案例42-用通用接觸建模的導(dǎo)線壓接

這個示例問題演示了通過通用接觸方法進行接觸建模的容易性。該方法提供了自動創(chuàng)建接觸，并且需要最少的輸入。當(dāng)模型中涉及大量接觸表面并且?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)使得難以確定接觸對時，這尤其有用。

重點介紹了以下特性和功能：

? 自動生成通用接觸單元

? 觸點特性定義

? 通過通用接觸建模的剛-柔接觸和柔-柔接觸，包括面-面和邊-面接觸配置

介紹

在此示例中，多股導(dǎo)線通過稱為壓接的機械變形過程連接到電氣端子（連接器）。連接器的U形部分（把手）通過剛性沖頭圍繞電線折疊，形成B形壓接，該壓接提供電線和電端子之間的連接。

由于該模型的復(fù)雜性，通過基于對的接觸方法定義所有可能的接觸表面將是一項困難且耗時的任務(wù)。通過使用常規(guī)接觸方法，可以自動創(chuàng)建接觸曲面；只有有限數(shù)量的接觸表面需要非默認接觸特性的規(guī)范。柔性-柔性和剛性-柔性接觸都被建模。

問題描述

剛性沖頭向下移動，以折疊導(dǎo)線周圍的夾點。夾點位于另一個固定的剛性表面上。剛性沖頭在Y方向上向下移動7.607 mm，時間步長很小。

在3.35E-4秒內(nèi)進行瞬態(tài)分析，以捕捉由一般接觸定義的所有可能接觸（面-面和邊-面）的發(fā)生。

建模

三維壓接接頭模型由一個0.5mm厚的夾具和七根絞合線組成，每條線的直徑為0.725mm。握把和電線由銅合金制成，該銅合金由多線性各向同性硬化塑性材料模型建模。該模型還包括一個剛性沖頭和一個剛性支撐。

建模夾點和導(dǎo)線

使用SOLID186（三維結(jié)構(gòu)實體）單元對夾點和七股絞合線進行建模。

建模剛性沖頭和底座支撐

剛性沖頭和剛性底座支撐采用TARGE170（三維目標(biāo)段）單元建模。

剛性目標(biāo)表面取自基于對的接觸模型，并轉(zhuǎn)換為一般接觸。為了將這些目標(biāo)表面包括在一般接觸定義中，通過EMODIF命令分配零實際常數(shù)ID和零材料ID，I1=GCN。還通過EMODIF命令分配了唯一的截面ID（SECNUM）和唯一的單元類型ID（type）。截面和單元類型ID使用相同的ID號。

或者，如果從頭開始建模該結(jié)構(gòu)，則可以通過AMESH命令生成這些目標(biāo)曲面。

使用常規(guī)接觸方法建模接觸

在建立完整的有限元模型并定義剛性目標(biāo)后，下一步是通過GCGEN命令生成一般接觸面。如果相鄰面的法線之間的角度大于GCGEN上定義的特征角度（FeatureANGLE=20），則該命令會在基礎(chǔ)單元的外表面上自動生成三維面-面單元（CONTA174），并將其拆分為不同的接觸表面（每個接觸表面具有唯一的截面ID）。它還基于GCGEN上的設(shè)置EdgeKEY=1在分割表面之間的特征邊緣上生成三維線接觸單元（CONTA177）。

值20用于特征角，以實現(xiàn)接觸表面和它們之間的邊緣的期望分割。在此模型中，僅考慮夾點的頂部邊緣，其余邊緣將被刪除。

接下來，通過GCDEF命令定義接觸交互。默認情況下，在所有常規(guī)接觸表面之間假定為無摩擦標(biāo)準(zhǔn)接觸。要覆蓋此默認值，命令GCDEF,AUTO,ALL,ALL,100,100用于定義所有接觸表面的摩擦接觸。其他GCDEF命令用于排除可能導(dǎo)致虛假接觸的某些表面。

材料屬性

握把和電線由銅合金制成，該合金采用多線性各向同性硬化（塑性）材料模型建模。

邊界條件和加載

沖壓部件的剛性底座在所有方向上都受到約束。每條導(dǎo)線的一端在所有平移方向上受約束（但不受旋轉(zhuǎn)約束），每條導(dǎo)線的另一端是自由的。遠程位移用于在3.35E-4秒內(nèi)向沖頭施加7.607 mm的向下位移。通過表格輸入施加相對時間的位移。

分析和求解控制

在3.35E-4秒內(nèi)進行非線性瞬態(tài)分析。分析中包括大撓度效應(yīng)（NLGEOM，ON命令）。該問題經(jīng)歷了較大的塑性變形；因此引入大的塑性極限作為縮減因子（CUTCONTROL命令），以在非線性分析期間當(dāng)解遇到收斂困難時自動減小步長。

結(jié)果和討論

結(jié)果顯示在兩個時間點：2.5E-4秒和3.35E-4秒。

2.5E-4秒時的結(jié)果

2.5E-4秒時的以下結(jié)果如圖所示：

（a）剛性沖頭的位移和夾具的變形形狀

（b）等效塑性應(yīng)變；最大值位于握把的上邊緣，因為它與剛性沖頭接觸

（c）求解期間面-面和邊緣-面接觸的接觸狀態(tài)圖

3.35E-4秒時的結(jié)果

圖中顯示了3.35E-4秒時的以下結(jié)果：

（a）剛性沖頭的位移和握把的最終變形形狀

（b）等效塑性應(yīng)變；最大值在抓地力處

（c）求解期間面-面和邊緣-面接觸的接觸狀態(tài)圖

下圖（a）顯示了最終在變形結(jié)束時形成的B形卷曲的橫截面圖。觀察把手是否完全折疊在電線周圍并與電線接觸。圖（b）顯示了電線的最終變形形狀及其平面外擠壓。

下面的動畫顯示了夾點在一段時間內(nèi)的變形，因為它被剛性沖頭圍繞導(dǎo)線折疊以形成B形卷曲。

建議

設(shè)置通用接觸分析時，請考慮以下提示和建議：

? 仔細考慮GCGEN命令中使用的特征角度。選擇一個將生成所需接觸曲面和邊的值。

? 當(dāng)使用GCDEF命令上的排除選項以及節(jié)點組件（以識別表面）時，使用_FACE組件名稱擴展名僅排除表面接觸。否則，默認情況下將排除曲面和邊緣單元。

? 始終檢查剛性表面目標(biāo)單元的法線方向。