工程实例 液压阀接触有限元分析
红色 接触面
蓝色目标面
10-6 =1微米
工程实例 液压阀接触有限元分析
红色 接触面
蓝色目标面
10-6 =1微米
接触类型
绑定(MPC算法) 不分离 无摩擦 粗糙
摩擦5种接触行为
绑定接触 法向无间隙 切向不能滑移
不分离 法向无间隙 切向允许滑移
无摩擦 法向允许有间隙 切向允许滑移
粗糙 法向允许有间隙 切向不能滑移
摩擦 法向允许有间隙 切向允许滑移
强制接触协调 罚函数法 、 language法 、 增广language 法 、mpc法
对称/非对称行为
接触面 和目标面
罚函数法和增广lagrange 支持对称行为
lagrange 法和MPC非对称
非线性求解的设置术语。
动力学相较于静力学多引入了一个参数——时间。
万一出现不收敛可以提高子步数量,这个能解决大部分不收敛问题。
模型中设置过盈配合。
导入模型厚重新画圆轴,(原来半径是0.2m现在变成0.20001m,0.00001m是过盈量)。注意,拉伸时要选择frozen!
分析中右键connectings,插入接触工具(Ccontact Tool),右键insert查看穿透量。网格改成fine,穿透量变得一样了。
没有约束的情况都要激活弱弹簧。
这个是重点!!!
pinball 区域
影响接触状态和一些其他接触参数的确定
闭合 近场 远场 (接触)
提高接触状态的计算
影响收索接触区域的计算量
孔是接触面,轴是目标面!摩擦接触!关注接触压力的用非对称接触,不关注接触压力只关注等效应力的用对称接触!!!
公式选择:法向(Normal)拉格让日乘子算法(使穿透量很小)。
一般工程中乘以系数原因是担心软件没有100%精确(没有把所有情况计算进去,只是一个预估)。
过盈配合问题。过盈配合:轴比孔稍大一些,使之产生装配应力。数以自平恒情况因此用弱弹簧。(因为模型是对称的所以选取四分之一模型进行计算)。
过盈量添加:interface Treatment(界面处理)施加偏移量(正值是接触面偏向目标面,负值是接触面远离目标面)。
设置修改为线性施加偏移量,这样可以提高收敛性!!!
穿透量与过盈量比较!
Symmetrt(对称面)!!!
载荷就是过盈量。
单元对求解精度影响。
接触面网格要细!
对于装配体,先看应力位置对不对,再看数值准不准!!!
接触问题的难点就是解除压力的大小会依赖于网格的尺寸!网格尺寸又会关系到静压力,静压力又关系到外载荷,外载荷一变状态应力利就要变,状态应力一变会影响到强度评估!
计算时,首先保证收敛!在接触面上进行网格细化!
网格细化后最大应力位置发生变化了,那在加密网格,再细化,直到最大应力位置不发生变化。
绑定约束(Bonded):约束接触面的法向和切向移动。
摩擦约束(Frictional):有相对摩擦的运动。
选择哪种接触类型是根据工况的!
接触属性基本选项
1.接触三特征:传递力、不穿透(计算时允许少量穿透)、分开中断传递。也称为接触面的协调性。
2、接触算法
3.对于增强型拉格朗日算法和罚函数法,需要法向(简称FKN,但这个FKN是接触刚度系数,这个系数乘以基准刚度(通过节点计算)为接触刚度)和切向接触刚度(简称FKT,同法向接触刚度),穿透量(FTOLN)取决于法向接触刚度,滑动量(SLTD)取决于切向接触刚度,刚度大,精度好,但难收敛,一般不需要定义这些刚度,推荐使用keyopt(10)=2允许程序自动更改,
4.第一,接触单元不但可以传递法向接触压力,还可以传递切向摩擦力,第二,接触单元使用FKT确保切向的接触协调,第三,切向刚度好法向刚度一样影响精度和收敛。
5.FKT=Mu*PRES/SLTO,Mu为摩擦系数,PRES为接触法向压力,SLTO为最大的允许弹性滑动量。
6.workbench根据模型的几何特征、材料和法向刚度来计算接触刚度。
7.开始分析时KFN的推荐值:FKN=1.0(对于较大物体的接触,为默认设置);FKN=0.01-0.1(对于柔体接触,以弯曲为主);另外可以用(force/length)/area确定刚度值,但不易控制,
8.接触分析比单体分析困难原因:考虑因素对,收敛准则多,
9.面面接触和点面接触:接触刚度为程序根据接触对上所有基体单元计算出来的平均值。
10.推荐分析策略:开始分时使用一个较小的刚度值——检查穿透和每一个子步的迭代次数(第一,将模型调为真实尺寸,如果能观察到穿透现象,则穿透过度,第二,若需要较多的迭代次数或不收敛,则减小刚度值重新分析,第三,使用keyopt(10)来调整刚度,在精度和收敛之间能得到较好的平衡)。
11.应对结果的有效性进行判断,通过改变刚度值进行参数敏感性研究(逐渐减小刚度值,直到重要项,如接触压力和最大等效应力等开始显著改变为止)。
12.穿透容差默认为基体单元厚度的0.1倍,对shell和beam单元,为厚度的4倍,从这可以看出:若接触区域附近的网格越密,则穿透容差FTOLN越小,也即穿透量越小,则越难收敛,同时,FTOLN变了,若不改变刚度值,可能引起不收敛,
13,。对于增强拉格朗日算法,如果最大允许穿透超出,则程序将校对接触压力,计算并继续平衡迭代直到满足条件为止。
14.当为FTOLN何TNPOP提供数值时,正直为比例因子,负值为绝对值。
15.第一,Pinball区域用来判断接触状态,第二,可以使接触对可视化,第三,多点约束的生成区域是由Pinball区域决定的,第四,对于目标面有多个凸起的情况,Pinball对于克服错误的接触定义很有效。
接触容差
穿透容差控制指定接触对的允许穿透量
FTLON
f=kx x为穿透量 穿透容差控制穿透量
接触刚度
颤振 控制参数
使穿透最小以保证求解精度
刚度太大
ansys workbench 如何
接触刚度系数
接触刚度增强拉格朗日法和惩罚法法向和切向接触刚度
接触面和目标面之间的渗透量取决于法向刚度
渗透量和滑动量
FKN 法向接触刚度
FKT 切向接触刚度
FTOLN 允许渗入量
SLTO 允许滑动量
接触刚度
交大的刚度可以提高求解精度,但使得收敛更加困难
接触行为:绑定接触(约束了两个体的法向和切向运动,主要应用于连接不同网格的结构;连接具有不同自由度结构的模型)、不分离接触(约束法向,不约束切向运动)、无摩擦接触(法向是依据外部载荷可开可闭,切向自由)、粗糙接触(约束切向,法向则是依据外部载荷可开可闭)、摩擦接触(法向依据外部载荷可开可闭,切向符合库伦摩擦定理,这个最常用!)、强迫摩擦滑动。
摩擦约束比无摩擦约束更容易收敛!!!
正值:比例因子,负值:绝对值!
球形区域的作用是提高效率!
接触容差:法向容差、切向容差。
实际接触不存在穿透的!但是算法是有穿透的!
法向、切向穿透小于法向、切向容差!
穿透容差是控制穿透量的。
接触区域网格越密越不容易收敛!
建议:如果收敛要求提高了(网格画秘了)那么刚度系数也要相应增加,否则无法收敛!(通过调节刚度研究接触压力,提高精度,使接触压力达到一个较为准确的值)。
接触分析概述