简单易懂的ANSYS接触分析教程
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接触问题(参考ANSYS的中文帮助文件)当两个分离的表面互相碰触并共切时,就称它们牌接触状态。
在一般的物理意义中,牌接触状态的表面有下列特点:1、不互相渗透;2、能够互相传递法向压力和切向摩擦力;3、通常不传递法向拉力。
接触分类:刚性体-柔性体、柔性体-柔性体实际接触体相互不穿透,因此,程序必须在这两个面间建立一种关系,防止它们在有限元分析中相互穿过。
――罚函数法。
接触刚度――lagrange乘子法,增加一个附加自由度(接触压力),来满足不穿透条件――将罚函数法和lagrange乘子法结合起来,称之为增广lagrange法。
三种接触单元:节点对节点、节点对面、面对面。
接触单元的实常数和单元选项设置:FKN:法向接触刚度。
这个值应该足够大,使接触穿透量小;同时也应该足够小,使问题没有病态矩阵。
FKN值通常在0.1~10之间,对于体积变形问题,用值1.0(默认),对弯曲问题,用值0.1。
FTOLN:最大穿透容差。
穿透超过此值将尝试新的迭代。
这是一个与接触单元下面的实体单元深度(h)相乘的比例系数,缺省为0.1。
此值太小,会引起收敛困难。
ICONT:初始接触调整带。
它能用于围绕目标面给出一个“调整带”,调整带内任何接触点都被移到目标面上;如果不给出ICONT 值,ANSYS根据模型的大小提供一个较小的默认值(<0.03=PINB:指定近区域接触范围(球形区)。
当目标单元进入pinball区时,认为它处于近区域接触,pinball区是围绕接触单元接触检测点的圆(二维)或球(三维)。
可以用实常数PINB调整球形区(此方法用于初始穿透大的问题是必要的)PMIN和PMAX:初始容许穿透容差。
这两个参数指定初始穿透范围,ANSYS把整个目标面(连同变形体)移到到由PMIN和PMAX指定的穿透范围内,而使其成为闭合接触的初始状态。
初始调整是一个迭代过程,ANSYS最多使用20个迭代步把目标面调整到PMIN和PMAX范围内,如果无法完成,给出警告,可能需要修改几何模型。
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用一、引言接触问题是工程领域中常见的一个重要问题,它在很多实际应用中都具有关键作用。
接触分析能够帮助工程师设计和改进各种产品和结构,从而提高其性能和寿命,减少故障和事故的发生。
ANSYS作为一款强大的工程仿真软件,提供了多种接触分析方法和工具,为工程师们解决接触问题提供了便利。
本文将重点介绍基于ANSYS软件的接触问题分析方法和其在工程中的应用。
二、接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括两种:解析方法和数值模拟方法。
解析方法基于一系列假设和理论分析,能够给出理论解析解,但局限于简单的几何形状和边界条件。
数值模拟方法通过建立几何模型和边界条件,利用数值计算的方法求解接触过程的力学行为和变形情况,可以适用于复杂的几何形状和边界条件。
ANSYS软件采用的是数值模拟方法,它基于有限元法和多体动力学原理,可以使用接触元素来建立模型,模拟接触过程中的相互作用,得到接触点的应力、应变以及变形信息,从而分析接触的性能和行为。
接下来将介绍ANSYS软件中的接触分析方法和其在工程中的应用。
三、接触分析方法1. 接触元素:ANSYS软件提供了多种接触元素供用户选择,包括面接触元素、体接触元素和线接触元素。
用户可以根据具体的接触问题选择合适的接触元素,建立几何模型来模拟接触行为。
2. 接触定义:在ANSYS软件中,用户可以通过定义接触性质、接触参数和接触约束来描述接触问题。
接触性质包括摩擦系数、接触行为模型等;接触参数包括接触初始状态、接触刚度等;接触约束包括接触面间的约束条件等。
3. 接触分析:通过在ANSYS软件中建立模型,定义接触参数和加载条件,进行接触分析,得到接触点的应力、应变和变形信息。
可以通过分析结果来评估接触性能,发现可能存在的问题,并进行改进和优化。
四、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程领域:在机械工程中,接触问题广泛存在于各种设备和结构中,如轴承、齿轮、支撑结构等。
ANSYSWorkbench接触分析案例详解本⽂由Workbench⼩学⽣授权转载这篇⽂章囊括了接触分析中常见的问题,并通过思考和验证,给出了解决⽅案和经验总结,相信朋友们按照这篇教程完整的⾛⼀遍分析过程,会对接触分析的理解更近⼀步。
1.建模。
条件:⼀个圆盘与⼀个矩形板,⽣成壳体。
注意:两者分析之前未接触。
2.选取材料。
进⼊材料库,选取⾮线性材料中的铝合⾦(Aluminum Alloy NL)注意:NL表⽰Nonlinear ,译为⾮线性。
3.进⼊分析模块,调出Properties选项4.修改分析类型,将Analysis type由3D改为2D5.双击Model进⼊分析界⾯,修改矩形板的材料为Aluminum Alloy NL,圆盘默认为结构钢(Structural Steel)6.参数设置(1)根据左侧outline依次向下添加(由于此分析不⽤添加局部坐标系,因此修改完材料属性后,直接添加接触)(2)⼯况:矩形板与圆盘为摩擦接触(也可使⽤⽆摩擦接触,读者可以亲⾃尝试)(3)接触⾯为圆盘外圆周,⽬标⾯为矩形板顶边,设置摩擦系数为0.15(4)由于模型为刚-柔接触,因此修改behavior为⾮对称(Asymmetric)(5)在advanced中将接触算法设置为增⼴拉格朗⽇(Augmented Lagrange)(6)探测⽅法设置为⾼斯点探测(on Gauss point )注意:①由于两者的材料都是⾦属,因此摩擦系数 ≤0.2②⾮线性分析中默认的接触算法为增⼴拉格朗⽇(Augmented Lagrange),线性默认为纯罚函数(Pure penalty)③纯罚函数的收敛性很好,接触刚度对其影响⼤,但是它的穿透性不可控制,⽽增⼴拉格朗⽇收敛性表现为穿透较⼤,迭代次数较多,但其可以在⼀定程度上控制穿透性④⾼斯点与节点探测的区别:⾼斯点:适合⼤多情况,⽹格密度⼩、更精确节点:仅适⽤于⾓接触⑤局部坐标系的添加:如果全局坐标系不是所需要的,就必须添加局部坐标系作为附属坐标系7.划分⽹格(Mesh),选中图中模型,根据模型⾃动划分⽹格8.分析设置(Analysis Setting)(1)打开⾃动时间步(Anto Time Stepping)与⼤变形(Large Deflection)(2)修改载荷⼦步依次为50,50,100后,其他均默认9.添加边界条件(Load or Supports)(1)选中矩形板的下边线,将其设置为Displacement(2)X⽅向数值设置为-15mm,Y⽅向数值设置为0(3)选中圆盘的外圆周,将其设置为Fixed support思考:为什么打开⼤变形开关?答:因为在静⼒学中,极限转动⾓度为10°,⼤位移或者⼤转动即视为⾮线性分析,当受⼒物体的变形与其⼏何尺⼨相⽐较⼤,且线性叠加原理不再适⽤时,可视作⼤变形。
《基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用》篇一一、引言随着现代工程技术的快速发展,接触问题在各种工程领域中扮演着越来越重要的角色。
ANSYS软件作为一种强大的工程仿真工具,被广泛应用于解决各种复杂的工程问题,包括接触问题。
本文将详细介绍基于ANSYS软件的接触问题分析,并探讨其在工程中的应用。
二、ANSYS软件接触问题分析1. 接触问题基本理论接触问题是一种高度非线性问题,涉及到两个或多个物体在力、热、电等作用下的相互作用。
在ANSYS软件中,接触问题主要通过定义接触对、设置接触面属性、设定接触压力等参数进行模拟。
2. ANSYS软件中接触问题的分析步骤(1)建立模型:根据实际问题,建立相应的几何模型和有限元模型。
(2)定义接触对:在ANSYS软件中,需要定义主从面以及相应的接触类型(如面-面接触、点-面接触等)。
(3)设置接触面属性:根据实际情况,设置接触面的摩擦系数、粘性等属性。
(4)设定载荷和约束:根据实际情况,设定载荷和约束条件。
(5)求解分析:进行求解分析,得到接触问题的解。
3. 接触问题分析的难点与挑战接触问题分析的难点主要在于高度的非线性和不确定性。
此外,还需要考虑多种因素,如接触面的摩擦、粘性、温度等。
这些因素使得接触问题分析变得复杂且具有挑战性。
三、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程中的应用在机械工程中,ANSYS软件被广泛应用于解决各种接触问题。
例如,在齿轮传动、轴承、连接件等部件的设计和优化中,ANSYS软件可以模拟出部件之间的接触力和应力分布,为设计和优化提供有力支持。
2. 土木工程中的应用在土木工程中,ANSYS软件可以用于模拟土与结构之间的接触问题。
例如,在桥梁、大坝、建筑等结构的分析和设计中,ANSYS软件可以模拟出结构与土之间的相互作用力,为结构的设计和稳定性分析提供依据。
3. 汽车工程中的应用在汽车工程中,ANSYS软件被广泛应用于模拟汽车零部件之间的接触问题。
前言WokBench 是众所周知的好东西,以下是自己琢磨的一个小应用,肯定有不对的地方,欢迎指出,便于大家共同提高。
问题描述这是一个塑料小卡扣的例子,主要想使用WorkBench 了解在使用中,塑料件的变形是否足够。
模型是用ProE 制作的,为了简化,只切取了关于变形的部分,如下图:其中蓝色的部分是活动的,只有一个方向的运动,红色的部分是固定的。
大体的尺寸如下,单位是毫米:注意:在模型中,蓝色和红色部件的距离要控制好(这是由ProE 中,模型装配关系决定的),如果太近,软件将自动计算出一个接触区域,但对于这个例子,还需要手动扩大接触区域。
如果距离太远,在手动设置Pinball 类型的接触区域时,Pinball 的半径要设得很大,可能导致无法计算。
请参考上面的尺寸图纸调节两个部件之间的距离。
之后,设置接触面(2、3):需要将两个部件在运动过程中,会接触的地方一一标出,千万不要加无用的面。
将Pinball Region 设置为Radius 方式(4),并将Radius 设置一个合适的值(5),本例设置了3 毫米(如图,会形成一个蓝色的大圆球),求解的时候软件会使用这个PinBall 自动探测接触。
还需要将接触方式设置为无摩擦的(6)。
最后将接触面计算方式设置为Adjust To Touch(7)。
也可以尝试其他的方式,不过对于这个仅研究红色部件变形的例子就无所谓了。
关于单元格WorkBench 中可以不自行划分单元格(在解算的时候,如果没有手动的设置,软件就会先自动划分),软件帮你自动产生。
如果你的其他设置正确,即便是这个自动的值也能很精确了。
添加分析这个分析用静力学就可以了(1)。
之后要设置Analysis Setting(2)。
将Nuber Of Step 设置为2(3)。
注意:1)蓝色部件在运动的过程中,先压迫红色部件,再逐渐松开,因此必须将这个过程至少分解为至少两个阶段(阶段指“Step”)。
ANSYS接触实例分析参考ANSYS是工程仿真领域广泛使用的一种有限元分析软件。
在实际工程中,接触问题经常出现,例如机械装配中的接触、摩擦、磨损等现象需要进行分析和优化。
本文将介绍几个ANSYS接触实例,并分析其分析方法和结果。
第一个实例是机械装配中的接触分析。
假设有一个由两个金属块组成的简单装配,要分析它们之间的接触情况。
首先需要建立两个金属块的几何模型,并进行网格划分。
然后,使用ANSYS中的接触分析模块,设置接触类型、接触参数和材料特性等。
接着,施加相应的边界条件和载荷条件,运行分析并获取接触压力和接触面积等结果。
最后,根据结果对接触情况进行评估和优化。
第二个实例是摩擦接触问题的分析。
假设有一个由摩擦带和基体组成的摩擦副,需要分析摩擦力和热量的分布。
首先需要建立摩擦带和基体的几何模型,并进行网格划分。
然后,使用ANSYS中的摩擦接触分析模块,设置摩擦带和基体的材料特性、摩擦系数和接触压力等参数。
接着,施加相应的边界条件和载荷条件,运行分析并获取摩擦力、摩擦热量和温度分布等结果。
最后,根据结果对摩擦副的性能进行评估和优化。
第三个实例是磨损接触问题的分析。
假设有一个由金属零件和砂轮组成的磨削装置,需要分析金属零件表面的磨损情况。
首先需要建立金属零件和砂轮的几何模型,并进行网格划分。
然后,使用ANSYS中的磨损接触分析模块,设置金属零件和砂轮的材料特性、初始接触压力和磨粒等参数。
接着,施加相应的边界条件和载荷条件,运行分析并获取磨损量、磨损深度和磨损形貌等结果。
最后,根据结果对磨削装置进行评估和优化。
以上三个实例只是ANSYS接触分析的一小部分应用,接触分析的对象和问题种类都非常多样。
在实际工程中,可以根据具体问题的特点选择不同的接触分析方法和技术,以获取更准确和可靠的结果。
同时,还可以通过对接触问题的分析和优化,改善产品的性能和可靠性,提高工程效率和经济效益。
总结起来,ANSYS接触实例分析主要包括机械装配中的接触分析、摩擦接触问题的分析和磨损接触问题的分析。
Ansys非线性接触分析和设置设置实常数和单元关键选项程序利用20个实常数和数个单元关键选项,来操纵面─面接触单元的接触。
参见《ANSYS Elements Reference》中对接触单元的描述。
实常数在20个实常数中,两个(R1和R2)用来概念目标面单元的几何形状。
剩下的用来操纵接触面单元。
R1和R2 概念目标单元几何形状。
FKN 概念法向接触刚度因子。
FTOLN 是基于单元厚度的一个系数,用于计算许诺的穿透。
ICONT 概念初始闭合因子。
PINB 概念“Pinball"区域。
PMIN和PMAX 概念初始穿透的允许范围。
TAUMAR 指定最大的接触摩擦。
CNOF 指定施加于接触面的正或负的偏移值。
FKOP 指定在接触分开时施加的刚度系数。
FKT 指定切向接触刚度。
COHE 制定滑动抗力粘聚力。
TCC 指定热接触传导系数。
FHTG 指定摩擦耗散能量的热转换率。
SBCT 指定 Stefan-Boltzman 常数。
RDVF 指定辐射观看系数。
FWGT 指定在接触面和目标面之间热散布的权重系数。
FACT 静摩擦系数和动摩擦系数的比率。
DC 静、动摩擦衰减系数。
命令: RGUI:main menu> preprocessor>real constant对实常数 FKN, FTOLN, ICONT, PINB, PMAX, PMIN, FKOP 和 FKT,用户既能够概念一个正值,也能够概念一个负值。
程序将正值作为比例因子,将负值作为绝对值。
程序将下伏单元的厚度作为ICON,FTOLN,PINB,PMAX 和 PMIN 的参考值。
例如 ICON = 说明初始闭合因子是“*基层单元的厚度”。
但是,ICON = 那么表示真实调整带是单位。
若是下伏单元是超单元,那么将接触单元的最小长度作为厚度。
参见图5-8。
图5-8 基层单元的厚度在模型中,若是单元尺寸转变专门大,而且在实常数如 ICONT, FTOLN, PINB, PMAX, PMIN 中应用比例系数,那么可能会显现问题。
◆前提:◇有限元模型。
◇已识别接触面及目标面。
(*可应用自由度耦合来替代接触。
)选择目标面和接触面的准则:1.凸面和凹面或平面接触是,选平面或凹面为目标面。
2、接触的两个面网格划分有粗细的话,选粗网格所在面为目标面。
3两个面刚度不同时,选择刚度大的面为目标面4如果两个面为一个高阶单元,一个为低阶单元,选低阶单元为目标面 5.如果一个面比另一个面大选大的面为目标面。
2.◆定义接触单元及实常数◇(刚性)目标单元—— TARGE169 TARGE170 ;◇(柔性)接触单元—— CONTA171~CONTA172。
***Commands***ET,K,169 !K - 指定的单元编号ET,K+1,172*** ****◇实常数——一个接触对对应同一个实常数号。
TARGE单元的实常数包括:R1、R2 —定义目标单元几何形状CONTA单元的实常数包括:No. Name Description1 R1 Target circle radius(刚性环半径)2 R2 Superelement thickness(单元厚度)*3 FKN Normal penalty stiffness factor(法向接触刚度因子)*4 FTOLN Penetration tolerance factor(最大允许的穿透)*5 ICONT Initial contact closure(初始闭合因子)6 PINB Pinball region(“Pinball”区域)*7 PMAX Upper limit of initial allowable penetration(初始穿透的最大值)*8 PMIN Lower limit of initial allowable penetration(初始穿透的最小值)*9 TAUMAX Maximum friction stress(最大的接触摩擦)*10 CNOF Contact surface offset(施加于接触面的正或负的偏移值)11 FKOP Contact opening stiffness or contact damping*12 FKT Tangent penalty stiffness factor(切向接触刚度)13 COHE Contact cohesion(滑动抗力粘聚力)14 TCC Thermal contact conductance(热接触传导系数)15 FHTG Frictional heating factor(摩擦耗散能量的热转换率)16 SBCT Stefan-Boltzmann constant17 RDVF Radiation view factor18 FWGT Heat distribution weighing factor19 ECC Electric contact conductance20 FHEG Joule dissipation weight factor21 FACT Static/dynamic ratio(静摩擦系数和动摩擦系数的比率)22 DC Exponential decay coefficient(摩擦衰减系数)23 SLTO Allowable elastic slip24 TNOP Maximum allowable tensile contact pressure25 TOLS Target edge extension factor附注:+值作为比例因子,-值作为绝对值;带*号的实常数比较重要,关乎接触分析的收敛;一般实常数可为缺省值。
ANSYS接触问题的计算方法及参数设置接触问题的关键在于接触体间的相互关系,此关系又可分为在接触前后的法向关系与切向关系。
法向关系:在法向,必须实现两点:1)接触力的传递。
2)两接触面间没有穿透。
ANSYS通过两种算法来实现此法向接触关系:罚函数法和拉格朗日乘子法。
1.罚函数法是通过接触刚度在接触力与接触面间的穿透值(接触位移)间建立力与位移的线性关系:接触刚度*接触位移=法向接触力对面面接触单元17*,接触刚度由实常数FKN来定义。
穿透值在程序中通过分离的接触体上节点间的距离来计算。
接触刚度越大,则穿透就越小,理论上在接触刚度为无穷大时,可以实现完全的接触状态,使穿透值等于零。
但是显而易见,在程序计算中,接触刚度不可能为无穷大(否则病态),穿透也就不可能真实达到零,而只能是个接近于零的有限值。
以上力与位移的接触关系可以很容易地合并入整个结构的平衡方程组K*X=F中去。
并不改变总刚K的大小。
这种罚函数法有以下几个问题必须解决:1)接触刚度FKN应该取多大?2)接触刚度FKN取大些可以减少虚假穿透,但是会使刚度矩阵成为病态。
3)既然与实际情况不符合的虚假穿透既然是不可避免的,那么可以允许有多大为合适?因此,在ANSYS程序里,通常输入FKN实常数不是直接定义接触刚度的数值,而是接触体下单元刚度的一个因子,这使得用户可以方便地定义接触刚度了,一般FKN取0.1到1中间的值。
当然,在需要时,也可以把接触刚度直接定义,FKN输入为负数,则程序将其值理解为直接输入的接触刚度值。
对于接近病态的刚度阵,不要使用迭代求解器,例如PCG等。
它们会需要更多的迭代次数,并有可能不收敛。
可以使用直接法求解器,例如稀疏求解器等。
这些求解器可以有效求解病态问题。
穿透的大小影响结果的精度。
用户可以用PLESOL,CONT,PENE来在后处理中查看穿透的数值大小。
如果使用的是罚函数法求解接触问题,用户一般需要试用多个FKN值进行计算,可以先用一个较小的FKN值开始计算,例如0.1。
ansys 接触分析详解ansys是一种广泛使用的有限元分析软件,可用于许多工程领域,包括接触问题的解决。
接触分析是模拟不同组件之间的接触和相互作用的过程,包括机械接触问题、磨损问题和摩擦问题等。
在这篇文章中,我们将深入探讨ansys接触分析的基础知识和应用。
首先,ansys的接触分析功能主要是基于两个主要的接触算法:拉格朗日法和欧拉法。
拉格朗日法是一种基于位移的方法,它根据接触点的相对位移计算接触力,并将其应用于固体上。
欧拉法是一种基于速度的方法,它通过基于刚体动力学计算接触力。
两种方法各有优缺点,应根据具体问题选择合适的方法。
接下来,我们将介绍ansys中用于接触分析的工具和技术:1. 接触配对:在模拟接触问题时,需要对参与接触的两个组件进行配对。
ansys可以自动完成这个过程,并且用户可以通过手动指定匹配方式来进行更精确的模拟。
2. 接触条件:ansys支持多种接触条件,包括无摩擦、粘滞、线性弹簧和非线性弹簧。
用户可以根据实际情况选择合适的接触条件,并根据需要进行调整。
3. 接触分析类型:ansys支持两种接触分析类型:静态接触分析和动态接触分析。
静态接触分析用于研究静止状态下的接触问题,而动态接触分析用于模拟动态接触问题,例如冲击和振动。
4. 接触网格:接触分析需要对网格进行紧密的划分,以准确地表示接触面的几何形状。
为此,ansys提供了多种接触网格工具,包括自动网格划分、手动网格划分和基于接触表面的划分。
用户可以根据需要使用这些工具。
5. 接触后处理:完成接触分析后,还需要进行结果的后处理。
ansys提供了多种接触后处理工具,例如接触力分布图、接触区域和应力分布。
用户可以使用这些工具对结果进行深入的分析。
最后,ansys接触分析的应用范围非常广泛,例如机械工程、航空航天、汽车、船舶、建筑和医疗设备等领域。
ansys的接触分析功能可以帮助工程师准确地模拟接触问题,并提供精确的结果,从而帮助他们做出更好的决策和设计。
!ANSYS命令流学习笔记3-Solid 单元的接触分析背景说明:两个半径均为100mm,的正交圆柱体发生正接触,作用在两圆柱接触体法线方向上的压力总和1000N,两圆柱体均为钢制分析两圆柱的接触情况。
分析思路:对模型进行对称约束,施加载荷后要进行节点自由度耦合,使加载面的所有节点能在承载后具有相同的Y方向位移,并且在变形后仍然保持为水平平面。
总结:1. 如果不进行节点耦合,结构变形会产生刚性位移,造成不收敛。
但是节点耦合造成了变形不符合实际情况,即忽略了施力面的泊松比造成的影响。
2. 由面网格生成体网格,几何只有面,有限元模型是体,需要定义网格单元,定义拉伸的目标单元,对拉伸选项做出设置。
3. 接触部分的细分十分重要,也是收敛的影响因素。
可以把下列文字,直接粘贴到TXT文档修改,更为方便。
! 本次学习重点:!1、命令流的复杂建模!重点学习下建模。
因为前处理尽可能用WB,所以这里也是规则模型。
还是太不好用了。
我选择狗带。
!2、接触的定义。
!Ansys 依据实常数识别接触对,接触对要具有同样的实常数定义。
而且命令流是根据选择的单元来定义接触单元。
GUI 操作,也不麻烦。
!3、分析步数的设定!非线性分析时步数设置,线性搜索,自动步长,定义子步。
!求解解析解finish/clearf=1000e=200r=100 ! 命令不区分大小写,参数也不区分大小写。
p=2.45*(f*e**2*((r+r)/(r*r))**2)**(1/3) !接触应力的解析解61.73,有限元法结果59.9MPa!正式分析命令流finish/clear/prep7 !进入前处理et,1,solid185et,2,mesh200keyopt,2,1,6 !查看help 中关于mesh200 和keyopt 的解释,KEYOPT, ITYPE, KNUM, VALU。
E 此处意思为定义了mesh(2)为4 nodes 的四边形单元(1,6)。
ANSYS接触类型分析ANSYS接触类型分析是指通过使用ANSYS软件进行接触问题的模拟和分析。
接触问题是工程和科学中一个非常重要的领域,包括各种材料之间的接触和摩擦现象。
接触类型分析可以用于研究材料之间的接触压力、接触应力、接触面形变等现象,对设计和优化接触表面的摩擦和力学性能具有重要意义。
在ANSYS中,接触类型分析可以通过以下几个步骤进行:1.几何建模:首先需要对接触系统进行几何建模。
这包括对接触物体的几何形状进行建模,并确定接触点的位置和接触面的形状。
在ANSYS中可以使用3D建模工具进行几何建模。
2.材料定义:接下来需要为接触物体定义其材料属性。
材料属性包括弹性模量、泊松比等力学特性。
在ANSYS中可以通过材料库或自定义材料参数来定义材料属性。
3.网格划分:在进行接触类型分析之前,需要对几何模型进行网格划分。
网格划分对接触分析结果的准确性和计算效率有很大影响。
ANSYS提供了不同类型和密度的网格生成工具,并根据需要选择适当的网格划分方法。
4.接触定义:在ANSYS中,可以通过多种方式定义接触类型。
最常用的是基于节点间的接触定义,即定义接触区域和接触材料的属性。
可以选择不同的接触模型,如无限平面接触、接触解脱接触等,以满足不同的接触问题需求。
5.边界条件:在进行接触类型分析时,需要定义适当的边界条件。
边界条件可以包括施加的力、位移限制等。
在ANSYS中,可以通过施加边界条件来模拟不同的工况和载荷情况。
6.求解器设置:在进行接触类型分析之前,需要选择合适的求解器,并设置相应的求解参数。
ANSYS提供了多种求解器选项,可以根据需要选择合适的求解器。
7.后处理:当接触类型分析计算完成后,可以进行后处理,包括结果的可视化、提取关键数据和分析结果。
ANSYS提供了丰富的后处理工具来分析和展示接触分析结果。
除了基本的接触类型分析,ANSYS还提供了一些高级功能和扩展模块,以满足复杂接触问题的模拟和分析需求。
一般的接触分类 (1)ANSYS接触能力 (2)点─点接触单元 2点─面接触单元 2面─面的接触单元 2执行接触分析 (3)面─面的接触分析 3接触分析的步骤: 3步骤1:建立模型,并划分网格 (3)步骤2:识别接触对 (4)步骤2:指定接触面和目标面 3步骤4:定义刚性目标面 (3)步骤5:定义柔性体的接触面 (5)步骤6:设置实常数和单元关键字 (7)步骤7:控制刚体目标的运动 (13)步骤8:给变形体单元加必要的边界条件 (14)步骤9:定义求解和载荷步选项14第十步:检查结果 (15)点─面接触分析 (16)点─面接触分析的步骤 (16)点-点的接触 (22)接触分析实例(GUI方法) (23)非线性静态实例分析(命令流方式) (25)接触分析接触问题是一种高度非线性行为,需要较大的计算资源,为了进行实为有效的计算,理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
接触问题存在两个较大的难点:其一,在你求解问题之前,你不知道接触区域,表面之间是接触或分开是未知的,突然变化的,这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定;其二,大多的接触问题需要计算摩擦,有几种摩擦和模型供你挑选,它们都是非线性的,摩擦使问题的收敛性变得困难。
一般的接触分类接触问题分为两种基本类型:刚体─柔体的接触,半柔体─柔体的接触,在刚体─柔体的接触问题中,接触面的一个或多个被当作刚体,(与它接触的变形体相比,有大得多的刚度),一般情况下,一种软材料和一种硬材料接触时,问题可以被假定为刚体─柔体的接触,许多金属成形问题归为此类接触,另一类,柔体─柔体的接触,是一种更普遍的类型,在这种情况下,两个接触体都是变形体(有近似的刚度)。
ANSYS接触能力ANSYS支持三种接触方式:点─点,点─面,平面─面,每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。
为了给接触问题建模,首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触,如果相互作用的其中之一是一点,模型的对立应组元是一个结点。
如果相互作用的其中之一是一个面,模型的对应组元是单元,例如梁单元,壳单元或实体单元,有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对,接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元,至于ANSTS使用的接触单元和使用它们的过程,下面分类详述。
点─点接触单元点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为,为了使用点─点的接触单元,你需要预先知道接触位置,这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况(即使在几何非线性情况下)如果两个面上的结点一一对应,相对滑动又以忽略不计,两个面挠度(转动)保持小量,那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题,过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─与的接触问题的典型例子。
点─面接触单元点─面接触单元主要用于给点─面的接触行为建模,例如两根梁的相互接触。
如果通过一组结点来定义接触面,生成多个单元,那么可以通过点─面的接触单元来模拟面─面的接触问题,面即可以是刚性体也可以是柔性体,这类接触问题的一个典型例子是插头到插座里。
使用这类接触单元,不需要预先知道确切的接触位置,接触面之间也不需要保持一致的网格,并且允许有大的变形和大的相对滑动。
Contact48和Contact49都是点─面的接触单元,Contact26用来模拟柔性点─刚性面的接触,对有不连续的刚性面的问题,不推荐采用Contact26因为可能导致接触的丢失,在这种情况下,Contact48通过使用伪单元算法能提供较好的建模能力。
面─面的接触单元ANSYS支持刚体─柔体的面─面的接触单元,刚性面被当作“目标”面,分别用Targe169和Targe170来模拟2─D和3—D的“目标”面,柔性体的表面被当作“接触”面,用Conta171,Conta172,Conta173,Conta174来模拟。
一个目标单元和一个接单元叫作一个“接触对”程序通过一个共享的实常号来识别“接触对”,为了建立一个“接触对”给目标单元和接触单元指定相同的实常的号。
与点─面接触单元相比,面─面接触单元有好几项优点,*支持低阶和高阶单元*支持有大滑动和摩擦的大变形,协调刚度阵计算,单元提法不对称刚度阵的选项。
*提供工程目的采用的更好的接触结果,例如法向压力和摩擦应力。
*没有刚体表面形状的限制,刚体表面的光滑性不是必须允许有自然的或网格离散引起的表面不连续。
*与点─面接触单元比,需要较多的接触单元,因而造成需要较小的磁盘空间和CPU时间。
*允许多种建模控制,例如:*绑定接触*渐变初始渗透*目标面自动移动到补始接触*平移接触面(老虎梁和单元的厚度)*支持死活单元使用这些单元,能模拟直线(面)和曲线(面),通常用简单的几何形状例如圆、抛物线、球、圆锥、圆柱采模拟曲面,更复杂的刚体形状能使用特殊的前处理技巧来建模。
执行接触分析不同的接触分析类型有不同的过程,下面分别讨论面─面的接触分析在涉及到两个边界的接触问题中,很自然把一个边界作为“目标”面而把另一个作为“接触”面,对刚体─柔体的接触,“目标”面总是刚性的,“接触”面总是柔性面,这两个面合起来叫作“接触对”使用Targe169和Conta171或Conta172来定义2-D接触对,使用Targe170和Conta173或Conta174来定义3-D接触对,程序通过相同的实常收号来识别“接触对”。
接触分析的步骤:执行一个典型的面─面接触分析的基本步骤列示如下:1.建立模型,并划分网格2.识别接触对3.定义刚性目标面4.定义柔性接触面5.设置单元关键字和实常的6.定义/控制刚性目标面的运动7.给定必须的边界条件8.定义求解选项和载荷步9.求解接触问题10.查看结果步骤1:建立模型,并划分网格在这一步中,你需要建立代表接触体几何形状的实体模型。
与其它分析过程一样,设置单元类型,实常的,材料特性。
用恰当的单元类型给接触体划分网格。
命令:AMESHVMESHGUI:Main Menu>Preprocessor>mesh>Mapped>3 or4 SidedMain Menu>Pneprocessor>mesh>mapped>4 or 6 sided步骤二:识别接触对你必须认识到,模型在变形期间哪些地方可能发生接触,一是你已经识别出潜在的接触面,你应该通过目标单元和接触单元来定义它们,目标和接触单元跟踪变形阶段的运动,构成一个接触对的目标单元和接触单元通过共享的实常号联系起来。
接触环(区域)可以任意定义,然而为了更有效的进行计算(主要指CPU时间)你可能想定义更小的局部化的接触环,但能保证它足以描述所需要的接触行为,不同的接触对必须通过不同的实常数号来定义(即使实常数号没有变化)。
由于几何模型和潜在变形的多样形,有时候一个接触面的同一区域可能和多个目标面产生接触关系。
在这种情况下,应该定义多个接触对(使用多组覆盖层接触单元)。
每个接触对有不同的实常数号。
步骤三:定义刚性目标面刚性目标面可能是2—D的或3─D的。
在2—D情况下,刚性目标面的形状可以通过一系列直线、圆弧和抛物线来描述,所有这些都可以用TAPGE169来表示。
另外,可以使用它们的任意组合来描述复杂的目标面。
在3—D情况下,目标面的形状可以通过三角面,圆柱面,圆锥面和球面来推述,所有这些都可以用TAPGE170来表示,对于一个复杂的,任意形状的目标面,应该使用三角面来给它建模。
控制结点(Pilot)刚性目标面可能会和“pilot结点“联系起来,它实际上是一个只有一个结点的单元,通过这个结点的运动可以控制整个目标面的运动,因此可以把pilot结点作为刚性目标的控制器。
整个目标面的受力和转动情况可以通过pilot结点表示出来,“pilot结点”可能是目标单元中的一个结点,也可能是一个任意位置的结点,只有当需要转动或力矩载荷时,“pilot 结点”的位置才是重要的,如果你定义了“pilot结点”ANSYS程序只在“pilot结点”上检查边界条件,而忽略其它结点上的任何约束。
对于圆、圆柱、圆锥、和球的基本图段,ANSYS总是使用条一个结点作为“pilot结点”基本原型你能够使用基本几形状来模拟目标面,例如:“圆、圆柱、圆锥、球。
直线、抛物线、弧线、和三角形不被允许、虽然你不能把这些基本原型彼此合在一起,或者是把它们和其它的目标形状合在一起以便形成一个同一实常数号的复杂目标面。
但你可以给每个基本原型指定它自己的实常的号。
单元类型和实常数在生成目标单元之前,首先必须定义单元类型(TARG169或TARG170)。
命令:ETGUI:main menu>preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete随后必须设置目标单元的实常数。
命令:RealGUI:main menn>preprocessor>real constants对TARGE169和TARGE170仅需设置实常数R1和R2,而只有在使用直接生成法建立目标单元时,才需要从为指定实常数R1、R2,另外除了直接生成法,你也可以使用ANSYS 网格划分工具生成目标单元,下面解释这两种方法。
使用直接生成法建立刚性目标单元为了直接生成目标单元,使用下面的命令和菜单路径。
命令:TSHAPGUI:main menu>preprocessor>modeling-create>Elements>Elem Attributes随后指定单元形状,可能的形状有:*straight line (2D)*parabola (2-D)*clockwise arc(2-D)*counterclokwise arc (2-D)*circle(2-D)*Triangle (3-D)*Cylinder (3-D)*Cone (3-D)*Sphere (3-D)*Pilot node (2-D和3-D)一旦你指定目标单元形状,所有以后生成的单元都将保持这个形状,除非你指定另外一种形状。
然后你就可以使用标准的ANSYS直接生成技术生成结点和单元。
命令:NEGUI:main menu>pnoprocessor> modeling- create> nodesmain menu>pnoprocessor> modeling- create>Elements在建立单元之后,你可以通过列示单元来验证单元形状命令:ELISTGUI:utility menu>list>Elements>Nodes+Attributes使用ANSYS网格划分工具生成刚性目标单元你也可以使用标准的ANSYS网格划分功能让程序自动地生成目标单元,ANSYS程序将会以实体模型为基础生成合适的目标单元形状而忽略TSHAP命令的选项。