ANSYS高级接触和螺栓预紧培训手册.pptx
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1、高高级接触和螺栓接触和螺栓预紧 培培训手册手册Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015672高高级接触和螺栓接触和螺栓预紧目目录1.介介绍1-12.接触概述接触概述 2-1A.典型典型应用用 2-2B.接触分接触分类2-73.接触接触刚度度3-1A.基本内容基本内容3-2B.指定一个指定一个值3-6练习 1 平面密封圈平面密封圈3-10C.附附录 计算算刚度度值3-114.摩擦摩擦4-1练习 2 平面密封圈平面密封圈(第二部分第二部
2、分)4-18练习 3 线性制性制动器器4-185.自自动时间步步5-1练习 4 平面密封圈平面密封圈(第三部分第三部分)5-116.面面接触面面接触单元元6-1A.概述概述6-4B.高高级选项6-6练习 5 “不分离不分离”行行为6-30练习 6 初始穿透初始穿透 6-38练习 7 初始接触初始接触环6-50练习 8 初始穿透范初始穿透范围6-53练习 9 单纯热接触接触6-72C.刚性表面注意事性表面注意事项6-73D.不通不通过向向导创建建单元元6-82练习 10 建立接触建立接触对6-101E.疑疑难解答解答6-1027.点点接触点点接触单元元 7-1练习 11 面面接触模面面接触模拟7
3、-128.点面接触点面接触单元元8-1 练习 12 梁端部接触梁端部接触8-169.螺栓螺栓预紧单元元 9-1A.PRETS179 单元元9-4B.典型典型过程程9-7练习 13 螺栓固定板螺栓固定板9-19介介绍第一章第一章Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-4介介绍欢迎迎!欢迎参加高迎参加高级接触和螺栓接触和螺栓预紧培培训课程程!本本课程包括程包括现在在还无法用接触向无法用接触向导、缺省接触、缺省接触设置和自置和自动
4、求解控制求解控制设置置进行求解的接触模型,另外行求解的接触模型,另外还包括螺栓包括螺栓预紧分析分析。本本课程面向已程面向已经熟悉非熟悉非线性迭代分析的内容和性迭代分析的内容和过程,并已程,并已经学学习了了如何如何进行行简单接触分析(基本接触分析(基本结构非构非线性中的主性中的主题)的)的 ANSYS 用用户。Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-5介介绍 欢迎迎本本课程是三个程是三个ANSYS非非线性培性培训课程中的第二程
5、中的第二课:基本基本结构非构非线性性 (2 天天)高高级接触和螺栓接触和螺栓预紧 (1 天天)高高级结构非构非线性性 (2 天天)Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-6介介绍课程目程目标为讲述高述高级非非线性接触分析性接触分析过程,包括以下主程,包括以下主题:接触分接触分类接触接触刚度度摩擦摩擦面面、点点、点面接触面面、点点、点面接触单元元螺栓螺栓预紧Advanced Contact&Bolt Pretension 6.
6、0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-7介介绍课程内容程内容用用户手中的手中的培培训手册手册是本幻灯片的完成拷是本幻灯片的完成拷贝。练习的的详细内容和指内容和指导在在练习题附附录中。中。练习题所需文件可向指所需文件可向指导教教师索取索取。Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-8介介绍 所含主所含主题2.接触概述接触概述3
7、.接触接触刚度度4.摩擦摩擦5.自自动时间步步6.面面接触面面接触单元元7.点点接触点点接触单元元8.点面接触点面接触单元元9.螺栓螺栓预紧接触概述接触概述第二章第二章Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-10接触概述接触概述A.典型典型应用用接触是一种常接触是一种常见的物理的物理现象,也是象,也是 ANSYS 用用户最常使用的非最常使用的非线性性特性。特性。接触用于分析各种接触用于分析各种类型的模型,典型型的模型,典型应
8、用包括用包括:动力冲力冲击板成形板成形螺栓螺栓连接接零件装配零件装配紧配合配合纯压缩边界条件界条件所有所有这些些应用及其它用及其它许多多应用都可用用都可用 ANSYS 接触功能来模接触功能来模拟。Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-11接触概述接触概述.典型典型应用用韧性棒冲性棒冲击刚性表面性表面冲冲击瞬瞬间最大最大变形形(无摩擦无摩擦)最大最大变形形(有摩擦有摩擦)Advanced Contact&Bolt Prete
9、nsion 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-12接触概述接触概述.典型典型应用用超超弹性振性振动缓冲器的表面接触、起冲器的表面接触、起皱和自接触和自接触。Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-13接触概述接触概述.典型典型应用用板成形板成形(深冲深冲)模具配置模具配置深冲后深冲后最最终板材板材Advanced
10、Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-14接触概述接触概述.典型典型应用用轮齿接触接触Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-15接触概述接触概述B.接触分接触分类 ANSYS 软件采用件采用 接触接触单元元 来来:跟踪接触位置跟踪接触位置保保证接触接触协调性性(防止接触
11、表面互相穿透防止接触表面互相穿透)在接触表面之在接触表面之间传递接触接触应力力(正正压力和摩擦力和摩擦)在在 ANSYS 中用中用户可以采用三种不同的可以采用三种不同的单元来模元来模拟接触接触:面面接触面面接触单元元点面接触点面接触单元元点点接触点点接触单元元不同的不同的单元元类型具有完全不同的型具有完全不同的单元特性和分析元特性和分析过程程。Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-16接触概述接触概述.接触分接触分类另外,
12、接触体可以是另外,接触体可以是刚性的或柔性的,于是形成两性的或柔性的,于是形成两类基本模型基本模型:刚柔柔一个表面是完全一个表面是完全刚性的性的 除除刚体运体运动外无外无应变、应力和力和变形形只在一个表面特只在一个表面特别刚硬并且不关心硬并且不关心刚硬物体的硬物体的应力力时有效有效柔柔柔柔接触体都由可接触体都由可变形形单元元组成成三种三种类型的型的单元都支持元都支持刚柔和柔柔接触模型柔和柔柔接触模型。Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#
13、0015671-17接触概述接触概述.接触分接触分类面面面面 接触接触单元用于任意形状的两个表面接触元用于任意形状的两个表面接触时不必事先知道接触的准确位置不必事先知道接触的准确位置两个面可以具有不同的网格两个面可以具有不同的网格支持大的相支持大的相对滑滑动支持大支持大应变和大和大转动面面接触可以模面面接触可以模拟金属成形,如金属成形,如轧制制过程程Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-18接触概述接触概述.接触分接触分类
14、点面点面 接触接触单元用于某一点和任意形状的面接触元用于某一点和任意形状的面接触可使用多个点面接触可使用多个点面接触单元模元模拟棱棱边和面的接触和面的接触不必事先知道接触的准确位置不必事先知道接触的准确位置两个面可以具有不同的网格两个面可以具有不同的网格支持大的相支持大的相对滑滑动支持大支持大应变和大和大转动点面接触可以模点面接触可以模拟棱棱边(如如线)和面之和面之间的接触的接触Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-19接
15、触概述接触概述.接触分接触分类点点点点 接触接触单元用于模元用于模拟单点和另一个确定点之点和另一个确定点之间的接触的接触.建立模型建立模型时必必须事先知道确切的接触位置事先知道确切的接触位置.多个点点接触多个点点接触单元可模元可模拟两个具有多个两个具有多个单元表面元表面间的接触的接触每个表面的网格必每个表面的网格必须是相同的是相同的.相相对滑滑动变形必形必须很小很小.只只对小的小的转动响响应有效有效.点点接触可模点点接触可模拟一些面的接触,一些面的接触,如地基和土壤的接触如地基和土壤的接触.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact
16、&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-20接触概述接触概述.接触分接触分类虽然模然模拟同同样的基本的基本现象,并且有象,并且有许多共同点,但多共同点,但这三种接触三种接触单元元也在也在许多方面不同多方面不同.在以后章在以后章节中,将首先中,将首先讨论一般条件下的通用内容一般条件下的通用内容(如接触如接触刚度度),然后,然后讨论不同的不同的单元如何元如何实现这些特性些特性.接触接触刚度度第三章第三章Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretens
17、ion 6.0Training Manual.Inventory#0015671-22接触接触刚度度A.基本内容基本内容回回顾:所有的所有的 ANSYS 接触接触单元都采用元都采用罚刚度(接触度(接触刚度)来保度)来保证接触界面的接触界面的协调性性.在数学上在数学上为保持平衡,需要有穿透保持平衡,需要有穿透值(0)0).然而然而,物理接触物理接触实体是没有穿透的体是没有穿透的(=0).=0).接触弹簧产生变形 ,满足平衡方程:F=k 式中 k 为接触刚度.FAdvanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension
18、6.0Training Manual.Inventory#0015671-23接触接触刚度度.基本内容基本内容作作为分析人分析人员,将面将面对困困难的的选择:小的穿透小的穿透计算精度高算精度高.因此因此,接触接触刚度度应该很大很大.然而然而,太大的接触太大的接触刚度会度会产生收生收敛困困难.模型可能会振模型可能会振荡,接触表面互相跳开接触表面互相跳开.迭代步 n迭代步 n+1FFF接触F迭代步 n+2Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#
19、0015671-24接触接触刚度度.基本内容基本内容接触接触刚度度 是是同同时影响影响计算精度和收算精度和收敛性的最重要的参数性的最重要的参数.你必你必须仔仔细选定一个合适的接触定一个合适的接触刚度度.平衡收平衡收敛效率和效率和计算精度之算精度之间的关系的关系.“最好最好”的的值是与是与问题相关的相关的,必必须不断通不断通过验证计算来确定算来确定.使用一个使用一个试验值,然后考察收然后考察收敛性和性和计算精度算精度.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.In
20、ventory#0015671-25接触接触刚度度.基本内容基本内容除了在表面除了在表面间传递法向运法向运动(压力力),),接触接触单元元还传递切向运切向运动(摩擦摩擦).).接触接触单元采用元采用切向切向罚刚度度 保保证切向切向方向的方向的协调性性.切向切向罚刚度与法向度与法向罚刚度以同度以同样的的方式方式对收收敛性和性和计算精度算精度产生影响生影响.FtangentFtangent=ktangent Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventor
21、y#0015671-26接触接触刚度度B.指定一个指定一个值选定一个合适的接触定一个合适的接触刚度度值需要一些需要一些经验.对于面面接触于面面接触单元元,接触接触刚度通常指定度通常指定为基体基体单元元刚度的一个比度的一个比例因子例因子.开始估开始估计时,选用用:FKN=1.0 大面大面积实体接触体接触.FKN=0.01 0.1 较柔柔软(弯曲占主弯曲占主导的的)部分部分.另外另外,也可以指定一个也可以指定一个绝对刚度度值,单位是位是(力力/长度度)/)/面面积.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretensio
22、n 6.0Training Manual.Inventory#0015671-27接触接触刚度度.指定一个指定一个值点点点点(除除 CONTA178)和点面接触和点面接触单元需要元需要为罚刚度度 KN 输入入绝对值.初始估初始估计时:对于大于大变形形:0.1*E KN 1.0*E对于弯曲于弯曲:0.01*E KN 0.1*E E 为弹性模量性模量.如何如何计算合适的算合适的绝对刚度度值的的详细讨论请参考参考 附附录.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.In
23、ventory#0015671-28接触接触刚度度.指定一个指定一个值下面的下面的过程可以作程可以作为指指导:1.开始采用开始采用较小的小的刚度度值.2.对前几个子步前几个子步进行行计算算.3.检查穿透量和每一个子步中的平衡迭代次数穿透量和每一个子步中的平衡迭代次数.在粗略的在粗略的检查中中,如如以以实际比例比例显示整个模型示整个模型时就能就能够观察到穿透察到穿透,则穿透可能太大了穿透可能太大了,需要提高需要提高刚度重新分析度重新分析.如果收如果收敛的迭代次数的迭代次数过多多(或未收或未收敛),),降低降低刚度重新分析度重新分析.注意注意:罚刚度可以在度可以在载荷步荷步间改改变,并且可以在重启
24、并且可以在重启动中中调整整.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-29接触接触刚度度.指定一个指定一个值牢牢记:接触接触刚度是同度是同时影响影响计算精度和收算精度和收敛性的最重要的参数性的最重要的参数.如果你能如果你能够完全掌握完全掌握这个要点个要点,就可以就可以处理理绝大部分接触困大部分接触困难!如果有收如果有收敛问题,减小减小刚度度值,重新分析重新分析.在敏感的分析中在敏感的分析中,还应该改改变罚刚度来度来验证计算算结
25、果的有效性果的有效性.在在连续分析中减小分析中减小刚度的范度的范围,直到重要的直到重要的结果果项 (接触接触压力力,最大最大 SEQV 等等)不再明不再明显改改变.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-30接触接触刚度度.练习 1-平面密封圈平面密封圈 练习指指导请参考参考练习附附录:W1.接触接触刚度度.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt P
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