ANSYS Mechanical非线性接触与接触设置基础概述(1)

作者: 付稣昇 分类: 非线性 发布时间: 2018-12-07 18:20

ANSYS Mechanical具有强大的非线性计算能力,能够对几何非线性、材料非线性、接触非线性、混合非线性(塑性和接触等)、非线性屈曲等计算问题进行非常好的模拟仿真,是目前最强大的非线性问题计算软件之一。

限于篇幅,本文仅对非线性求解与收敛、接触非线性问题中涉及的设置等内容进行简要整理和说明,以期望对于ANSYS Mechanical接触非线性设置的使用有一定的帮助作用。

本文原稿基于ANSYS Documentation-ANSYS Mechanical User’s Guide中部分章节内容进行整理编写,另外原稿整理时间较早,部分设置与ANSYS18/19版本不尽相同。

具体内容包括如下:

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1. 非线性分析背景

1.1. 结构非线性的定义

江边渔者垂钓的鱼竿、承载运动器重量的轮胎、重型机械零件的锻造、薄板零件的冲压与折弯等,都涉及结构非线性问题。

对这些结构绘制载荷与变形的曲线,均不再符合胡克定理,而表现出非线性结构的基本特性,结构刚度不再是常量,而成为函数变量

1.2. 非线性行为类型

1. 几何非线性

当结构经受大变形时,变化的几何形状可能会引起结构的非线性响应。例如鱼竿提线的过程、大型壳体结构非线性屈曲的过程,都属于几何非线性问题。

2. 材料非线性

金属塑性、橡胶材料超弹体与粘弹性、混凝土问题、率相关性蠕变等问题都是典型的材料非线性问题。

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1 混合非线性

3. 接触非线性

接触是种普遍的非线性行为,是状态变化非线性类型中特殊而重要的子集。当零件彼此之间接触与分离,接触刚度会发生相应的改变。

非线性问题通常不会单一出现,ANSYS Mechanical具有同时处理混合非线性问题的能力,如图1所示就是混合非线性的问题,同时考虑金属的塑性与接触的非线性问题。

1.3. 构建非线性模型

适度的非线性行为求解采用的几何设置、网格通常无需修正,与线性行为一致。

多数情况需要对若干特性进行修正,包括单元的特性、非线性材料数据(塑性、蠕变、超弹体等)、几何建模(奇异引起不收敛问题)等。

如下设置与修改,可能有益于非线性分析问题的收敛。

(1) 修改【MeshShape Checking】选项为“Aggressive Mechanical”“Nonlinear Mechanical”,如图2所示,这能够提供一种增强的单元质量处理大应变分析中过度扭曲。

(2) 修改【GeometryElement Control】选项为“Manual”,可以在完全积分与减缩积分策略中进行切换。该选项影响单元中积分点的数量,如图3所示。例如强制修改完全积分应用于高阶单元(默认采用一致减缩积分),这通常有助于厚度上仅有一层单元的结构,以提高计算求解精度。

(3) 默认情况下,结构单元将默认采用具有中间节点的高阶单元。通过图4中所示进行高阶单元(Kept)与低阶单元(Dropped)的转换。

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2 Shape Checking

3 Element Control

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4 Element Midside Nodes

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