ANSYS高级接触分析ppt.pdf

ANSYS 高级接触问题 • 接触问题概述 • 在工程中会遇到大量的接触问题，如齿轮的啮合、法兰 联接、机电轴承接触、卡头与卡座、密封、板成形、冲 击等等。接触是典型的状态非线性问题，它是一种高度 非线性行为。接触例子如下图： ANSYS 高级接触问题 • 分析中常常需要确定两个或多个相互接触物体的 位移、接触区域的大小和接触面上的应力分布。 • 接触分析存在两大难点： • 在求解之前，你不知道接触区域的范围；表面之 间是接触还是分开是未知的；表面之间突然接触 或突然不接触会导致系统刚度的突然变化。 • 大多数接触问题需要计算摩擦。摩擦是与路径有 关的现象，摩擦响应还可能是杂乱的，使问题求 解难以收敛。 §1 接触分类 • 刚－柔 • 一个表面是完全刚性的—除刚体运动外无应变、应 力和变形，另一表面为软材料构成是可变形的。 • 只在一个表面特别刚硬并且不关心刚硬物体的应力 时有效。 • 柔－柔 • 两个接触体都可以变形。 §2 接触单元 • ANSYS 采用接触单元来模拟接触问题： • 跟踪接触位置； • 保证接触协调性（防止接触表面相互穿透）； • 在接触表面之间传递接触应力（正压力和摩 擦）。 • 接触单元就是覆盖在分析模型接触面上的一层 单元。 • 在 ANSYS 中可以采用三种不同的单元来模拟 接触： ◦ 面一面接触单元； ◦ 点一面接触单元； ◦ 点一点接触单元。 §2 接触单元 • 不同的单元类型具有完全不同的单元特性和分 析过程。 • 1. 面一面接触单元用于任意形状的两个表面接 触 • 不必事先知道接触的准确位置； • 两个面可以具有不同的网格； • 支持大的相对滑动； • 支持大应变和大转动。 • 例如: 面一面接触可以模拟金属成型，如轧制 过程。 §2 接触单元 §2 接触单元 • 2. 点一面接触单元用于某一点和任意形状的面的 接触 • 可使用多个点－面接触单元模拟棱边和面的接 触； • 不必事先知道接触的准确位置； • 两个面可以具有不同的网格； • 支持大的相对滑动； • 支持大应变和大转动。 • 例：点面接触可以模拟棱边和面之间的接触 §2 接触单元 §2 接触单元 • 3. 点－点接触单元用于模拟单点和另一个确定点 之间的接触。 • 建立模型时必须事先知道确切的接触位置； • 多个点－点接触单元可以模拟两个具有多个单元 表面间的接触； ◦ 每个表面的网格必须是相同的； ◦ 相对滑动必须很小； ◦ 只对小的转动响应有效。 • 例如: 点一点接触可以模拟一些面的接触。如地基 和土壤的接触 §2 接触单元 §3 关于耦合和约束方程的应用 • 如果接触模型没有摩擦，接触区域始终粘在一起，并且分 析是小挠度、小转动问题，那么可以用耦合或约束方程代 替接触。 • 使用耦合或约束方程的优点是分析还是线性的 接触问题的一般特性 • §1 接触刚度 • 1、所有的 ANSYS 接触单元都采用罚刚度（接触刚度）来 保证接触界面的协调性 • 在数学上为保持平衡，需要有穿透值 • 然而，物理接触实体是没有穿透的 • 分析者将面对困难的选择： • 小的穿透计算精度高，因此接触刚度应该大； • 然而，太大的接触刚度会产生收敛困难：模型可能会振荡，接触 表面互相跳开。 • 接触刚度是同时影响计算精度和收敛的最重要的参数。你必须选 定一个合适的接触刚度。 • 除了在表面间传递法向压力外，接触单元还传递切向运动（摩 擦）。采用切向罚刚度保证切向的协调性。（图1－2） • 作为初值，可采用：Ktangent=