本案例演示了在一個高度非線性問題中使用基于曲面投影接觸方法的能力和優勢。橡膠防塵套的分析包含了幾何、材料和變化狀態（接觸）的非線性。

主要用到了下列特點和能力：

• 三維面-面接觸單元技術

• 基于曲面投影接觸

• 幾何非線性

• Neo-Hookean 超彈性材料

簡介

橡膠防塵套在很多工業應用中用于保護兩個物體的柔性連接點。在汽車行業中，橡膠防塵套覆蓋驅動軸上的等速接頭，以保護它們免受外界因素（灰塵、濕氣和泥漿等）的影響。這些橡膠防塵套設計用于適應接頭的最大可能擺角，并補償軸長度的變化。

基于曲面投影的基礎由接觸單元的關鍵字KEYOPT(4)=3定義，該選項賦予接觸和目標表面的重疊區域接觸約束，而不是單一接觸節點或高斯點，接觸穿透/間隙在重疊區域上計算取平均值。

問題描述

分析考慮橡膠防塵套的一半對稱結構，定義了三個接觸對：一是圓筒軸和橡膠之間的剛柔接觸，另外兩個是防塵套內外表面的自身接觸對。

三維模型如下：

問題分三步加載：

1. 圓筒和防塵套的初始干涉

2. 圓筒的豎直位移（橡膠防塵套的軸向壓縮）

3. 圓筒的轉動（橡膠防塵套的彎曲）

建模：

由于結構的對稱性，只對橡膠套的一半進行了建模。橡膠套采用超彈性材料模型。軸被視為剛體。

建模橡膠防塵套

三維模型是通過使用橡膠防塵套密封輪廓生成的。SOLID185元素用于模擬橡膠防塵套的實際三維結構，如下圖所示。該模型有3387個單元。

建模接觸對

定義了三個接觸對，以模擬軸期間橡膠護套中發生的接觸移動：

• 剛性圓柱軸和橡膠套內表面之間的剛性-柔性接觸。

• 使用基于表面投影的接觸，在橡膠護套的內表面進行自接觸方法

• 使用基于表面投影的接觸，在橡膠護套外表面進行自接觸方法

剛性軸和防塵套的剛-柔接觸對：

剛性圓柱軸由TARGE170單元使用TSHAP，CYLI命令建模。圓柱形軸的半徑為14 mm。該剛性圓柱體與橡膠套的內表面發生初始干涉。

以下接觸設置用于接觸單元CONTA174：

• KEYOPT（9）=2，包括斜坡效應干涉

• KEYOPT（4）=0，以設置高斯積分點處接觸檢測點的位置

• KEYOPT（10）=2，以在每次迭代時更新接觸剛度

以下命令說明了剛柔接觸對的接觸設置：

橡膠防塵套內外表面的自身接觸對：

為了模擬自接觸對，目標和接觸表面都是相同的。KEYOPT（4）=3用于定義基于表面投影的接觸，KEYOPT（10）=2用于更新每次迭代時的接觸剛度。

材料屬性：

材料模型使用Neo-Hookean模型，不可壓縮超彈性材料模型，多用于橡膠材料。摩擦系數0.2。

邊界條件和加載：

對稱平面約束限制面外平動，橡膠防塵套底部限制軸向和徑向方向。

通過不同的加載步以位移和旋轉的形式施加載荷。

加載步1：

在圓筒中心軸端部的基節點（導向節點）在所有方向都約束住

加載步2：

當軸向下移動，防塵套受到壓縮，軸豎直方向的運動由基節點控制。

加載步3：

軸由基點給定相對于z軸的一定量的轉動

分析和結果控制：

在三個加載步中使用非線性靜力學分析，打開大變形效應。

結果和討論：

  不同接觸偵測方法的累積迭代次數比較：基于曲面投影的接觸算法(KEYOPT(4)=3)相對于另外兩個方法產生更光滑的接觸力，對接觸剛度的大小更不敏感。當FKN取1到10時，基于曲面投影的接觸算法所用的迭代次數更少，FKN=1對于非線性分析是最佳值。通?；谇嫱队暗慕佑|算法所用的計算代價更大，但是由于迭代次數減小，所以綜合性能更好一點。

下圖顯示了在最大軸角度下防塵套的位移位置。

防塵套在最大軸角時的最大應力區域如下圖所示，最大應力數值雖然較小，但考慮材料在一定循環下的失效效應，這些區域在疲勞載荷下最容易失效。

下圖顯示了在不同軸角度下橡膠護套中不同接觸點的總應變。第一次接觸發生在橡膠套的外編織物之間。之后，在第一接觸區域中觀察到拉伸，并且第二接觸發生在橡膠套的內編織之間。最后，第三次接觸發生在橡膠護套的內編織物和軸之間。

建議

以下是執行此類分析的建議：

• 注意，基于曲面投影的方法（KEYOPT（4）=3）不用于定義剛性軸和橡膠套之間的接觸，因為該方法不支持由原始目標片段定義的剛性面。

• 對于過盈配合等問題，預計會出現過度穿透。如果在第一載荷步中以階躍方式施加初始穿透力，這些問題面臨收斂性困難。可以通過定義KEYOPT(9)=2來定義第一載荷步中的初始穿透為斜坡加載來克服收斂性問題。