使用ANSYS自動(dòng)接觸技術(shù)的方法

1、使用ANSYS自動(dòng)接觸技術(shù)的方法本文介紹了使用ANSYS自動(dòng)接觸技術(shù)的方法。現(xiàn)代CAE技術(shù)可以對(duì)相當(dāng)大規(guī)模的問(wèn)題進(jìn)行分析，這種分析可以是復(fù)雜的接觸問(wèn)題(在CAD中稱為“裝配”)。裝配體的分析模擬是公認(rèn)的最尖端的CAD/CAE技術(shù)之一，這項(xiàng)技術(shù)使得人們得以精確的預(yù)測(cè)一個(gè)多零部件的結(jié)構(gòu)的性能。傳統(tǒng)的，也是最直接的裝配方法是先簡(jiǎn)單的導(dǎo)入裝配體的各個(gè)零部件，確定它們的空間相對(duì)位置，然后人為地確定各零部件在整個(gè)裝配體中的接觸關(guān)系，建立接觸單元。此過(guò)程在其他CAE軟件中須采用手工方式完成，不僅需要漫長(zhǎng)的虛擬整機(jī)建立過(guò)程，同時(shí)，還需要工程師對(duì)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)、限制、風(fēng)險(xiǎn)全面的了解。每一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的有限元分析工程

2、師都知道，沒(méi)有任何兩個(gè)接觸問(wèn)題是完全一樣的，裝配問(wèn)題的復(fù)雜性在某種程度上肯定了ANSYS在這個(gè)領(lǐng)域的成就ANSYS可以對(duì)各種不同的接觸問(wèn)題進(jìn)行非常好，而且簡(jiǎn)便的模擬。一個(gè)裝配體的ANSYS有限元分析過(guò)程可以簡(jiǎn)單的歸納為：建立模型并劃分網(wǎng)格識(shí)別零部件相互關(guān)系施加邊界條件以及環(huán)境參量求解并復(fù)查結(jié)果事實(shí)上在ANSYS默認(rèn)的設(shè)定中，當(dāng)一個(gè)裝配體的CAD模型被倒入的時(shí)候，接觸關(guān)系已經(jīng)被自動(dòng)的探測(cè)了，而接觸區(qū)域被指定為面/面關(guān)系。這個(gè)默認(rèn)的設(shè)定可以在“Simulation Contact”設(shè)定選項(xiàng)的Option對(duì)話框中更改。默認(rèn)的接觸自動(dòng)探測(cè)屬性適合于大多數(shù)的接觸問(wèn)題。然而，附加的接觸關(guān)系控制設(shè)定拓寬了可

3、以模擬的接觸類型。在接觸關(guān)系控制設(shè)定中：全局屬性：包括自動(dòng)接觸探測(cè)的基本設(shè)定，以及高亮顯示的接觸區(qū)域的透明度設(shè)定，這些設(shè)定將會(huì)影響所有的接觸區(qū)域。接觸區(qū)域控制：包括接觸屬性瀏覽，區(qū)域接觸類型設(shè)定，以及其他的一些高級(jí)控制選項(xiàng)，例如設(shè)定接觸模擬方程，法向剛度，熱傳導(dǎo)設(shè)定，以及pinball區(qū)域設(shè)定等等。更加詳細(xì)地，自動(dòng)接觸探測(cè)的基本設(shè)定包含：容差設(shè)定(Tolerance setting)，即容差類型以及容差值的設(shè)定;接觸探測(cè)的種類設(shè)定(例如設(shè)定探測(cè)面/面接觸，面/邊接觸以及邊/邊接觸)等;接觸探測(cè)種類優(yōu)先權(quán)設(shè)定(例如設(shè)定面/面接觸優(yōu)先于其他種類的接觸)等。在接觸區(qū)域控制的接觸類型設(shè)定中，ANSYS

4、可以模擬如下的多種接觸類型：固結(jié)(Bonded)，即完全綁定，無(wú)摩擦也無(wú)滑動(dòng)。不分離(No separation)，和固結(jié)類似，不過(guò)在小范圍內(nèi)允許無(wú)摩擦的滑動(dòng)。無(wú)摩擦(Frictionless)，部件之間摩擦系數(shù)為0，允許法相分離。粗糙(Rough)，與無(wú)摩擦類型相似，只是部件之間不允許接觸滑動(dòng)。有摩擦的(Frictional)，部件之間會(huì)因摩擦系數(shù)而產(chǎn)生剪切力。在接觸區(qū)域控制的高級(jí)設(shè)定中，使用者甚至可以設(shè)定潛在的接觸模擬方法，在ANSYS 9.0版本中有如下選擇：廣義拉格朗日法(Augmented Lagrange)罰函數(shù)法(Pure Penalty)多點(diǎn)約束法(Multipoint con

5、straint，MPC)拉格朗日法(Normal Lagrange)具體每種模擬方法的數(shù)學(xué)模型在此不逐一介紹，簡(jiǎn)單介紹一下比較年輕的內(nèi)部多點(diǎn)約束(MPC)算法。MPC算法適用于面對(duì)面、點(diǎn)對(duì)面的接觸單元。使用該方法時(shí)，ANSYS會(huì)根據(jù)接觸運(yùn)動(dòng)建立MPC方程。內(nèi)部MPC方法能夠克服傳統(tǒng)接觸法則和其他多點(diǎn)約束方法的缺點(diǎn)。若與粘結(jié)接觸結(jié)合使用，MPC方法可簡(jiǎn)化下列形式的接觸裝配和運(yùn)動(dòng)約束：固-固裝配、殼-殼裝配、殼-固裝配、梁-固裝配、剛性面約束以及任意面的載荷分布。內(nèi)部MPC 方法可以克服傳統(tǒng)接觸算法和ANSYS中的其他多點(diǎn)約束工具的缺點(diǎn)，例如：接觸面節(jié)點(diǎn)的自由度被消去;可以減小系統(tǒng)方程求解的波前大

6、小;不需要輸入接觸剛度;對(duì)于小變形問(wèn)題，它代表真實(shí)的線性接觸行為;求解系統(tǒng)方程時(shí)不需要平衡迭代;對(duì)于大變形問(wèn)題，MPC方程在每個(gè)平衡迭代中不斷進(jìn)行更新，克服了傳統(tǒng)約束方程只適用于小應(yīng)變的限制條件。此外值得一提的是，相比普通的罰函數(shù)方法，廣義拉格朗日法常常能得到更好的模擬結(jié)果，對(duì)接觸剛度系數(shù)也不是那么的敏感，然而在某些分析算例中，廣義拉格朗日方法需要更多的迭代次數(shù)，也就是收斂的比較慢一些。針對(duì)裝配結(jié)構(gòu)有限元模擬的實(shí)際問(wèn)題，ANSYS提供了強(qiáng)大的裝配結(jié)構(gòu)模擬能力和完備而易用的接觸自動(dòng)檢測(cè)功能。運(yùn)用CAD模型“鏈接”技術(shù)，在建立裝配模型“鏈接”的過(guò)程中，自動(dòng)探測(cè)裝配關(guān)系，同時(shí)完成“接觸”單元的建立，

7、從而將人為干預(yù)最小化。說(shuō)明：本信息本文介紹了使用ANSYS自動(dòng)接觸技術(shù)的方法?，F(xiàn)代CAE技術(shù)可以對(duì)相當(dāng)大規(guī)模的問(wèn)題進(jìn)行分析，這種分析可以是復(fù)雜的接觸問(wèn)題(在CAD中稱為“裝配”)。裝配體的分析模擬是公認(rèn)的最尖端的CAD/CAE技術(shù)之一，這項(xiàng)技術(shù)使得人們得以精確的預(yù)測(cè)一個(gè)多零部件的結(jié)構(gòu)的性能。傳統(tǒng)的，也是最直接的裝配方法是先簡(jiǎn)單的導(dǎo)入裝配體的各個(gè)零部件，確定它們的空間相對(duì)位置，然后人為地確定各零部件在整個(gè)裝配體中的接觸關(guān)系，建立接觸單元。此過(guò)程在其他CAE軟件中須采用手工方式完成，不僅需要漫長(zhǎng)的虛擬整機(jī)建立過(guò)程，同時(shí)，還需要工程師對(duì)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)、限制、風(fēng)險(xiǎn)全面的了解。每一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的有限元分析工

8、程師都知道，沒(méi)有任何兩個(gè)接觸問(wèn)題是完全一樣的，裝配問(wèn)題的復(fù)雜性在某種程度上肯定了ANSYS在這個(gè)領(lǐng)域的成就ANSYS可以對(duì)各種不同的接觸問(wèn)題進(jìn)行非常好，而且簡(jiǎn)便的模擬。一個(gè)裝配體的ANSYS有限元分析過(guò)程可以簡(jiǎn)單的歸納為：建立模型并劃分網(wǎng)格識(shí)別零部件相互關(guān)系施加邊界條件以及環(huán)境參量求解并復(fù)查結(jié)果事實(shí)上在ANSYS默認(rèn)的設(shè)定中，當(dāng)一個(gè)裝配體的CAD模型被倒入的時(shí)候，接觸關(guān)系已經(jīng)被自動(dòng)的探測(cè)了，而接觸區(qū)域被指定為面/面關(guān)系。這個(gè)默認(rèn)的設(shè)定可以在“Simulation Contact”設(shè)定選項(xiàng)的Option對(duì)話框中更改。默認(rèn)的接觸自動(dòng)探測(cè)屬性適合于大多數(shù)的接觸問(wèn)題。然而，附加的接觸關(guān)系控制設(shè)定拓寬了

9、可以模擬的接觸類型。在接觸關(guān)系控制設(shè)定中：全局屬性：包括自動(dòng)接觸探測(cè)的基本設(shè)定，以及高亮顯示的接觸區(qū)域的透明度設(shè)定，這些設(shè)定將會(huì)影響所有的接觸區(qū)域。接觸區(qū)域控制：包括接觸屬性瀏覽，區(qū)域接觸類型設(shè)定，以及其他的一些高級(jí)控制選項(xiàng)，例如設(shè)定接觸模擬方程，法向剛度，熱傳導(dǎo)設(shè)定，以及pinball區(qū)域設(shè)定等等。更加詳細(xì)地，自動(dòng)接觸探測(cè)的基本設(shè)定包含：容差設(shè)定(Tolerance setting)，即容差類型以及容差值的設(shè)定;接觸探測(cè)的種類設(shè)定(例如設(shè)定探測(cè)面/面接觸，面/邊接觸以及邊/邊接觸)等;接觸探測(cè)種類優(yōu)先權(quán)設(shè)定(例如設(shè)定面/面接觸優(yōu)先于其他種類的接觸)等。在接觸區(qū)域控制的接觸類型設(shè)定中，ANSY

10、S可以模擬如下的多種接觸類型：固結(jié)(Bonded)，即完全綁定，無(wú)摩擦也無(wú)滑動(dòng)。不分離(No separation)，和固結(jié)類似，不過(guò)在小范圍內(nèi)允許無(wú)摩擦的滑動(dòng)。無(wú)摩擦(Frictionless)，部件之間摩擦系數(shù)為0，允許法相分離。粗糙(Rough)，與無(wú)摩擦類型相似，只是部件之間不允許接觸滑動(dòng)。有摩擦的(Frictional)，部件之間會(huì)因摩擦系數(shù)而產(chǎn)生剪切力。在接觸區(qū)域控制的高級(jí)設(shè)定中，使用者甚至可以設(shè)定潛在的接觸模擬方法，在ANSYS 9.0版本中有如下選擇：廣義拉格朗日法(Augmented Lagrange)罰函數(shù)法(Pure Penalty)多點(diǎn)約束法(Multipoint co

11、nstraint，MPC)拉格朗日法(Normal Lagrange)具體每種模擬方法的數(shù)學(xué)模型在此不逐一介紹，簡(jiǎn)單介紹一下比較年輕的內(nèi)部多點(diǎn)約束(MPC)算法。MPC算法適用于面對(duì)面、點(diǎn)對(duì)面的接觸單元。使用該方法時(shí)，ANSYS會(huì)根據(jù)接觸運(yùn)動(dòng)建立MPC方程。內(nèi)部MPC方法能夠克服傳統(tǒng)接觸法則和其他多點(diǎn)約束方法的缺點(diǎn)。若與粘結(jié)接觸結(jié)合使用，MPC方法可簡(jiǎn)化下列形式的接觸裝配和運(yùn)動(dòng)約束：固-固裝配、殼-殼裝配、殼-固裝配、梁-固裝配、剛性面約束以及任意面的載荷分布。內(nèi)部MPC 方法可以克服傳統(tǒng)接觸算法和ANSYS中的其他多點(diǎn)約束工具的缺點(diǎn)，例如：接觸面節(jié)點(diǎn)的自由度被消去;可以減小系統(tǒng)方程求解的波前大小;不需要輸入接觸剛度;對(duì)于小變形問(wèn)題，它代表真實(shí)的線性接觸行為;求解系統(tǒng)方程時(shí)不需要平衡迭代;對(duì)于大變形問(wèn)題，MPC方程在每個(gè)平衡迭代中不斷進(jìn)行更新，克服了傳統(tǒng)約束方程只適用于小應(yīng)變的限制條件。此外值得一提的是，相比普通的罰函數(shù)方法，廣義拉格朗日法常常能得到更