接觸剛度
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-07-06
接觸剛度的視頻教程
Altair OptiStruct? 非線性分析基礎(chǔ)培訓(xùn)
培訓(xùn)內(nèi)容：? 1） 非線性分析基礎(chǔ) 非線性分析理論基礎(chǔ)，非線性分析通用卡片設(shè)置? 2） 幾何非線性 幾何非線性分析、跟隨力、后屈曲分析? 3） 材料非線性 彈塑性材料、超彈性材料、非線性彈簧、墊圈材料等? 4） 接觸非線性 接觸類(lèi)型、接觸剛度、接觸厚度、過(guò)盈配合、初始穿透調(diào)整、接觸的激活與抑制 ?5） 復(fù)雜工況分析 連續(xù)工況分析、螺栓預(yù)緊、預(yù)緊模態(tài)、殘余變形分析
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ANSYS 接觸分析講解
本系列教學(xué)視頻主要講解ANSYS WORKBENCH接觸問(wèn)題，從最基礎(chǔ)講起，包含接觸面與目標(biāo)面的選擇、殼單元接觸TOP面與bottom面以及殼厚度影響、接觸算法選擇、接觸檢測(cè)點(diǎn)選擇、接觸剛度設(shè)置、接觸區(qū)域范圍、接觸面偏置等方面做詳細(xì)講解。每一種知識(shí)點(diǎn)講解均有對(duì)應(yīng)案例，可供學(xué)員學(xué)習(xí)。
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接觸剛度的實(shí)例教程
實(shí)體接觸（Contact Entity）
這一接觸類(lèi)型用于可變形（物體的）節(jié)點(diǎn)和剛性幾何面之間，在計(jì)算過(guò)程中用到了定義幾何面的解析方程。與通常的需要?jiǎng)澐殖删W(wǎng)格的面段相比，這是一種高級(jí)的算法。用于抵抗穿透的接觸力通過(guò)罰函數(shù)法來(lái)獲得。這一方法一般用來(lái)在LS-DYNA中模擬那些通常由規(guī)則曲面近似而來(lái)的假人模型。為了清楚地可視化計(jì)算結(jié)果，程序會(huì)自動(dòng)在剛性曲面上劃分網(wǎng)格，但是這些網(wǎng)格并不參與計(jì)算。解析剛性曲面可以是如下幾種：
無(wú)限或有限的平面；
球面；
圓柱面；
超橢球面；
圓環(huán)面；
加載曲線中定義的線；
CAL3D/MADYMO 平面；
CAL3D/MADYMO 橢球面；
來(lái)自VDA文件的曲面；
來(lái)自IGES文件的曲面。
接觸剛度的計(jì)算
從節(jié)點(diǎn)和主面段之間的接觸關(guān)系由兩者之間的線性彈簧表示，彈簧的剛度決定了將施加給從節(jié)點(diǎn)和主面段的接觸力。下面簡(jiǎn)述兩種計(jì)算接觸剛度的方法：
1.罰函數(shù)法(SOFT=0 in Optional Card A in '*CONTACT_')
接觸面剛度計(jì)算公式如下：
這是默認(rèn)的計(jì)算方法，其中利用接觸面的尺寸和材料的力學(xué)性能計(jì)算剛度，因此當(dāng)接觸面之間的材料剛度參數(shù)為同一數(shù)量級(jí)時(shí)計(jì)算效率很高。當(dāng)參與接觸的兩個(gè)部件的材料不同時(shí)，接觸剛度大概是兩個(gè)材料剛度中的較小值，如果接觸剛度太小的話則會(huì)計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤。這種錯(cuò)誤一般出現(xiàn)在很軟的泡沫材料和金屬材料之間的接觸上。因此我們不建議使用SOFT = 0選項(xiàng)，除非用戶之前用這個(gè)選項(xiàng)計(jì)算時(shí)并沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤。
展開(kāi) 實(shí)體接觸
接觸剛度的計(jì)算
從節(jié)點(diǎn)和主面段之間的接觸關(guān)系由兩者之間的線性彈簧表示，彈簧的剛度決定了將施加給從節(jié)點(diǎn)和主面段的接觸力。下面簡(jiǎn)述兩種計(jì)算接觸剛度的方法：
1.罰函數(shù)法(SOFT=0 in Optional Card A in ‘*CONTACT_’)
接觸面剛度計(jì)算公式如下：
接觸面剛度計(jì)算
這是默認(rèn)的計(jì)算方法，其中利用接觸面的尺寸和材料的力學(xué)性能計(jì)算剛度，因此當(dāng)接觸面之間的材料剛度參數(shù)為同一數(shù)量級(jí)時(shí)計(jì)算效率很高。當(dāng)參與接觸的兩個(gè)部件的材料不同時(shí)，接觸剛度大概是兩個(gè)材料剛度中的較小值，如果接觸剛度太小的話則會(huì)計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤。這種錯(cuò)誤一般出現(xiàn)在很軟的泡沫材料和金屬材料之間的接觸上。因此我們不建議使用SOFT = 0選項(xiàng)，除非用戶之前用這個(gè)選項(xiàng)計(jì)算時(shí)并沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤。
2.軟約束法 (SOFT=1 & 2 on Optional Card A in *CONTACT_ )
這種方法不是默認(rèn)的，通過(guò)參與接觸的節(jié)點(diǎn)質(zhì)量和全局時(shí)間步長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算接觸剛度。這樣計(jì)算出來(lái)的剛度與材料參數(shù)無(wú)關(guān)，因此適用于不同材料之間的接觸。如下所示，剛度由節(jié)點(diǎn)質(zhì)量除以時(shí)間步的平方并乘以一個(gè)確保計(jì)算穩(wěn)定的縮放系數(shù)而得。
剛度的計(jì)算
通常情況下，對(duì)于金屬和金屬之間的接觸，不論是SOFT = 0還是SOFT = 1，計(jì)算的結(jié)果都是相近的。對(duì)于軟泡沫和金屬之間的接觸，SOFT = 1選項(xiàng)會(huì)給出高出1-2個(gè)數(shù)量級(jí)的接觸剛度。我們推薦在不同材料的接觸之間使用SOFT = 1選項(xiàng)。
和SOFT = 1類(lèi)似，SOFT = 2利用了基于節(jié)點(diǎn)質(zhì)量和時(shí)間步的罰函數(shù)剛度。SOFT = 2調(diào)用了基于面段的接觸算法，這種算法起源于Belytschko和他的同事提出的彈球接觸（Pinball contact）。在這種算法下，程序會(huì)計(jì)算面段之間的接觸問(wèn)題，而不是傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)-面段接觸問(wèn)題。
展開(kāi) 法向接觸剛度決定接觸面之間的穿透量，切向接觸剛度決定粘結(jié)接觸面之間的滑移（這里的粘結(jié)接觸是英文翻譯過(guò)來(lái)的，不知道準(zhǔn)確不準(zhǔn)確，意思就是兩個(gè)接觸面之間的摩擦很大很大的那種，很難產(chǎn)生相對(duì)滑移這種意思）
當(dāng)接觸剛度較大時(shí)，收斂困難，但是穿透量/滑移量小，計(jì)算精度高；
當(dāng)接觸剛度較小時(shí)，收斂容易，但是穿透量/滑移量大，計(jì)算精度低；
對(duì)于初始的接觸剛度，程序會(huì)根據(jù)材料的剛度和網(wǎng)格尺寸來(lái)確定。一般情況下，不推薦修改接觸剛度。
當(dāng)選擇手動(dòng)輸入接觸剛度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)Normal Stiffness factor 這個(gè)框框，輸入0.01~10區(qū)間內(nèi)的數(shù)字定義接觸剛度系數(shù)。注意，這個(gè)系數(shù)不是真實(shí)的接觸剛度，而是剛度系數(shù)，這個(gè)系數(shù)乘以程序計(jì)算出的接觸剛度才是真實(shí)的接觸剛度值。
我一般是用0.1，1,5,10這幾種來(lái)嘗試并對(duì)比，最終選擇最佳的方案。這個(gè)推薦有較多使用經(jīng)驗(yàn)的童鞋們修改，在初次計(jì)算一個(gè)算例時(shí)，最好選擇程序默認(rèn)選項(xiàng)。
7.Update stiffness
這個(gè)選項(xiàng)是用來(lái)定義是否在計(jì)算過(guò)程中根據(jù)實(shí)際的迭代計(jì)算情況來(lái)進(jìn)行接觸剛度的修正，以及修正方法。
程序默認(rèn)的設(shè)置是兩個(gè)剛體之間永遠(yuǎn)不會(huì)更新接觸剛度，除此之外，接觸剛度根據(jù)每一迭代步的結(jié)果進(jìn)行更新。
你也可以手動(dòng)選擇Never ,即永遠(yuǎn)不更新接觸剛度；
選擇Each Iteration就是每一個(gè)迭代步程序自動(dòng)更新接觸剛度，在不確定你定義的初始接觸剛度是否合理時(shí)，推薦選擇這個(gè)選項(xiàng)；
Each Iteration，Aggressive 這個(gè)選項(xiàng)和上一個(gè)一樣也是程序自動(dòng)更新接觸剛度，但是區(qū)別是這種更新的尺度會(huì)更加激進(jìn)一些，這樣的好處是有時(shí)候會(huì)收斂得快一點(diǎn)。但是若剛度更新的差異過(guò)大也會(huì)造成收斂困難。
展開(kāi) 如果接觸剛度太大， 一個(gè)微小的穿透將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)過(guò)大的接觸力，在下一次迭代中可能會(huì)將接觸面推開(kāi)，用太大的接觸剛度通常會(huì)導(dǎo)致收斂振蕩，并且常會(huì)發(fā)散。
（2） Lagrange乘子法
Larange乘子法實(shí)質(zhì)上增加一個(gè)附加自由度 (接觸壓力)，來(lái)滿足不可穿透條件。
（3） 增廣Lagrange乘子法
將以上兩種方法結(jié)合起來(lái)，就是增廣Lagrange乘子法。接觸協(xié)調(diào)基于懲罰剛度的確定。一旦達(dá)到平衡，檢查穿透容差。此時(shí)， 如果有必要，接觸壓力增加，迭代繼續(xù)。
3、接觸剛度的設(shè)置
兩物體間穿透量大小取決于接觸剛度，過(guò)大的接觸剛度可能會(huì)引起總剛矩陣的病態(tài)，而造成收斂困難。一般來(lái)講，應(yīng)該選取足夠大的接觸剛度以保證接觸滲透小到可以接受，但同時(shí)又應(yīng)該讓接觸剛度足夠小以使不會(huì)引起總剛矩陣的病態(tài)問(wèn)題而保證收斂性。
單元的材料特性來(lái)估計(jì)一個(gè)缺省的接觸剛度值，用實(shí)常數(shù)FKN來(lái)為接觸剛度指定一個(gè)比例因子或指定一個(gè)真正的值，比例因子一般在0.01和10之間，當(dāng)避免過(guò)多的迭代次數(shù)時(shí)，應(yīng)該盡量使?jié)B透到達(dá)極小值。
為取得一個(gè)較好的接觸剛度值，又可需要一些經(jīng)驗(yàn)，可以按下面的步驟進(jìn)行。
（1）開(kāi)始時(shí)取一個(gè)較低的值，低估些值要比高估些值好，由一個(gè)較低的接觸剛度導(dǎo)致的滲透問(wèn)題要比 過(guò)高的接觸剛度導(dǎo)致的收斂性困難，要容易解決。
（2）對(duì)前幾個(gè)子步進(jìn)行計(jì)算，直到最終荷載的一個(gè)比例(剛好完全建立接觸)。
（3）檢查滲透量和每一子步中的平衡迭代次數(shù)，如果總體收斂困難是由過(guò)大的滲透引起的（而不是由不平衡力和位移增量引起的），那么可能低估了FKN的值或者是將FTOLN的值取得太小，如果總體的收斂困難是由于不平衡力和位移增量達(dá)到收斂值需要過(guò)多的迭代次數(shù)，而不是由于過(guò)大的滲透量，那么FKN的值可能被高估。
展開(kāi) LS-DYNA 程序中， 罰函數(shù)法 用于 接觸力 的計(jì)算。 在罰函數(shù)法中，一個(gè)彈簧被放在兩個(gè)物體之間，其間的接觸力由下式給出
k = 接觸界面剛度、 δ= 物體間的穿透量
理想情況下，接觸過(guò)程中接觸面間不應(yīng)該有穿透
k=無(wú)窮大
需要盡量避免初始單元穿透——可使用LS-PrePost提前檢查
兩種方法來(lái)計(jì)算彈簧剛度值：
1, 根據(jù)接觸面的材料特性和尺寸自動(dòng)計(jì)算接觸剛度。也就是SOFT=0
2, 基于接觸節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量和積分時(shí)間步長(zhǎng)，它與接觸材料常數(shù)無(wú)關(guān)， SOFT=1、2
故需要經(jīng)常檢驗(yàn) d3hsp文件以確保求解時(shí)間步長(zhǎng) 小于 接觸穩(wěn)定所需時(shí)間步長(zhǎng)
圖中基于材料屬性和單元尺寸的最小時(shí)間步長(zhǎng)為 0.56918e-6 【也就是timestep】小于 穩(wěn)定接觸所需的(0.185e-5)，因此模型是 OK的。
1， 自動(dòng)計(jì)算接觸剛度。
接觸剛度由接觸面單元的大小和材料屬性決定。因?yàn)檫@種方法依賴材料常數(shù)和單元大小，所以當(dāng)接觸面材料的剛度參數(shù)在同一個(gè)數(shù)量級(jí)上時(shí)非常有效。在材料不相似的情況下，接觸可能會(huì)失效，因?yàn)長(zhǎng)S-DYNA會(huì)粗略地把SLAVE和MASTER中最小的剛度認(rèn)為是接觸剛度，這樣做也許剛度太小。這種情況經(jīng)常會(huì)碰到，比如疏松的薄膜材料和鐵材料間的接觸。因此，在碰撞分析中，我們不建議使用SOFT=0 這個(gè)選項(xiàng)，除非你有豐富的經(jīng)驗(yàn)確保不會(huì)發(fā)生問(wèn)題。
2， 基于接觸節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量和積分時(shí)間步長(zhǎng)，它與接觸材料常數(shù)無(wú)關(guān)
很適合處理不同材料間的接觸方式，這個(gè)剛度值等于節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量除以時(shí)間步長(zhǎng)的平方。可以通過(guò)比例縮放因子來(lái)確保計(jì)算的穩(wěn)定。
展開(kāi) 
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接觸剛度的最新內(nèi)容
</li><li><strong>收斂性調(diào)試：</strong> 針對(duì)該超靜定結(jié)構(gòu)的計(jì)算發(fā)散問(wèn)題，本人經(jīng)過(guò)多輪試算，對(duì)接觸對(duì)剛度修正及殘差控制參數(shù)進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)邏輯調(diào)整。
手工刮研（核心技術(shù)）：高和級(jí)鉗工用刮刀對(duì)銑削后的表面進(jìn)行手工配刮，不僅進(jìn)一步提高平面度，還能創(chuàng)造出微觀的儲(chǔ)油點(diǎn)，改善潤(rùn)滑，確保接觸剛度（通常要求每25×25mm2內(nèi)有一定數(shù)量的接觸點(diǎn)）。
重度變形或嚴(yán)重?fù)p壞：終相當(dāng)方案
當(dāng)?shù)剀壸冃螄?yán)重，或修復(fù)成本接近甚至超過(guò)新購(gòu)成本時(shí)，應(yīng)考慮以下方案。
局部鑲補(bǔ)：將嚴(yán)重?fù)p壞的一段地軌挖去，重新嵌入一個(gè)由淬火鋼或高強(qiáng)度鑄鐵制作的新鑲塊并加工平整。
高和級(jí)鉗工使用刮刀對(duì)銑削后的表面進(jìn)行手工配刮，不僅進(jìn)一步提高平面度，還能創(chuàng)造出微觀的儲(chǔ)油點(diǎn)，改善潤(rùn)滑，確保接觸剛度（通常要求每25×25mm2內(nèi)有一定數(shù)量的接觸點(diǎn)）。
第三步：重度變形（＞0.15mm/m 或嚴(yán)重?fù)p壞）——最后方案
當(dāng)?shù)剀壸冃蜗喈?dāng)其嚴(yán)重或修復(fù)成本過(guò)高時(shí)，應(yīng)考慮以下方案。
局部鑲補(bǔ)：將嚴(yán)重?fù)p壞的一段地軌挖去，重新嵌入一個(gè)由淬火鋼或高強(qiáng)度鑄鐵制作的新鑲塊并加工平整。
刮研：由高和級(jí)鉗工用研具和刮刀對(duì)槽側(cè)面進(jìn)行配刮，達(dá)到要求的接觸點(diǎn)數(shù)（如每25×25mm2內(nèi)規(guī)定點(diǎn)數(shù)），創(chuàng)造儲(chǔ)油點(diǎn)，確保接觸剛度。
優(yōu)點(diǎn)：能從根本上恢復(fù)精度，修復(fù)效果可靠。
缺點(diǎn)：成本較高，需專(zhuān)業(yè)設(shè)備和人員。
重度修復(fù)/更換
適用情況：變形相當(dāng)其嚴(yán)重，或磨損深度超過(guò)加工余量（通常只有2-3mm），修復(fù)成本接近新購(gòu)成本。
CAE黑話：線性與非線性/幾何/材料/接觸三大類(lèi)2個(gè)月前
從“分開(kāi)”到“接觸”，剛度會(huì)發(fā)生突跳。摩擦力的引入進(jìn)一步增加了求解的不對(duì)稱(chēng)性。
圖 6 偏差定義
1.2 高級(jí)形狀定義 ：
通過(guò)形狀定義得到屬性文件CGP后，可以對(duì)齒輪齒有限元模型進(jìn)行預(yù)處理，以獲得齒接觸面和剛度矩陣，用于齒輪接觸模擬。
自研高性能仿真軟件前后處理可視化框架——集成你的求解器6個(gè)月前
</p><p>接觸探測(cè)、接觸對(duì)的激活/去激活規(guī)則，以及對(duì)接觸剛度的處理。</p><p class="ql-align-justify"><strong>多物理耦合的入口點(diǎn)（Multiphysics）</strong></p><p>支持與熱 - 結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) - 流體、結(jié)構(gòu) - 電磁等耦合場(chǎng)的輸入與接口定義。</p><p>數(shù)據(jù)映射與接口一致性（跨物理場(chǎng)網(wǎng)格插值、單位與坐標(biāo)系一致性）。
1) 問(wèn)題特點(diǎn)：剎車(chē)盤(pán)與剎車(chē)片接觸振動(dòng)（固體非線性振動(dòng)），同時(shí)振動(dòng)通過(guò)空氣（流體）傳播產(chǎn)生噪聲，屬于結(jié)構(gòu)振動(dòng)與聲流體的強(qiáng)非線性耦合；
2) 理論解析：講解復(fù)模態(tài) CEA（復(fù)特征值分析）與瞬態(tài) TDA（瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析）的結(jié)合方法，如何識(shí)別制動(dòng)尖叫的共振頻率（非線性振動(dòng)特性），以及聲固耦合的聲學(xué)邊界條件理論；
3) 實(shí)操演示：從剎車(chē)系統(tǒng)的裝配體建模、接觸參數(shù)設(shè)置（剎車(chē)片與剎車(chē)盤(pán)的摩擦系數(shù)、接觸剛度
Adams接觸單元的彈簧力和阻尼力的快速繪圖7個(gè)月前
而應(yīng)用幾何接觸法定義時(shí)，接觸參數(shù)（接觸剛度、接觸阻尼、接觸指數(shù)以及最大滲入深度）的定義是否合理，一般是通過(guò)接觸力組成部分（彈簧力和阻尼力）的占比關(guān)系來(lái)判定。但由于Adams后處理沒(méi)有預(yù)定義的接觸彈簧力和接觸阻尼力輸出，而用戶自行建立相應(yīng)的輸出，又十分麻煩。本文基于上述這一點(diǎn)，對(duì)如何快速的輸出接觸彈簧力和阻尼力進(jìn)行說(shuō)明，以快速的預(yù)測(cè)接觸參數(shù)的合理性。
*CONTROL_CONTACT（接觸控制）10個(gè)月前
（默認(rèn)）</span></p><p><span style="color: rgb(160, 160, 160);">EQ.2：用接觸主面的剛度值。（過(guò)去的方法）</span></p><p><span style="color: rgb(160, 160, 160);">EQ.3：用從節(jié)點(diǎn)的剛度值。
