ansys螺栓预紧与强度计算培训Ch3.ppt

July 30, 1999 接触刚度 第三章 接触刚度A. 基本内容 回顾: 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 ( D 0). 然而, 物理接触实体是没有穿透的 (D = 0). 接触刚度... 基本内容 作为分析人员, 将面对困难的选择: 小的穿透计算精度高. 因此, 接触刚度应该很大. 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 ... 基本内容 接触刚度 是同时影响计算精度和收敛性的最重要的参数. 你必须仔细选定一个合适的接触刚度. 平衡收敛效率和计算精度之间的关系. “最好” 的值是与问题相关的, 必须不断通过验证计算来确定. 使用一个试验值, 然后考察收敛性和计算精度. 接触刚度... 基本内容 除了在表面间传递法向运动(压力), 接触单元还传递切向运动(摩擦). 接触单元采用切向罚刚度 保证切向方向的协调性. 切向罚刚度与法向罚刚度以同样的方式对收敛性和计算精度产生影响. 接触刚度B. 指定一个值 选定一个合适的接触刚度值需要一些经验. 对于面－面接触单元, 接触刚度通常指定为基体单元刚度的一个比例因子. 开始估计时, 选用: FKN = 1.0 大面积实体接触. FKN = 0.01 – 0.1 较柔软 (弯曲占主导的)部分. 另外, 也可以指定一个绝对刚度值, 单位是 (力/长度)/面积. 接触刚度... 指定一个值 点－点 (除 CONTA178) 和点－面接触单元需要为罚刚度 KN 输入绝对值. 初始估计时: 对于大变形: 0.1*E KN 1.0*E 对于弯曲: 0.01*E KN 0.1*E … E 为弹性模量. 如何计算合适的绝对刚度值的详细讨论请参考 附录. 接触刚度... 指定一个值 下面的过程可以作为指导: 1. 开始采用较小的刚度值. 2. 对前几个子步进行计算. 3. 检查穿透量和每一个子步中的平衡迭代次数. 在粗略的检查中,如以实际比例显示整个模型时就能够观察到穿透, 则穿透可能太大了,需要提高刚度重新分析. 如果收敛的迭代次数过多 (或未收敛), 降低刚度重新分析. 注意: 罚刚度可以在载荷步间改变 , 并且可以在重启动中调整. 接触刚度... 指定一个值 牢记: 接触刚度是同时影响计算精度和收敛性的最重要的参数. 如果你能够完全掌握这个要点, 就可以处理绝大部分接触困难! 如果有收敛问题, 减小刚度值, 重新分析. 在敏感的分析中, 还应该改变罚刚度来验证计算结果的有效性. 在连续分析中减小刚度的范围, 直到重要的结果项 (接触压力, 最大 SEQV 等) 不再明显改变. 接触刚度 ...练习 1-平面密封圈 练习指导请参考练习附录: W1. 接触刚度. 接触刚度C. 附录 – 计算刚度值 接触刚度 附录 接触刚度… 附录 – 计算刚度值 通常, 可以由接触表面的相对刚度估计一个比较好的接触刚度. 大面积实体的刚度一般大于弹性的易弯曲结构的刚度. 接触刚度主要是相对于大面积实体结构而言. 大面积接触的实例有金属加工，车轮和铁轨，销钉和轴承座等. 易弯曲的接触实例有叶片弹簧，板成形等. 接触刚度... 附录 – 计算刚度值 对于大面积实体, 赫兹接触刚度 通常可以为接触刚度提供合适的基本值. 这个刚度可以由单元尺寸和杨氏模量来估计. 对于具有一致形状的 3D 单元, 赫兹刚度可以近似为 kHertz ? a x E, 式中 a 是特征单元尺寸, E 是杨氏模量. 对于具有厚度 (t) 的 2D 单元, 赫兹刚度可以近似为 kHertz ? t x E. 对于 2D 轴对称单元, “厚度” 是 1 弧度 x r, 赫兹刚度近似为 kHertz ? r x E. 接触刚度... 附录 –计算刚度值 实践中, 大面积接触刚度的合适初值应为 kcontact = fbulk x kHertz, 式中因子 fbulk 对于大面积实体介于 0.1 和 10 之间. 由于 fbulk 的初始估计值在至少两个量级的范围内, 并且由于 kcontact 总要通过试验进行调整, 因此当估计罚刚度时没有必要担心单元尺寸. 对于大面积实体, 可只通过下式简单地估计罚刚度 k = fbulk x E 式中因子 fbulk 通常介于 0.1 和 10 之间, fbulk 的合适的初值通常可取 fbulk = 1.0. 此估计值假定一个近似的“单位”单元长度; 对于非常大或非常小的单元 , 可能需要相应地调整 fbulk 值. 接触刚度... 附录 – 计算刚度值 如