ANSYS WORKBENCH 之 接触1

具体内容:

  • 接触基本概念
  • 接触类型
  • 接触公式及适用范围

1.接触基本概念

两个独立表面相互接触并相切,则称之为接触,一般意义上,接触表面满足的基本特性为:不会渗透;可传递法向压缩力和切向摩擦力;通常不可传递法相拉伸力。

2.接触类型

bond:在接触面或接触边之间不存在切向的相对滑动或者法向的相对分离,这是默认的接触类型,适合所有的接触区域(实体接触,面接触,线接触);法向不可分开,切向不可发生相对滑动;

no separation:与绑定接触相似,在接触面和接触线之间不允许发生法向的相对分离,但是允许发生少量的切向无摩擦滑动;法向不可分开,切向可以发生轻微的无摩擦滑动;

fritionless:用于无摩擦的单边接触,所谓单边接触,就是说一旦两个物体发生了分离,则法向力就为0,因此当外力改变时,接触面之间可能会分开,也可能会闭合,这种情况下假设摩擦系数为0,即当发生切向相对滑动时,没有摩擦力;法向可以分开,切向可以发生滑动,并且没有摩擦力;

rough:与无摩擦接触类型相似,模拟非常粗糙的接触,保证两个物体之间只是发生静摩擦,不会发生切向的滑移,从而不会产生滑移摩擦。它相当于两个物体之间施加了无限大的摩擦系数;法向可以分开,切向不可以发生相对滑动;

fritional:有摩擦的接触,这是最实际的情况,两个接触面之间既可以法相分离,也可以切向滑动,当切向外力大于最大静摩擦力后,发生切向滑动,一旦发生切向滑动后,会在接触面之间产生滑动摩擦力,此时需要用户输入摩擦系数;法向可以分开,切向可以发生相对滑动,存在摩擦力;

对于绑定约束,workbench mechanical 默认使用了pure penalty公式和大法向刚度。对于bond来讲,MPC算法是一个很好的选择;

对于 fritionless 和 fritional 摩擦接触考虑使用 argument lagrange(推荐使用) 和 normal lagrange(如果不考虑法向刚度同时要求0穿透,但是必须使用 direct solver)

3.接触公式及适用范围

ANSYS WORKBENCH 之 接触1标积分点探测和节点探测

 

罚函数(pure penalty)

ANSYS WORKBENCH 之 接触1

使用积分点探测,这会导致个更多的探测点。

增强拉格朗日(argumented lagrange)

ANSYS WORKBENCH 之 接触1

因为增加额外因子λ,增强的拉格朗日方法对于接触刚K的大小变得不敏感。使用积分点探测,这会导致个更多的探测点。

多点约束算法(MPC):使用节点探测,这会导致个更多的探测点。适用于特定的绑定不分离两个面间的接触类型

法向拉格朗日(normal lagrange):会出现接触扰动,如果允许一个微小的渗透,收敛变得容易。使用节点探测,这会导致个更多的探测点。

ANSYS WORKBENCH 之 接触1不同接触算法的比较

参考文献:

ansys workbench 官方教程 第三章 接触简介