接触分析04高级刚性目标面

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Advanced Contact & Fasteners,Training Manual,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,高级刚性目标面,第三章,刚性目标面,当一个面相对其临近的面为刚性面时，柔体刚体接触对能够极大的简化模型,.,此接触分析技术较常用,.,刚性目标单元,(TARGE169/170),仅针对面面单元,(CONTA171-174),和点面单元,(CONTA175).,该章节主要考虑模拟刚性目标面时需用到的高级工具选项,.,刚性目标面,本章我们考虑以下主题,:,导向节点,约束刚性目标面,复杂目标面,创建接触单元,刚性目标面,A.,导向节点,刚性面和导向节点相联系，导向节点的移动控制目标面的移动,.,导向节点可控制整个刚性目标面,.,整个面的力、位移以及转动可以通过导向节点指定,.,如果定义了导向节点，那么,ANSYS,只检查导向节点的边界条件并忽略目标面上其它节点的约束,.,导向节点可以直接生成也可以通过,mesh,一个关键点生成,.,导向节点可以在任何位置指定，因此支持刚性面的转动,.,只有导向节点可以和其它单元连接，若刚性体有质量，那么可在导向点上再定义一个,Mass21,单元,.,每个目标面只能有一个导向节点,.,刚性面转动,刚性目标面,.,导向节点,缺省情况下，若满足下列条件，刚性目标面自动被约束,:,没有明确的定义边界条件,.,目标面没有和其它单元相连接,.,没有定义耦合和约束方程,.,刚性目标面,B.,约束刚性目标,如果选择,自动约束,，那么,ANSYS,对刚性面的约束设置在每个载荷步结束时会被重置。因此重启动分析时需谨慎。,如果选择,用户指定,，那么用户需要定义刚性目标面的所有正确的边界条件。,如果用户没有定义适当的自由度约束的话，表面会在相应的方向作刚体运动,刚性目标面,.,约束刚性目标,ANSYS,静态分析中，如果力施加在一个零刚度的自由度上，那么程序将忽略该载荷,.,一个初始未施加约束的刚性目标面会产生零刚度,.,施加在此类表面导向节点上的力和弯矩将会被忽略,.,在这种情况下，可使用弱弹簧单元来增加一个小的刚度，以防止载荷的丢失,.,刚性目标面,约束刚性目标,刚性目标可以是基本图元的叠加和综合（例如圆柱、圆台和球体等）,.,对于任意表面，网格形状不是很重要，但目标单元是否很好的代表了几何结构却至关重要,.,过粗略的对目标面离散化会导致收敛困难,.,刚性目标面,C.,复杂目标面,对复杂目标面分网的一些建议,:,如果刚性目标能够离散成基本图元，那么就使用基本图元,. (,更少的单元且更有效,.),尽可能使用映射网格,.,如果面的某边无曲率，那么指定单元分割数,.,对较平坦的面使用低阶目标单元，若面的曲率较大则使用高阶单元,.,刚性目标面,.,复杂目标面,以下为一个刚性面使用低阶单元和高阶单元的例子,.,低阶单元占机时较少，但需要较多数量的单元,.,高阶单元占机时较多，但需要较少数量的单元,.,低阶单元,高阶单元,刚性目标面,.,复杂目标面,对与使用高阶单元分网或低阶单元分网的目标面，目标节点都可采用局部坐标系,.,这使得目标面在分析中能够改变形状,.,例如，要模拟一个膨胀的圆柱体可采用如下几步,:,使用高阶四边形单元分网,旋转节点坐标系至柱坐标系,给节点施加径向位移使圆柱体膨胀,刚性目标面,.,复杂目标面,在大滑动问题中，尖的突角会导致收敛困难,.,对线或面进行倒角以防止尖角的出现,.,使用,KEYOPT(4),改变接触探测的位置,.,或者在尖角处增加点面接触,.,外法向,平滑半径,刚性目标面,刚性目标面,.,复杂目标面,有时因为目标面不是足够的大，使得接触单元从刚性目标面上滑落,.,为解决这个潜在问题，采用目标面延伸参数可使得目标面足够大以保证接触状态不变,.,缺省值为目标单元长度的,10%,接触探测的位置设为节点时该选项才可使用,刚性目标面,.,复杂目标面,刚性目标面,D.,创建接触单元,接触向导是一个极为方便的接触对创建工具，它需要最少的用户干预,.,但少数时候接触向导并不能完全胜任对接触的模拟,.,尽管此种情况较少，但如果遇到的话，必须使用接触向导外的其它方法创建接触单元,.,目标单元有一种特殊的单元属性目标单元形状,(TSHAP).,当直接生成目标面时要指定,TSHAP.,当使用KMESH, LMESH, AMESH产生刚体单元时，,程序自动使用正确的,TSHAP,使用,TSHAP,时,用户应该对可供选择的单元形状较熟悉,.,2D,目标单元,TARGE169,有以下几种形式,:,线、抛物线、弧线、圆和导向节点,.,J,I,I,J,K,I,J,K,I,I,弧线,导向节点,圆,线,抛物线,刚性目标面,.,创建接触单元,3D,目标单元,TARGE170,有以下几种形式,: 3,节点三角形, 4,节点四边形, 6,节点三角形, 8,节点四边形,圆柱,圆台,球体以及导向节点,.,刚性目标面,.,创建接触单元,2D,面面接触单元,CONTA171,是一个二维,2,节点的低阶线单元，它可以附在二维体单元、壳单元和梁单元的表面上,.,CONTA172,是一个二维,3,节点（带中间节点）的高阶抛物线单元，它可以附在二维体单元的表面上,.,CONTA171,CONTA172,刚性目标面,.,创建接触单元,3-D,面面接触单元,CONTA174,是一个三维,8,节点（带中间节点）的高阶四边形单元，它可附在三维体单元的表面,.,它也可退化为,6,节点三角形,.,CONTA173,是一个三维,4,节点的低阶四边形单元，它可附在三维体单元或壳单元的表面,.,它也可退化为,3,节点三角形,.,刚性目标面,.,创建接触单元,创建面面接触单元的步骤,Step 1.,创建下面的实体模型并分网,.,Step 2.,指定接触面和目标面,.,在右边这个例子中，存在刚性面，因此目标面和接触面的指定可以确定,.,接触面,超弹性密封件的嵌入模拟,刚性目标面,刚性目标面,.,创建接触单元,Step 3.,设定单元选项和实常数,.,注意：,接触对由实常数进行识别,.,接触单元和目标单元必须共用一个实常数,.,刚性目标面,.,创建接触单元,Step 4.,创建目标面单元,.,此步视目标单元是刚体或柔体而定,.,对于,刚体,:,使用直接生成法,(E),或者,自动分网生成,(LMESH, AMESH),对于,柔体,:,使用,Create Elements Surface-to-Surface (ESURF),刚性目标面,.,创建接触单元,Step 4,创建目标面单元,.,直接生成刚性目标面时,目标单元形状（,TSHAP,）要在创建目标单元之前设定,.,TSHAP,定义目标单元的形状,.,刚性目标面,.,创建接触单元,Step 4,创建目标面单元,.,在对刚性目标面自动划分网格时并不需要,TSHAP.,ANSYS,会自动确定目标单元的形状,.,Mesh,关键点,(KMESH) ,导向节点,Mesh,线,(LMESH) ,二维刚性目标面,Mesh,面,(AMESH) ,三维刚性目标面,刚性目标面,.,创建接触单元,Step 4,创建目标面单元,.,检查外法线方向（如果对刚性目标使用自动分网时）,:,显示单元（打开单元坐标标志）,.,然后使用,ESURF,创建单元,.,线,反时针圆弧线,导向节点,刚性目标面,.,创建接触单元,Step 5.,创建接触面单元,.,设置好接触单元的属性，选择柔体表面节点并创建接触单元（和在柔体上创建目标单元的步骤类似）,Preprocessor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to Surf,这些接触单元的阶数（低阶或高阶）和它下面单元的阶数相同,.,(ESURF),刚性目标面,.,创建接触单元,Step 5,创建接触面单元,.,对于在壳单元或者梁单元上创建接触单元或目标单元，程序可让用户选择是在壳,/,梁的底面还是顶面创建该单元,.,单元位置控制,刚性目标面,.,创建接触单元,当使用接触向导创建接触对时，接触单元自由度自动和底下的单元协调,.,当接触对是在接触向导外被创建时,必须使用,APDL,定义其自由度,KEYOPT(1),，或使用以下,GUI,方式,:,Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/DeleteOptions,刚性目标面,.,创建接触单元,此后，施加载荷、边界条件、求解、后处理的步骤和是否使用接触向导无关,.,创建一个典型的面面、刚体柔体接触对的,APDL,:,et,2,169!,定义目标单元,et,3,171!,定义接触单元,r,3,0.1!,接触对通过实常数,3,识别，,FKN,值为,0.1,mp,mu,3,0.2 !,定义摩擦系数,lsel,s,!,选择目标面,type,2!,指定目标面的单元类型,real,3!,指定实常数,lmesh,all!,分网,lsel,s,!,选择接触面,nsll,s,1 !,选择附在接触面上的节点,type,3!,指定接触单元的单元类型,esurf,all!,创建单元,allsel,刚性目标面,.,创建接触单元,