13 – 接触基本介绍

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一、什么是接触？

用户在求解问题之前，通常不知道接触区域，随着载荷、材料、边界条件和其他因素的变化，表面之间可以接触或者分开，并且在很大程度上不可预料。需要考虑两者之间的摩擦作用。

二、接触分类：

• 刚-柔接触：如金属成型  、  柔-柔接触：如螺栓连接
• 点-面接触、面-面接触、线-线接触

三、接触对

• 在研究两个物体之间的接触时，一个物体的表面认为是接触面，另一个物体的表面就是目标面。
• 接触面和目标面构成了一个接触对
• 接触面上覆接触单元，目标面上覆目标单元，两者通过共享一个实常数联系
• 不同的接触对必须通过不同的实常数联系

四、接触面与目标面的选择原则

• 凸面可能与一个平面或者凹面接触，则平面或者凹面为目标单元，凸面为接触单元（弹性小球落地）
• 如两个面的网格疏密程度不同，则较密的网格应为接触面，较疏的网格为目标面（如螺栓与端板连接）
• 如一个面比另一个面刚，则较柔的面应为接触面，较刚的面为目标面（如桩土接触）
• 如高阶单元和低阶单元位于不同的面，则高阶为接触面，低阶为目标面
• 如果一个面明显的比另一个面大，则较大的面应指定为目标面，较小的面应为接触面

五、接触行为（重要）

• Bonded ：绑定接触，不允许滑动或者分离，类似于共用节点
• No Separation ：法向不分离接触，切向允许有小的滑动
• Fritionless ：无摩擦，法向可分离，但不渗透，切向自由滑动
• Rough：粗糙，法向可分离，不渗透，切向不滑动
• Frictional：摩擦，法向可分离，不渗透，切向滑动，有摩擦力

六、三个重要指数

• 接触刚度： 0.01~10
• Pinball区域：影响接触初始状态的判定
• 穿透量：影响结果精度

接触刚度较大，收敛困难，穿透量小，计算精度高

接触刚度较小，收敛容易，穿透量大，计算精度低

七、接触算法

1.Pure Penalty.罚函数法

• 默认算法，适用于各类型的线性接触融,将零件之间的接触
• 假设为两个节点之间通出单簧连接，精度依赖于穿透量的大小
• 穿透量越小，计算结果精度越高，但同时收敛性越成差
• 在使用罚函数法的时候，需仔细检查接触面的穿透
• FNormal=KNormal x penetration ,对接触邮刚度敏感性较高

2.Normal Lagrange:一般拉格朗日算法

• 将接触压力作为一个自由度来满足接触兼容性
• 无需通过穿透量来计算接触压万
• 需使用直接求解器来求解，计算速宴较慢
• 计算震荡剧烈，较难收敛，但一旦收敛，由于没有假设零件之间的穿透，得到的结果精度较高

 3.Augmented Lagrange:增广拉格朗日算法

• 从罚函数方法衍生而来，引入附励项
• FNormal=KNormal   x   penetration  +  y , 对接刚度敏感性降低
• 有利于在给定的接触刚度较大时完成收敛
• 在一定程度提高计算精度，但收敛时间较长

4.MPC:多点约束法

• 适用于绑定接触、不分离接触，在接触面之间添加一个联结使两个面不分离
• 有两个面几何模型有缝隙，在计算结束之后应检查计算结果
• 适用于大变形开关开启的计算 

5. Beam：梁约束法 

在两个接触面之间添加无质量的梁进行联结，适用于绑定接触

八、算法的应用

线性接触：Bonded、No Seperation

• 使用Beam、MPC，收敛性较好，计算速度较快

非线性接触：Frictionless、Frictional、Rough

• 收敛性：罚函数>增广拉格朗日>一般拉格朗日
• 精度：一般拉格朗日>增广拉格朗日>罚函数
• 计算时间：一般拉格朗日>增广拉格朗日>罚函数

九、Workbench中的连接设置

在workbench中接触在这里打开

具体的设置有：

1. Small Sliding（小滑动） 

选择滑移计算模型

Finite Sliding：有较大的滑动，选择这个

Small Sliding：只是小滑动（认为不超过接触区的20%即认为是小滑动）

一般在workbench中选择“程序控制”就好

2. Detection Method（检测方法）

选择接触点之间的探测方法

一般选择程序控制或者高斯点的较多。

3. Penetration Tolerance（穿透量容差或者渗透容差）

指定具体值、比例系数(0~1)

4.Elastic Slip Tolerance（弹性滑动容差）

指定滑动量容差，使用于一般拉格朗日法

5.Normal Stiffness（接触刚度）

具体值、比例系数(0~1)

6. Update stiffness （更新刚度）

接触刚度更新设置

十、Pinball 距离设置

设置两个接触面之间探测的距离

• 当接触面之间的距离小于Pinball距离时，接触生效
• 当接触面之间的距离大于Pinball距离时，接触失效
• 可利用设置Pinball的大小来认为规避初始间隙问题