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接触作为一种高度的非线性行为,当两个分离的表面互相碰撞并共切时,就称它们处于接触状态。接触的非线性是由于状态/边界条件的非线性引起的(不同于材料非线性与几何非线性),这主要是由于两方面原因:
一:接触表面的改变,即自由表面边界的一部分转变为接触面边界,或者反之,由接触面边界转换为自由边界;
二:接触面的变形、摩擦和滑移,可能引起强烈的非线性性质。
随着载荷和位移的变化,接触表面能在滑动状态和粘着状态直接相互转变,同时滑动的摩擦力也会表现出非线性性质。
本质上,接触问题属于不定边界问题,即使是简单的弹性接触问题也具有非线性性质,其中,既有接触面积的变化而产生的非线性以及由于接触压力分布变化而产生的非线性,也有摩擦作用而产生的非线性。在有限元分析中,通常采用接触单元对接触进行建模,通过接触单元不仅可以阻止接触面的相互穿透,称之为接触协调,还可以在接触面之间传递压力和摩擦力,另外,还可以跟踪接触面相对位置的变化。
在工程实际问题当中,接触问题的求解在装配体分析、板成型、螺栓连接等中广泛应用。对于接触面的一般有柔性体-刚性体接触和柔性体-柔性体接触。
柔性体-刚性体接触式指一个或更多接触表面可看出刚性体,在成形问题中使用较多,对于有些可以刚体化的部件也可以采用。
柔性体-柔性体接触指两个或所有的接触体都变形。
在ansys中的接触有接触面和目标面,对应于abaqus中的从面和主面。接触单元不可以穿透目标面,但目标单元可以穿透接触面。对于柔-刚接触,目标面总是刚性表面,而接触面是柔体表面。对于柔-柔接触的接触面与目标表的选择原则如下:
1)平/凹面为目标面,凸面为接触面;
2)网格细密面为接触面,网格粗糙的面为目标面。这一点在做绑定接触的时候很重要,这个选择原则类似于CEINTF命令中网格粗糙面选单元,细密面选节点带来相似的效果;
3)较软的面为接触面,较硬的面为目标面;
4)接触对底下的实体单元如果阶数不同,则高阶单元表面作为接触面而低阶单元表面做目标面。不过,如果是3-D的点-面接触,则低阶单元表面接触面;
5)接触对中一个面显著大于另一个面,大的面作为目标面;上述来源于help文件,如下
对于不同的接触类型。接触算法中MPC算法,使用与bonded和no separation,help中如下
另外对于刚化部件的连接还可以采用关节连接建模,其与接触中bonded建模有什么关系呢?
建立下图的模型
1、采用bonded建立刚-柔接触,结果如下
2、采用关节连接建立刚-柔接触连接,结果如下
可知二者的结果基本相同,数值略微有不同。二者本质上计算都是采用MPC进行,可能是MPC中建立的过程不太一样,但是结果非常接近。