法施加接触协调条件,作为一个可选项,可以使用罚函数方法。

对于通常接触,一般采用面—面接触,这类接触有下列好处:

  • 支持摩擦、大变形,以及较大的相对滑动;
  • 可以计算壳和梁的厚度改变;
  • 可以支持低阶和高阶单元;
  • 半自动接触刚度计算;
  • 没有刚体表面形状的限制;
  • 可以提供法向压力以及摩擦应力的结果;
  • 通过控制节点来控制刚性面;
  • 可以使用向导进行生成;
  • 支持多种接触,比如:绑定接触、渐变初始渗透、目标面自由移动到初始接触、平移接触面、支持生死单元;
  • 较少的接触单元。
自接触

自接触

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