Marc混合接觸介紹及應用案例

2023年10月17日 16:33
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Marc混合接觸介紹及應用案例的圖1
Marc混合接觸算法基本原理
傳統的點面接觸算法，主要是基于主從探測法則，其基本原理如下圖所示。
Marc混合接觸介紹及應用案例的圖2
當boyd1和body2接觸時，將body1的節點位移描述為body2的節點位移的約束函數，從而實現了body1上節點的接觸約束關系。但現有復雜的接觸情況下可能會存在主面穿透從面的情況（比如：body1的點3穿透body2的面5-6）；同時在具有自接觸的模型或使用全局網格重構的模型中，會存在接觸穿透導致不收斂的情況。
針對如上缺陷，Marc軟件引入了最新的混合接觸算法。其基本思路是，在傳統接觸算法基礎上，針對可能穿透的節點施加額外的罰函數，通過罰函數來消除穿透。
Marc混合接觸介紹及應用案例的圖3
針對體網格，在接觸探測方法上進行了提升，尤其是對于邊緣上的節點，優化了該節點關聯面的探測向量，減少不良接觸探測。
針對殼網格，采用擴展單元技術，使得殼網格可以分別在殼體的頂面、底面、側面進行接觸，大大提高了接觸的精確性、穩健性和魯棒性。
需要注意的是，由于混合接觸采用了額外的罰函數來控制穿透，可能會出現微弱的穿透現象。另外，由于混合接觸算法引入了新的約束方程，可能會導致在非線性計算中總時長和迭代次數會增加。
在Marc軟件中，混合接觸的定義界面如下圖所示。在點面接觸頁面選擇混合接觸算法即可。
Marc混合接觸介紹及應用案例的圖4

Marc混合接觸應用場景及案例介紹

Marc在橡膠、密封行業有著廣泛的應用。在橡膠件的仿真中，接觸分析是必然遇到的；在一些極限工況，由于橡膠的極限形變經常導致接觸會產生穿透，從而導致計算的無法完成。
涉及到如下分析情況的，可以嘗試采用混合接觸進算法行分析：
? 結構自生有復雜的自接觸
? 結構產生大滑移，大變形
? 接觸體使用了全局網格重構
以如下的橡膠襯套為例，其完全采用六面體網格進行建模，單元類型采用Hermmann單元。
首先對襯套進行過盈裝配安裝分析，然后在此基礎上增加一個側向極限剛度的分析工況（通過位移邊界條件施加）。
Marc混合接觸介紹及應用案例的圖5
在計算過程中開啟點面接觸中的混合接觸算法，以便更好的建立襯套單元之間的自接觸，保證網格直接不發生穿透。計算結果如下圖所示：
Marc混合接觸介紹及應用案例的圖6
可以看出，通過合理的建模和參數設置，可以比較容易的在Marc中進行襯套的極限剛度計算；且計算的結果是連續光順的，也更加容易與實驗進行對比。
通過使用混合接觸算法，我們可以更好的建立網格的接觸關系。可以看到，即使在橡膠襯套的邊緣，Marc也能夠很好的建立接觸關系，并在整個計算過程中接觸不發生穿透、失效等導致計算無法完成的現象。
Marc混合接觸介紹及應用案例的圖7

小結

采用Marc的混合接觸算法，將更加容易進行接觸分析，保證接觸分析的收斂性。從而幫助客戶提升CAE仿真計算效率，提升分析的一次成功率。


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Marc混合接觸介紹及應用案例的圖8

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