接觸分析7多點接觸

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1、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,多點約束,(MPC),第七章,多點約束算法（,MPC,）提供了一個極為有效的接觸模擬算法，能夠處理很多在,ANSYS7.1,之前都難以模擬的問題,該章節(jié)我們將詳細討論,MPC,算法及其使用,多點約束,(MPC),章節(jié)綜述,該章包括以下幾個主題,:,背景,綁定，無分離接觸,基于表面的

2、約束,傳統(tǒng)綁定接觸的局限性,CERIG,RBE3,的不足,MPC,算法的優(yōu)勢,實體對實體的多點綁定接觸,殼體對殼體的多點綁定接觸,殼體對實體的多點綁定接觸,梁對殼體,/,實體的多點綁定接觸,基于表面的多點約束,注釋,多點約束,(MPC),章節(jié)綜述,在第三章中我們提起過，,MPC,算法使用內部生成的約束方程在接觸面上保證協(xié)調,:,接觸節(jié)點的自由度被消除,.,不需要法向剛度和切向剛度,.,對于小變形問題,求解平衡方程時不需迭代,.,表現(xiàn)出線性接觸行為,.,對于大變形問題,MPC,約束方程在每一步的迭代過程中都要進行校正,.,該方法僅對,綁定接觸,和,無分離接觸,適用,.,對稱接觸對中不可用,ANS

3、YS,會自動轉換成不對稱接觸,MPC,法在,點點接觸,中,不適用,多點約束,(MPC),A.,背景,MPC,法可以綁定不同的單元類型，即使交界面的網格不兼容,:,實體對實體,殼體對殼體,殼體對實體,梁對實體,/,殼體,多點約束,(MPC),.,背景,MPC,法可用作表面約束,剛體約束表面,(CERIG,類型,MPC),力分布表面,(RBE3,類型,MPC),Torque,多點約束,(MPC),.,背景,CERIG,RBE3,綁定約束和無分離約束的局限,:,結果取決于指定的接觸剛度,.,即使是小變形問題中也需要進行多次迭代以調整穿透量,.,模態(tài)分析中偶爾會出現(xiàn)失真的自然頻率,.,只能施加平動自由

4、度約束,.,CERIG,和,RBE3,的局限：,僅適合于小應變,.,RBE3,只支持力約束,.,RBE3,需要手動定義權值,.,（,MPC,表面約束自動計算權值）,多點約束,(MPC),.,背景,MPC,算法的優(yōu)勢,:,求解效率比傳統(tǒng)的綁定接觸要高,:,對于較大的裝配模型使用,MPC,綁定或無分離算法，計算時間要比其它算法快,.,多點約束,(MPC),.,背景,接觸算法,迭代次數(shù),CPU,時間,(,秒,),增強,Lagrange,法,4,2710,MPC,法,1,880,MPC,算法的優(yōu)勢：,容易使用,:,接觸向導和手動定義中都可設置,MPC,算法,.,不需要輸入接觸剛度,.,求解中自動生成約

5、束,考慮了形狀效應，不需手動輸入權值,對于基于表面的約束，支持力約束和位移約束,.,多點約束,(MPC),.,背景,MPC,算法的優(yōu)勢：,很容易就能模擬殼體實體、梁實體、梁殼體的組合效應,:,支持網格的不兼容,梁、殼、實體單元上的節(jié)點不需要對準,多點約束,(MPC),.,背景,使用實體對實體的多點綁定或無分離接觸非常簡單,.,使用,CONTA169-174,創(chuàng)建面面接觸對,接觸行為設為綁定,(KEYOPT(12)=4,5,或,6),接觸探測設為節(jié)點,(KEYOPT(4)=1,或,2),接觸算法設為,MPC(KEYOPT(2)=2),內部多點約束會在求解中自動生成,扭矩,Solve,多點約束,(

6、MPC),B.,實體對實體的多點綁定接觸,對殼體殼體的綁定接觸，使用,CONTA175,和,TARGE170,單元在殼的邊緣創(chuàng)建點面接觸對,.,也可使用面面接觸單元,CONTA173-174,，節(jié)點探測設為垂直于目標面,(KEYOPT(4)=2),但此方法通常比使用,CONTA175,單元的效率要低,.,設置接觸行為為綁定,(KEYOPT(12)=5,或,6),設置接觸算法為,MPC(KEYOPT(2)=2),內部多點約束會在求解中自動生成,節(jié)點的平動自由度和轉動自由度在交界面處都被約束住,多點約束,(MPC),C.,殼體對殼體的多點綁定接觸,對于殼體對實體的多點綁定接觸，基本步驟和上述類似，

7、但由于殼體和實體交界面的復雜性，一些額外的選項需要設置,創(chuàng)建點面接觸對,CONTA175,（殼體上單元交界面的邊界）,TARGE170,（實體上單元交界面的邊界）,設置接觸行為為綁定接觸,(KEYOPT(12)=5,或,6),設置接觸算法為,MPC(KEYOPT(2)=2),設置,MPC,約束類型,(TARGE170,KEYOPT(5)=0,1,2,3,4),在目標面上建立虛擬殼,(,當需要時,),殼單元,實體單元,接觸單元,(CONTA175),目標單元,(TARG170)(,實體上表面,),多點約束,(MPC),D.,殼體對實體的多點綁定接觸,*,虛擬殼,當創(chuàng)建殼體對實體的多點綁定接觸時，

8、用戶可在實體表面附上一個額外的殼單元（虛擬殼），并在實體、殼和附加的殼上定義約束方程,.,當需要時，該選項可以更好的模擬殼體和實體之間的載荷傳遞,.,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,MPC,選項允許用戶控制哪些自由度用于生成內部約束，總結如下,:,TARGE170,KEYOPT(5)=0,自動約束,(,缺省,),TARGE170,KEYOPT(5)=1,只有平動位移被約束,TARGE170,KEYOPT(5)=2,平動和轉動位移都被約束,TARGE170,KEYTOPT(5)=3,殼節(jié)點上的平動和轉動位移都被約束,實體節(jié)點上只有平動位移被約束,TARGE170,KEYOPT

9、(5)=4,(8.1,版本新選項,),下面我們對其作詳細討論,.,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,TARGE170,KEYOPT(5)=0,自動約束,(,缺省設置,),大多數(shù)情況下，,ANSYS,對殼體實體組合約束平動和轉動自由度,.,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,TARGE170,KEYOPT(5)=1:,實體實體約束,在實體表面創(chuàng)建虛擬殼單元（,SHSD,命令）,只有平動位移被約束,殼單元和虛擬殼單元的節(jié)點重合,CONTA175,單元處在虛擬殼單元和實體單元的交界節(jié)點上,虛擬殼,殼厚度,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,TARGE

10、170,KEYOP(5)=2:,殼體實體約束,:,使用,SHSD,命令在實體表面創(chuàng)建虛擬殼,平動和轉動自由度被約束,虛擬殼和實體表面節(jié)點重合,CONTA175,單元仍然存在于殼邊緣,虛擬殼和殼之間存在自由度約束,虛擬殼,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,TARGE170,KEYOP(5)=3:,殼體實體約束,不需要虛擬殼,殼邊緣上的平動和轉動自由度被約束,;,實體表面只有平動自由度被約束,.,當殼和實體都處在接觸或目標同一邊,.,否則該選項和,KEYOPT(5)=0,相同,.,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,TARGE170,KEYOP(5)=4:,殼實體

11、約束，所有方向,如果接觸法向和目標法向相交，那么和,KEYOPT(5)=3,相同,.,否則處于,Pinball,區(qū)域內的節(jié)點仍然使用約束方程,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,目標法向,接觸法向,Pinball,區(qū)域,對于殼體實體接觸該選擇哪個選項？,對于許多問題，所有的選項都能產生相同的或非常相近的結果,.,最好的選項取決于幾何的復雜程度和施加在裝配上的載荷,.,如果殼體在殼實體交界處承受很大的平面外扭矩，,KEYOPT(5)=1,或,2,使用虛擬殼較好,.,大多數(shù)情況,KEYOPT(5)=0,或,3,較合適,.,如果不能確定是否使用,KEYOPT(5)=0,3,可使用,K

12、EYOP(5)=1,2,驗證計算結果,.,對于殼和實體之間存在可以忽略的小的間隙，那么可以使用,KEYOPT(5)=4.,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,使用三維實體單元,采用實體和殼模擬,用,MPC,算法連接,Contact175,和,Target170,單元,考慮一個三維突緣體的例子,:,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,實體實體,(KEYOP(5)=1),MPC,有虛擬殼,平動自由度被約束,DMX=104.2,SMX=1.44,自動約束,(KEYOP(5)=0,3),MPC,無虛擬殼單元,DMX=107.2,SMX=1.41,殼體殼體,(KEYOP(

13、5)=2),MPC,有虛擬殼單元,(,平動和轉動自由度被約束,),DMX=103.2,SMX=1.40,實體單元,DMX=101.5,SMX=1.22,多點約束,(MPC),.,殼體對實體的多點綁定接觸,使用,TARGE169/170,的導向節(jié)點建立和,CONTA171-175,單元的連接類似于使用,CERIG,和,RBE3,命令,:,把梁和實體,/,殼體綁定,在面和邊上施加位移或力約束,扭矩,多點約束,(MPC),E.,梁對殼體,/,實體的多點綁定接觸,對梁實體單元使用,MPC,法的步驟,:,創(chuàng)建點面接觸對,使用梁邊緣上的節(jié)點創(chuàng)建,CONTA175,單元,(ESURF,命令,),TARGE1

14、70,使用梁端的導向點,(,參考命令：,KMESH,、,TSHAP,、,PILOT,、,E),設置接觸行為為綁定,(KEYOPT(12)=5 or 6),設置接觸算法為,MPC,（,KEYOPT(2)=2,）,如果使用,CONTA171-174,設置,RBE3,或,CERIG,（,KEYOPT(4)=1,2,）,如果使用,CONTA175,設置,CERIG,或,RBE3,（,KEYOPT(4)=0,1,）,導向節(jié)點,梁單元,表面節(jié)點上的接觸單元,多點約束,(MPC),.,梁對殼體,/,實體的多點綁定接觸,對梁殼單元使用,MPC,法的步驟,:,創(chuàng)建點面接觸對,使用殼邊緣上的節(jié)點創(chuàng)建,CONTA1

15、75,單元,(ESURF,命令,),TARGE170,使用梁端的導向點,(,參考命令：,KMESH,、,TSHAP,、,PILOT,、,E),設置接觸行為為綁定,(KEYOPT(12)=5 or 6),設置接觸算法為,MPC,（,KEYOPT(2)=2,）,如果使用,CONTA173-174,設置,RBE3,或,CERIG,（,KEYOPT(4)=1,2,）,如果使用,CONTA175,設置,CERIG,或,RBE3,（,KEYOPT(4)=0,1,）,導向節(jié)點,Beam element,殼體邊緣節(jié)點上的,CONTA175,單元,多點約束,(MPC),.,梁對殼體,/,實體的多點綁定接觸,創(chuàng)建

16、基于表面的約束（,CERIG,或,RBE3,型,MPC,），在表面和邊緣上施加位移和力,:,創(chuàng)建節(jié)點表面接觸對,在從節(jié)點上建立,CONTA175,單元,(ESURF),TARGE169/170,導向節(jié)點作為主節(jié)點,(KMESH,、,TSHAP,、,PILOT,、,E),設置接觸行為為綁定,(KEYOPT(12)=5 or 6),設置接觸算法為,MPC(KEYOPT(2)=2),設置,CERIG,或,RBE3,類型為,CONTA175,（,KEYOPT(4)=0,1,）,定義要約束的,DOF,（使用,TARGE170,KEYOP(4),）,在導向節(jié)點上施加位移和力,.,CONTA175,單元 在從節(jié)點上,導向節(jié)點作為主節(jié)點,多點約束,(MPC),F.,基于表面的多點約束,創(chuàng)建基于表面的約束：,定義,DOF,約束集,:,用戶可以控制要約束的,DOF,（使用,KEYOP(4),輸入,6,個數(shù)值）,.,6,個數(shù)字分別為,ROTZ,ROTY,ROTX,UZ,UY,UX,的值,.,1,表示,DOF,為激活狀態(tài),.,0,代表非激活狀態(tài),.,例如,:KEYOPT(4)=“100011”,表示,ROTZ