frictionless的案例
有限元基礎(chǔ)-接觸非線性2
Frictionless ，無摩擦接觸是一種典型的非線性接觸類型，因?yàn)榻佑|面積和接觸壓力分布是隨著加載載荷的情況發(fā)生變化的，但它也是一種理想的假設(shè)，假設(shè)接觸面的切向摩擦力系數(shù)為零，所以在某些模型中需要注意模型的穩(wěn)定性，當(dāng)可以自由滑動(dòng)的時(shí)候最好添加若彈簧來保證計(jì)算的穩(wěn)定性。
Rough ，粗糙接觸類似Frictionless，但是它假設(shè)了另一個(gè)極端，即接觸面之間的切向摩擦系數(shù)無限大，這樣接觸體之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，只發(fā)生法向的接觸改變，但依然屬于非線性接觸類型，它只用3D實(shí)體的面面接觸或2D板之間的邊邊接觸。（不支持顯示動(dòng)力學(xué)分析）
Frictional ，摩擦接觸最接近真實(shí)的接觸情況，允許在發(fā)生切向滑動(dòng)之前接觸面之間傳遞一定的切向力，一旦切向力超過一定的閾值時(shí)就會(huì)發(fā)生切向滑動(dòng)。
note:在接觸剝離（contact debonding）時(shí)也可以設(shè)置一定的分離準(zhǔn)則使綁定接觸和不分離接觸的接觸區(qū)域在達(dá)到分離條件時(shí)發(fā)生分離。
在workbench中往往會(huì)對(duì)多體模型自動(dòng)建立接觸，但是不建議使用自動(dòng)建立的接觸，建議刪除重新手動(dòng)建立接觸，這樣避免自動(dòng)接觸與實(shí)際情況的差別，也有利于對(duì)模型的理解和對(duì)實(shí)際實(shí)際情況的認(rèn)識(shí)。
展開 關(guān)于ANSYS workbench六種接觸類型解釋與選用。
則是frictionless。
(5) 法線方向可以分開，切線方向可以發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，存在摩擦力。則是frictional。
ANSYS WORKBENCH提供的六種接觸類型
則是frictionless。
(5) 法線方向可以分開，切線方向可以發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，存在摩擦力。則是frictional。
ANSYS Workbench六種接觸類型解析
則是frictionless
(5) 法線方向可以分開，切線方向可以發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，存在摩擦力。則是frictional
ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用
Workbench心得——行星齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
然后我們就需要對(duì)模型添加約束和連接，主要包括有joints和frictionless contacts，添加完的效果如圖。添加過程請(qǐng)看下面詳述。
首先添加三個(gè)類似的運(yùn)動(dòng)副，都是需要Body-Ground形式。
第一個(gè)添加太陽輪的旋轉(zhuǎn)副。revolute joint。Body-ground。
再添加三角架的旋轉(zhuǎn)副。revolute joint。Body-ground。
再添加內(nèi)齒圈的固定副。fixed joint。Body-ground。
接著添加一個(gè)Body-Body的旋轉(zhuǎn)副，也就是三角板與行星輪之間的旋轉(zhuǎn)連接。revolute。Body-Boby。
最后就是兩個(gè)齒輪之間的接觸關(guān)系設(shè)置。按照經(jīng)驗(yàn)，在不考慮齒輪間摩擦的情況下，選擇frictionless 接觸類型。
展開 ANSYS接觸類型及用法簡(jiǎn)介
1接觸類型
在ANSYS中有六種接觸類型，分別如下：
（1）Bonded:接觸面間無切向滑移或法向分離
（2）No Separation:接觸面間無法向分離，但有切向無摩擦滑動(dòng)
（3）Frictionless:無摩擦的單邊接觸
（4）Rough:粗糙。兩物體間只發(fā)生靜摩擦，不會(huì)發(fā)生切向的滑移，即摩擦系數(shù)無限大
（5）Frictional:有摩擦的接觸。兩接觸面間既可以法向分離，也可以切向滑動(dòng)，用戶需定義摩擦系數(shù)。
（6）Forced Frictional Sliding:只適用于剛體動(dòng)力學(xué)。與Frictional類型類似，只是沒有靜摩擦階段。 程序會(huì)在每個(gè)接觸點(diǎn)上施加一個(gè)切向的阻力，該切向阻力正比于法向接觸力。
2接觸類型選用原則
（1）法線方向不可分開，切線方向也無相對(duì)滑動(dòng)，則使用Boneded
（2）法線方向不可分開，切線方向有輕微的無摩擦滑動(dòng)，則用No Separation
（3）法線方向可以分開，切線方向無相對(duì)滑動(dòng)，則用Rough
（4）法線方向可以分開，切線方向有相對(duì)滑動(dòng)，且沒有摩擦力，則是Frictionless
（5）法線方向可以分開，切線方向有相對(duì)滑動(dòng)，存在摩擦力，則是Frictional
展開 ANSYS Workbench五種接觸類型淺析
Frictionless（無摩擦）:這種接觸類型代表單邊接觸，即，如果出現(xiàn)分離則法向壓力為零。只適用于面接觸。因此，根據(jù)不同的載荷，模型間可以出現(xiàn)間隙。它是非線性求解，因?yàn)樵谳d荷施加過程中接觸面積可能會(huì)發(fā)生改變。假設(shè)摩擦系數(shù)為零，因此允許自由滑動(dòng)。使用這種接觸方式時(shí)，需注意模型約束的定義，防止出現(xiàn)欠約束。程序會(huì)給裝配體加上弱彈簧，幫助固定模型，以得到合理的解。
Rough（粗糙的）:這種接觸方式和無摩擦類似。但表現(xiàn)為完全的摩擦接觸，即沒有相對(duì)滑動(dòng)。只適用于面接觸。默認(rèn)情況下，不自動(dòng)消除間隙。這種情況相當(dāng)于接觸體間的摩擦系數(shù)為無窮大。
Frictional（有摩擦）:這種情況下，在發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)前，兩接觸面可以通過接觸區(qū)域傳遞一定數(shù)量的剪應(yīng)力。有點(diǎn)像膠水。模型在滑動(dòng)發(fā)生前定義一個(gè)等效的剪應(yīng)力，作為接觸壓力的一部分。一旦剪應(yīng)力超過此值，兩面將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。只適用于面接觸。摩擦系數(shù)可以是任意非負(fù)值。
以上描述可能有點(diǎn)長(zhǎng)，如果難以理解，下面有其他朋友總結(jié)的：
Bonded：無相對(duì)位移，如同共用節(jié)點(diǎn)。
No Separation：法向不分離，切向可以有小位移。
后面三種為非線性接觸。
Frictionless：法向可分離，但不滲透，切向自由滑動(dòng)。
Rough：法向可分離，不滲透，切向不滑動(dòng)。
Frictional：法向可分離，不滲透，切向滑動(dòng)，有摩擦力。
展開 齒輪副在瞬態(tài)分析中的設(shè)置
用ANSYS Workbench瞬態(tài)分析，新建或打開一對(duì)嚙合模型后，在第三項(xiàng)“connection”，打開“contacts”，在“Bonded-Part1 To Part2”中，把Bonded改為無摩擦的“Frictionless”。
除了選擇“Frictionless”無摩擦的之外，還可以根據(jù)齒輪的嚙合要求，選擇“Frictional”有摩擦的，這時(shí)要在下面的一行中加上一個(gè)較小的，甚至是很小的摩擦系數(shù)，例如0.01-0.1，這樣選擇的結(jié)果可能是當(dāng)ANSYS軟件計(jì)算有摩擦的嚙合副在計(jì)算中計(jì)算量較大，因?yàn)閷儆诜蔷€性的，有可能會(huì)不收斂。也就是無法得到計(jì)算結(jié)果。
“No Separation”僅用于單個(gè)齒面靜力分析時(shí)用，法向不分離，不能用于嚙合副在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的嚙合過程的瞬態(tài)分析
“Rough”表征的是粗糙的，相互之間沒有滑動(dòng)，也就是摩擦系數(shù)無窮大。 “Force Frictional Sliding”表征的是“力作用下的摩擦”，表征的是幾乎無法移動(dòng)的，有點(diǎn)類似Bonded，一般共軛副中的嚙合分析不會(huì)用這種。據(jù)說這類接觸是高版本中才有的。
選擇好接觸形式后，要注意把所有可能在分析動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)中嚙合的面都選全，如果接觸面是不相聯(lián)的話，也必須分別選擇各個(gè)零件上的可能的嚙合面，這時(shí)可以不選齒頂，齒根這些不連續(xù)的面都不能選上，如果選上后，在計(jì)算中，如果的確參與了嚙合，有接觸了，軟件自動(dòng)給出計(jì)算的結(jié)果，如果選擇了不可能接觸的面，在計(jì)算中就不會(huì)收斂，沒有計(jì)算結(jié)果，這是要充分注意的。
這是這組齒輪一開始軟件默認(rèn)一個(gè)齒輪有二個(gè)面接觸的，另一個(gè)齒輪是有三個(gè)面接觸的，而這13齒的齒輪，每個(gè)齒輪有13個(gè)面是接觸的，這就得自己手動(dòng)設(shè)置。
設(shè)置完成以后是這樣的：
然后點(diǎn)“Apply”，表示確定。
展開 基于Ansys-workbench/LS-Dyna 的活塞沖擊動(dòng)力學(xué)分析
圖3沖擊系統(tǒng)有限元模型
2定義接觸，約束和施加初始條件
本文研究是鑿巖機(jī)沖擊部件在極限工況下的動(dòng)力學(xué)分析，活塞撞擊釬桿，釬桿與釬頭看著一體，釬頭與巖石發(fā)生相互作用，將各部件均設(shè)為柔性體，活塞與釬桿表面選擇Frictionless 無摩擦接觸方式，同時(shí)，釬頭與巖石接觸表面選擇Frictional 有摩擦接觸方式，靜摩擦系數(shù)為0.15，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1。Frictionless用來模擬無摩擦的單邊接觸，沖擊碰撞是非線性大變形問題,由于接觸面無法預(yù)知且可能會(huì)發(fā)生接觸的表面因變形而接觸，常選擇Frictionless接觸方式，通過connection/Body Interaction/Definition type/Frictionless 設(shè)置。
約束是對(duì)有限元模型進(jìn)行自由度的添加，主要是限制移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在極限工作的介質(zhì)下，工作介質(zhì)為堅(jiān)硬的巖石，設(shè)置巖石沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的fix support全約束，釬桿只具有沿活塞運(yùn)動(dòng)方向的自由度，用displacement 約束設(shè)置 ，約束完成后，還需要對(duì)沖擊系統(tǒng)施加初始條件，由上一章介紹鑿巖機(jī)工作原理可知，沖擊系統(tǒng)高壓油進(jìn)入后腔，作沖程加速運(yùn)動(dòng)，在與釬尾發(fā)生碰撞前，活塞只受液壓油的作用，當(dāng)高速?zèng)_擊碰撞釬尾，在很短時(shí)間（微秒級(jí)）內(nèi)將產(chǎn)生巨大的沖擊力，這個(gè)沖擊力比液壓的作用大得多，是活塞疲勞破壞的最主要原因，因此，將它作為研究的主要對(duì)象，設(shè)置活塞模型的整個(gè)body施加一定的初始速度即可完成初始條件的定義。通過Initial Condition/ Velocity/ x-Component= -11000mm/s定義。
展開 淺談平面應(yīng)力和平面問題及其ANSYS實(shí)現(xiàn)
（施加Pressure時(shí)，正值代表壓縮，負(fù)值代表拉伸）
2.約束：由于我們使用的是四分之一模型，所以我們?cè)趯?duì)稱邊界上使用Frictionless Support。為了讓讀者看著清楚，筆者在每個(gè)對(duì)稱邊界上都施加了Frictionless Support，這樣有個(gè)好處，就是能在后處理的時(shí)候查看每個(gè)對(duì)稱邊界上的支反力。簡(jiǎn)單一點(diǎn)的話，可以選中兩個(gè)對(duì)稱邊界，施加一個(gè)Frictionless Support也可以。
Step6：求解及后處理。
題目讓我們求圓環(huán)徑向截面（即對(duì)稱邊界）上的拉應(yīng)力，后處理時(shí)，我們可以選擇單獨(dú)輸出對(duì)稱邊界上的結(jié)果。我們單擊Solution，在Results中選擇Stress→Normal Stress，并在Details of Normal Stress將Geometry選為對(duì)稱邊界的一個(gè)邊，將Orientation設(shè)置為Y軸。然后提取結(jié)果。
通過計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1.圓環(huán)徑向橫截面上的正應(yīng)力最大值為41.024MPa，最小值為39.024MPa，平均值為40.024MPa，與材料力學(xué)計(jì)算結(jié)果基本相同。
2.圓環(huán)徑向截面上的正應(yīng)力沿壁厚不是均勻分布的，而是呈線性分布。但最大值和最小值相差很小，可以認(rèn)為是均勻分布。
3.求解時(shí)將三維空間問題轉(zhuǎn)化為二維平面問題，用二維坐標(biāo)系研究三維問題，在保證計(jì)算結(jié)果的前提下，大大縮短了計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算效率。
至此，該例題求解完畢。
歡迎大家評(píng)論轉(zhuǎn)發(fā)支持！掃描二維碼關(guān)注公眾號(hào)，一起聊聊力學(xué)和有限元那點(diǎn)兒事。
展開 ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)過盈配合分析
(5)本案例模型使用默認(rèn)材料，右鍵單擊模型樹節(jié)點(diǎn)Connections，選擇Insert→Manual Contact Region，新建一個(gè)接觸對(duì)，接觸類型選擇Frictionless，Target選擇右側(cè)零件的一個(gè)接觸面，Contact接觸面選擇左側(cè)零件的接觸面，如圖14所示。
圖14 接觸對(duì)設(shè)置
(6)在Details of Frictionless-Component1\1 To Component2\2中，設(shè)定Offset為1mm，也就是這個(gè)接觸對(duì)的過盈量為1mm，如圖15所示。
圖15 接觸對(duì)過盈量設(shè)置
(7)單擊模型樹節(jié)點(diǎn)Mesh，在Details of Mesh中確定模型單元長(zhǎng)度為4mm。
(8)右鍵單擊模型樹節(jié)點(diǎn)Mesh，單擊彈出菜單項(xiàng)Generate Mesh生成模型網(wǎng)格，如圖16所示。
圖16 模型網(wǎng)格劃分
(9)右鍵單擊模型樹節(jié)點(diǎn)Static Structural，使用Insert→Fixed Support添加一個(gè)固定約束，選擇左側(cè)零件的外部端面，如圖17所示。
圖17 左側(cè)固定約束
(10)右鍵單擊模型樹節(jié)點(diǎn)Static Structural，使用Insert→Fixed Support再添加一個(gè)固定約束，選擇右側(cè)零件的外部端面，如圖18所示。
圖18 右側(cè)固定約束
(11)右鍵點(diǎn)擊模型樹節(jié)點(diǎn)Static Structural下的Solution，點(diǎn)擊Solve進(jìn)行計(jì)算。
展開 
提升有限元分析核心能力，這三類概念思維不可或缺
比如下圖所示的齒輪和齒條的分析，第一次分析時(shí)，在齒輪的內(nèi)側(cè)表面施加Remote Displacement，約束平動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)；齒條右側(cè)施加Frictionless Support；齒條底部施加+Y向的2500N的力，這是一種可以接受的約束和加載方式。
如下圖所示，如果對(duì)齒輪的內(nèi)側(cè)放松轉(zhuǎn)動(dòng)約束，僅保留平動(dòng)約束，代之以施加第一種方式計(jì)算的反力矩-89.6Nm；齒條底部的Force代之以Frictionless Support，保留齒條右側(cè)的Frictionless Support。計(jì)算完成后，得到齒條底部的支反力約為2501N，與第一個(gè)方案是一致的。
此外，圣維南原理也可以在邊界條件處理方面提供指導(dǎo)，主要分為兩種情況：
一種情況是在次要的應(yīng)力邊界可采用合力等效原則；
另一種情況是在次要的位移邊界可用靜力等效方式轉(zhuǎn)化為應(yīng)力邊界。
三、運(yùn)用概念對(duì)計(jì)算結(jié)果做出評(píng)估
計(jì)算結(jié)束后，對(duì)于計(jì)算結(jié)果的正確性和合理性進(jìn)行評(píng)估，也同樣需要借助于概念思維。在
結(jié)構(gòu)分析中，可以查看的結(jié)果項(xiàng)目十分豐富。
1、通過提取支反力（矩），檢查其是否與施加的外荷載平衡。在焊縫或螺栓連接處，整體結(jié)構(gòu)計(jì)算中可以將其簡(jiǎn)化為綁定接觸，通過提取接觸面的反力，還可以查看和分析結(jié)構(gòu)中的荷載傳遞路徑。
2、位移是彈性結(jié)構(gòu)有限元分析的基本解答。計(jì)算結(jié)束后要檢查變形分布是否符合實(shí)際約束和受力情況，如果變形不對(duì)，應(yīng)力應(yīng)變作為變形導(dǎo)出的結(jié)果，就先不用看了。
3、應(yīng)力和應(yīng)變作為導(dǎo)出解，其精度不及位移。在位移正確的前提下查看應(yīng)力和應(yīng)變，可以查看各種強(qiáng)度法則所要求的應(yīng)力數(shù)值。以平面單元為例，由于一般采用2×2積分點(diǎn)方案，如下圖所示。
展開 提升有限元分析核心能力，這三類概念思維不可或缺
比如下圖所示的齒輪和齒條的分析，第一次分析時(shí)，在齒輪的內(nèi)側(cè)表面施加Remote Displacement，約束平動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)；齒條右側(cè)施加Frictionless Support；齒條底部施加+Y向的2500N的力，這是一種可以接受的約束和加載方式。
如下圖所示，如果對(duì)齒輪的內(nèi)側(cè)放松轉(zhuǎn)動(dòng)約束，僅保留平動(dòng)約束，代之以施加第一種方式計(jì)算的反力矩-89.6Nm；齒條底部的Force代之以Frictionless Support，保留齒條右側(cè)的Frictionless Support。計(jì)算完成后，得到齒條底部的支反力約為2501N，與第一個(gè)方案是一致的。
此外，圣維南原理也可以在邊界條件處理方面提供指導(dǎo)，主要分為兩種情況：
一種情況是在次要的應(yīng)力邊界可采用合力等效原則；
另一種情況是在次要的位移邊界可用靜力等效方式轉(zhuǎn)化為應(yīng)力邊界。
運(yùn)用概念對(duì)計(jì)算結(jié)果做出評(píng)估
計(jì)算結(jié)束后，對(duì)于計(jì)算結(jié)果的正確性和合理性進(jìn)行評(píng)估，也同樣需要借助于概念思維。在結(jié)構(gòu)分析中，可以查看的結(jié)果項(xiàng)目十分豐富。
■通過提取支反力（矩），檢查其是否與施加的外荷載平衡。在焊縫或螺栓連接處，整體結(jié)構(gòu)計(jì)算中可以將其簡(jiǎn)化為綁定接觸，通過提取接觸面的反力，還可以查看和分析結(jié)構(gòu)中的荷載傳遞路徑。
■位移是彈性結(jié)構(gòu)有限元分析的基本解答。計(jì)算結(jié)束后要檢查變形分布是否符合實(shí)際約束和受力情況，如果變形不對(duì)，應(yīng)力應(yīng)變作為變形導(dǎo)出的結(jié)果，就先不用看了。
■ 應(yīng)力和應(yīng)變作為導(dǎo)出解，其精度不及位移。在位移正確的前提下查看應(yīng)力和應(yīng)變，可以查看各種強(qiáng)度法則所要求的應(yīng)力數(shù)值。以平面單元為例，由于一般采用2×2積分點(diǎn)方案，如下圖所示。
展開 workbench模態(tài)分析詳解（06）
00 靜力分析非線性的類型
材料非線性（結(jié)構(gòu)材料是非線性材料，需要在workbench中指定非線性材料）；
幾何非線性（大變形，大轉(zhuǎn)角，大應(yīng)變，需要打開workbench的large deflection）；
接觸非線性（接觸關(guān)系為摩擦frictional，粗糙rough，無摩擦frictionless）；
01 非線性靜力分析實(shí)例
幾何模型；
劃分網(wǎng)格，詳細(xì)設(shè)置見源文件；
邊界條件；
02 材料非線性
橢圓鋼片為非線性不銹鋼材料；
矩形鋼片為Q235線性材料；
03 幾何非線性
04 摩擦非線性
05 靜力分析求解結(jié)果
位移；
摩擦應(yīng)力；
非線性靜力分析結(jié)束后，就可以提取任何時(shí)間的摩擦狀態(tài)，進(jìn)行后續(xù)的模態(tài)分析。
展開 ANSYS Workbench中的接觸類型
Frictionless（無摩擦）:這種接觸類型代表單邊接觸，即如果出現(xiàn)分離則法向壓力為零。只適用于面接觸。因此，根據(jù)不同的載荷，模型間可以出現(xiàn)間隙。它是非線性求解，因?yàn)樵谳d荷施加過程中接觸面積可能會(huì)發(fā)生改變。假設(shè)摩擦系數(shù)為零，因此允許自由滑動(dòng)。使用這種接觸方式時(shí)，需注意模型約束的定義，防止出現(xiàn)欠約束。法向可分離，但不滲透，切向自由滑動(dòng)。程序會(huì)給裝配體加上弱彈簧，幫助固定模型，以得到合理的解。
Rough（粗糙的）:這種接觸方式和無摩擦類似。但表現(xiàn)為完全的摩擦接觸，即沒有相對(duì)滑動(dòng)，法向可分離，不滲透，切向不滑動(dòng)。只適用于面接觸。默認(rèn)情況下，不自動(dòng)消除間隙。這種情況相當(dāng)于接觸體間的摩擦系數(shù)為無窮大。
Frictional（有摩擦）:這種情況下，在發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)前，兩接觸面可以通過接觸區(qū)域傳遞一定數(shù)量的剪應(yīng)力。有點(diǎn)像膠水。法向可分離，但不滲透，切向滑動(dòng)，有摩擦力。模型在滑動(dòng)發(fā)生前定義一個(gè)等效的剪應(yīng)力，作為接觸壓力的一部分。一旦剪應(yīng)力超過此值，兩面將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。只適用于面接觸。摩擦系數(shù)可以是任意非負(fù)值。
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