接触分析多点接触

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,多点约束,(MPC),第七章,多点约束算法（,MPC,）提供了一个极为有效的接触模拟算法，能够处理很多在,ANSYS7.1,之前都难以模拟的问题,该章节我们将详细讨论,MPC,算法及其使用,多点约束,(MPC),章节综述,该章包括以下几个主题,:,背景,绑定，无分离接触,基于表面的约束,传统绑定接触的局限性,CERIG,RBE3,的不足,MPC,算法的优势,实体对实体的多点绑定接触,壳体对壳体的多点绑定接触,壳体对实体的多点绑定接触,梁对壳体,/,实体的多点绑定接触,基于表面的多点约束,注释,多点约束,(MPC),章节综述,在第三章中我们提起过，,MPC,算法使用内部生成的约束方程在接触面上保证协调,:,接触节点的自由度被消除,.,不需要法向刚度和切向刚度,.,对于小变形问题,求解平衡方程时不需迭代,.,表现出线性接触行为,.,对于大变形问题,MPC,约束方程在每一步的迭代过程中都要进行校正,.,该方法仅对,绑定接触,和,无分离接触,适用,.,对称接触对中不可用,ANSYS,会自动转换成不对称接触,MPC,法在,点点接触,中,不适用,多点约束,(MPC),A.,背景,MPC,法可以绑定不同的单元类型，即使交界面的网格不兼容,:,实体对实体,壳体对壳体,壳体对实体,梁对实体,/,壳体,多点约束,(MPC),.,背景,MPC,法可用作表面约束,刚体约束表面,(CERIG,类型,MPC),力分布表面,(RBE3,类型,MPC),Torque,多点约束,(MPC),.,背景,CERIG,RBE3,绑定约束和无分离约束的局限,:,结果取决于指定的接触刚度,.,即使是小变形问题中也需要进行多次迭代以调整穿透量,.,模态分析中偶尔会出现失真的自然频率,.,只能施加平动自由度约束,.,CERIG,和,RBE3,的局限：,仅适合于小应变,.,RBE3,只支持力约束,.,RBE3,需要手动定义权值,.,（,MPC,表面约束自动计算权值）,多点约束,(MPC),.,背景,MPC,算法的优势,:,求解效率比传统的绑定接触要高,:,对于较大的装配模型使用,MPC,绑定或无分离算法，计算时间要比其它算法快,.,多点约束,(MPC),.,背景,接触算法,迭代次数,CPU,时间,(,秒,),增强,Lagrange,法,4,2710,MPC,法,1,880,MPC,算法的优势：,容易使用,:,接触向导和手动定义中都可设置,MPC,算法,.,不需要输入接触刚度,.,求解中自动生成约束,考虑了形状效应，不需手动输入权值,对于基于表面的约束，支持力约束和位移约束,.,多点约束,(MPC),.,背景,MPC,算法的优势：,很容易就能模拟壳体实体、梁实体、梁壳体的组合效应,:,支持网格的不兼容,梁、壳、实体单元上的节点不需要对准,多点约束,(MPC),.,背景,使用实体对实体的多点绑定或无分离接触非常简单,.,使用,CONTA169-174,创建面面接触对,接触行为设为绑定,(KEYOPT(12)=4,5,或,6),接触探测设为节点,(KEYOPT(4)=1,或,2),接触算法设为,MPC(KEYOPT(2)=2),内部多点约束会在求解中自动生成,扭矩,Solve,多点约束,(MPC),B.,实体对实体的多点绑定接触,对壳体壳体的绑定接触，使用,CONTA175,和,TARGE170,单元在壳的边缘创建点面接触对,.,也可使用面面接触单元,CONTA173-174,，节点探测设为垂直于目标面,(KEYOPT(4)=2),但此方法通常比使用,CONTA175,单元的效率要低,.,设置接触行为为绑定,(KEYOPT(12)=5,或,6),设置接触算法为,MPC(KEYOPT(2)=2),内部多点约束会在求解中自动生成,节点的平动自由度和转动自由度在交界面处都被约束住,多点约束,(MPC),C.,壳体对壳体的多点绑定接触,对于壳体对实体的多点绑定接触，基本步骤和上述类似，但由于壳体和实体交界面的复杂性，一些额外的选项需要设置,创建点面接触对,CONTA175,（壳体上单元交界面的边界）,TARGE170,（实体上单元交界面的边界）,设置接触行为为绑定接触,(KEYOPT(12)=5,或,6),设置接触算法为,MPC(KEYOPT(2)=2),设置,MPC,约束类型,(TARGE170,KEYOPT(5)=0,1,2,3,4),在目标面上建立虚拟壳,(,当需要时,),壳单元,实体单元,接触单元,(CONTA175),目标单元,(TARG170)(,实体上表面,),多点约束,(MPC),D.,壳体对实体的多点绑定接触,*,虚拟壳,当创建壳体对实体的多点绑定接触时，用户可在实体表面附上一个额外的壳单元（虚拟壳），并在实体、壳和附加的壳上定义约束方程,.,当需要时，该选项可以更好的模拟壳体和实体之间的载荷传递,.,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,MPC,选项允许用户控制哪些自由度用于生成内部约束，总结如下,:,TARGE170,KEYOPT(5)=0,自动约束,(,缺省,),TARGE170,KEYOPT(5)=1,只有平动位移被约束,TARGE170,KEYOPT(5)=2,平动和转动位移都被约束,TARGE170,KEYTOPT(5)=3,壳节点上的平动和转动位移都被约束,实体节点上只有平动位移被约束,TARGE170,KEYOPT(5)=4,(8.1,版本新选项,),下面我们对其作详细讨论,.,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,TARGE170,KEYOPT(5)=0,自动约束,(,缺省设置,),大多数情况下，,ANSYS,对壳体实体组合约束平动和转动自由度,.,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,TARGE170,KEYOPT(5)=1:,实体实体约束,在实体表面创建虚拟壳单元（,SHSD,命令）,只有平动位移被约束,壳单元和虚拟壳单元的节点重合,CONTA175,单元处在虚拟壳单元和实体单元的交界节点上,虚拟壳,壳厚度,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,TARGE170,KEYOP(5)=2:,壳体实体约束,:,使用,SHSD,命令在实体表面创建虚拟壳,平动和转动自由度被约束,虚拟壳和实体表面节点重合,CONTA175,单元仍然存在于壳边缘,虚拟壳和壳之间存在自由度约束,虚拟壳,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,TARGE170,KEYOP(5)=3:,壳体实体约束,不需要虚拟壳,壳边缘上的平动和转动自由度被约束,;,实体表面只有平动自由度被约束,.,当壳和实体都处在接触或目标同一边,.,否则该选项和,KEYOPT(5)=0,相同,.,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,TARGE170,KEYOP(5)=4:,壳实体约束，所有方向,如果接触法向和目标法向相交，那么和,KEYOPT(5)=3,相同,.,否则处于,Pinball,区域内的节点仍然使用约束方程,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,目标法向,接触法向,Pinball,区域,对于壳体实体接触该选择哪个选项？,对于许多问题，所有的选项都能产生相同的或非常相近的结果,.,最好的选项取决于几何的复杂程度和施加在装配上的载荷,.,如果壳体在壳实体交界处承受很大的平面外扭矩，,KEYOPT(5)=1,或,2,使用虚拟壳较好,.,大多数情况,KEYOPT(5)=0,或,3,较合适,.,如果不能确定是否使用,KEYOPT(5)=0,3,可使用,KEYOP(5)=1,2,验证计算结果,.,对于壳和实体之间存在可以忽略的小的间隙，那么可以使用,KEYOPT(5)=4.,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,使用三维实体单元,采用实体和壳模拟,用,MPC,算法连接,Contact175,和,Target170,单元,考虑一个三维突缘体的例子,:,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,实体实体,(KEYOP(5)=1),MPC,有虚拟壳,平动自由度被约束,DMX=104.2,SMX=1.44,自动约束,(KEYOP(5)=0,3),MPC,无虚拟壳单元,DMX=107.2,SMX=1.41,壳体壳体,(KEYOP(5)=2),MPC,有虚拟壳单元,(,平动和转动自由度被约束,),DMX=103.2,SMX=1.40,实体单元,DMX=101.5,SMX=1.22,多点约束,(MPC),.,壳体对实体的多点绑定接触,使用,TARGE169/170,的导向节点建立和,CONTA171-175,单元的连接类似于使用,CERIG,和,RBE3,命令,:,把梁和实体,/,壳体绑定,在面和边上施加位移或力约束,扭矩,多点约束,(MPC),E.,梁对壳体,/,实体的多点绑定接触,对梁实体单元使用,MPC,法的步骤,:,创建点面接触对,使用梁边缘上的节点创建,CONTA175,单元,(ESURF,命令,),TARGE170,使用梁端的导向点,(,参考命令：,KMESH,、,TSHAP,、,PILOT,、,E),设置接触行为为绑定,(KEYOPT(12)=5 or 6),设置接触算法为,MPC,（,KEYOPT(2)=2,）,如果使用,CONTA171-174,设置,RBE3,或,CERIG,（,KEYOPT(4)=1,2,）,如果使用,CONTA175,设置,CERIG,或,RBE3,（,KEYOPT(4)=0,1,）,导向节点,梁单元,表面节点上的接触单元,多点约束,(MPC),.,梁对壳体,/,实体的多点绑定接触,对梁壳单元使用,MPC,法的步骤,:,创建点面接触对,使用壳边缘上的节点创建,CONTA175,单元,(ESURF,命令,),TARGE170,使用梁端的导向点,(,参考命令：,KMESH,、,TSHAP,、,PILOT,、,E),设置接触行为为绑定,(KEYOPT(12)=5 or 6),设置接触算法为,MPC,（,KEYOPT(2)=2,）,如果使用,CONTA173-174,设置,RBE3,或,CERIG,（,KEYOPT(4)=1,2,）,如果使用,CONTA175,设置,CERIG,或,RBE3,（,KEYOPT(4)=0,1,）,导向节点,Beam element,壳体边缘节点上的,CONTA175,单元,多点约束,(MPC),.,梁对壳体,/,实体的多点绑定接触,创建基于表面的约束（,CERIG,或,RBE3,型,MPC,），在表面和边缘上施加位移和力,:,创建节点表面接触对,在从节点上建立,CONTA175,单元,(ESURF),TARGE169/170,导向节点作为主节点,(KMESH,、,TSHAP,、,PILOT,、,E),设置接触行为为绑定,(KEYOPT(12)=5 or 6),设置接触算法为,MPC(KEYOPT(2)=2),设置,CERIG,或,RBE3,类型为,CONTA175,（,KEYOPT(4)=0,1,）,定义要约束的,DOF,（使用,TARGE170,KEYOP(4),）,在导向节点上施加位移和力,.,CONTA175,单元 在从节点上,导向节点作为主节点,多点约束,(MPC),F.,基于表面的多点约束,创建基于表面的约束：,定义,DOF,约束集,:,用户可以控制要约束的,DOF,（使用,KEYOP(4),输入,6,个数值）,.,6,个数字分别为,ROTZ,ROTY,ROTX,UZ,UY,UX,的值,.,1,表示,DOF,为激活状态,.,0,代表非激活状态,.,例如,:KEYOPT(4)=“100011”,表示,ROTZ