Ansys接触分析

2013-08-14 by:Ansys接触分析教学中心来源:机械培训中心

Ansys接触分析

当两个分离的表面互相碰触并共切时,就称它们牌接触状态。在一般的物理意义中,牌接触状态的表面有下列特点:
1、  不互相渗透;
2、  能够互相传递法向压力和切向摩擦力;
3、  通常不传递法向拉力。
接触分类:刚性体-柔性体、柔性体-柔性体
实际接触体相互不穿透,因此,程序必须在这两个面间建立一种关系,防止它们在有限元分析中相互穿过。
――罚函数法。接触刚度
――lagrange乘子法,增加一个附加自由度(接触压力),来满足不穿透条件
――将罚函数法和lagrange乘子法结合起来,称之为增广lagrange法。
三种接触单元:节点对节点、节点对面、面对面。
接触单元的实常数和单元选项设置:
FKN:法向接触刚度。这个值应该足够大,使接触穿透量小;同时也应该足够小,使问题没有病态矩阵。FKN值通常在0.1~10之间,对于体积变形问题,用值1.0(默认),对弯曲问题,用值0.1。
FTOLN:最大穿透容差。穿透超过此值将尝试新的迭代。这是一个与接触单元下面的实体单元深度(h)相乘的比例系数,缺省为0.1。此值太小,会引起收敛困难。
ICONT:初始接触调整带。它能用于围绕目标面给出一个“调整带”,调整带内任何接触点都被移到目标面上;如果不给出ICONT值,ANSYS根据模型的大小提供一个较小的默认值(<0.03=
PINB:指定近区域接触范围(球形区)。当目标单元进入pinball区时,认为它处于近区域接触,pinball区是围绕接触单元接触检测点的圆(二维)或球(三维)。可以用实常数PINB调整球形区(此方法用于初始穿透大的问题是必要的)
PMIN和PMAX:初始容许穿透容差。这两个参数指定初始穿透范围,ANSYS把整个目标面(连同变形体)移到到由PMIN和PMAX指定的穿透范围内,而使其成为闭合接触的初始状态。初始调整是一个迭代过程,ANSYS最多使用20个迭代步把目标面调整到PMIN和PMAX范围内,如果无法完成,给出警告,可能需要修改几何模型。
TAUMAX:接触面的最大等效剪应力。给出这个参数在于,不管接触压力值多大,只要等效剪应力达到最大值TAUMAX,就会发生滑动。该剪应力极限值通常用于接触压力会变得非常大的情况。
CNOF:指定接触面偏移。+CNOF增加过盈、-CNOF减少过盈或产生间隙、CNOF能与几何穿透组合应用。
FKOP:接触张开弹簧刚度。针对不分离或绑定接触模型,需要设置实常数FKOP,该常数为张开接触提供了一个刚度值。FKOP阻止接触面的分离;FKOP默认为1.0,用于建立粘结模型,用一个较小值(1e-5)去建立软弹簧模型。
FKT:切向接触刚度。作为初值,可以采用-FKT=0.01*FKN,这是大多数ANSYS接触单元的缺省值。
COHE:粘滞力。即没有法向压力时开始滑动的摩擦应力值。
FACT,DC:定义摩擦系数变化规律
MU=MUK*(1+(FACT-1)EXP(-DC*vtfs/deltaT))
式中: MUK=动摩擦系数(用户自己定义)
FACT=MUS/MUK(用户自己定义)
MUS=静摩擦系数
DC=衰减系数(用户自己定义)
Vtfs/deltaT=表面间的相对速度
注意:动摩擦系数由被指定为材料属性(MU),由MP命令或GUI定义。缺省值:FACT=1,MUS=MUK=0,DC=0

Keyopt的介绍,以Target170,Conta173为例:
首先介绍170的Keyopt
KEYOPT(3):定义接触行为
KEYOPT(1):单元阶数(是否含有中节点)
KEYOPT(1)=0:低阶单元(不含中节点)
KEYOPT(1)=1:高阶单元(含中节点)
KEYOPT(2):刚体目标面约束条件
=0时,自动约束选项,每一个载荷步的末尾,程序内部将是性面重新设置约束。
满足以下条件,刚性面则缺省为自动约束
没有明确定义边界条件;
目标面与其它单元没有联系;
没有定义耦合或约束方程。
=1时,用户定义选项。
Conta173的Keyopt:
KEYOPT(1):自由度选项。=0时,结构:UX,UY,和UZ;=1时,结构和热;=2时,TEMP(用于纯热接触问题)
KEYOPT(2):选择接触算法。=0时,增广的拉格朗日法(缺省选项),推荐于一般应用,它对罚刚度不太敏感,但是也要求给出一个穿透容差。=1时,罚函数法。它推荐应用于单元非常扭曲、大摩擦系数和用增广的拉格朗日法收敛行为不好的问题。
KEYOPT(4):选择接触检查点。=0时,高斯点(缺省选项,推荐);=1时,节点;ANSYS面对面单元默认用高斯积分点作为接触检查点。
KEYOPT(5):自动CNOF调整。允许ANSYS基于初始状态自动给定CNOF值――导致“刚好接触”配置。=0时,不进行自动调整;=1时,闭合间隙;=2时,减小穿透;=3时,闭合间隙/减小穿透。
KEYOPT(7):时间步控制选项。(只有在Solution Control中打开基于接触状态变化的时间步预测,此选项才起作用。Solution>Unabridged Menu>Load Step Opts>Solution Ctrl
   =0时,不控制,不影响自动时间步长。对静力问题自动时间步打开时此选项一般是足够的。
=1时,自动二分,如果接触状态变化明显,时间步长将二分,对于动力问题自动二分通常是足够的;
=2时,合理值。比自动细分更耗时的算法;
=3时,最小值。此选项为下一子步预测最小时间增量(很耗机时,不推荐)。
KEYOPT(8):防止伪接触选项。=0时,不防止;=1时,检测并忽略伪接触。
KEYOPT(9):初始穿透间隙控制。=0时,包括几何穿透/间隙和CNOF;=1时,忽略几何穿透/间隙和CNOF;=2时,包括几何穿透/间隙和CNOF,且在第一个载荷步中渐变;=3时,忽略几何穿透/间隙,包括CNOF;=4时,忽略几何穿透/间隙,包括CNOF,且在第一个载荷步中渐变。
KEYOPT(10):接触刚度更新控制。=0,闭合状态的接触刚度不进行任何更新;=1,每一载荷步更新闭合状态的接触刚度(FKN或FKT,由用户指定);=2,与=1同,此外,在每一子步,程序自动更新接触刚度(根据变形后下伏单元的刚度)。
KEYOPT(11):壳、梁单元厚度影响。
如果已经创建了一个梁或壳单元模型,接触表面能够偏置,用于考虑梁或壳的厚度。=0,在中面接触(默认);=1,在指定表面的顶部或底部。
注意:当用SHELL181单元时,由于大应变变形引起的厚度改变也被考虑。
KEYOPT(12):创立不同的接触表面相互作用模型。
=0,标准的接触行为,张开时法向压力为0;
=1,粗糙接触行为,不发生滑动(类似无限摩擦系数);
=2,不分离,允许滑动;
=3,绑定接触,目标面和接触面一旦接触就粘在一起;
=4,不分离接触(总是),初始位于pinball区域内或已经接触的接触检查点在法向不分离;
=5,绑定接触(总是),初始位于pinball区域内或已经接触的接触检查点总是与目标面绑定在一起;
=6,绑定接触(初始接触),只在初始接触的地方采用绑定,初始张开的地方保持张开。

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