PDF《接触分析应用技巧》

Breakout Session CAE事业部 / 蔡永鹏Perry 接触分析应用技巧 COSMOSWorks 最佳应用- 接触(Contact)问题在於实际工程应用中是极为广泛且常见的问题,但现有的固体力学或结构领域的电脑辅助分析模拟软 体中,除了泛用型的有限元素分析软体有提供 此方面的功能外,一般整合性的CAD/CAE/CAM软 体却较少提供此分析功能,使用者遇到此问题时,除了直接藉助泛用型的有限元素 软体进行分析,另外常用的方法,即是将分析 模型利用CAD或前处理软体将模型建立完成或 资料准备完毕后,在输出至有限元素分析软体 进行运算,此两种类型,软体在使用及相容性 皆须满足使用者要求,不失为一种可行的分析 模式,但如进行接触分析时,除考量建立分析 模型的便利性与精确性外,尚须能兼顾前后处 理程式与求解处理程式的整合性,如此对於使 用者而言,会是一个较好的分析工作模式,而COSMOSWorks即提供了接触问题的整合性分 析环境.

接触分析在於描述初始即为接触状态或於 承受负载过程中产生接触的零件边界之间的互 动情形.在两个相似的劲度值零件之间,使用 接触相互作用是较好的,而不是以负载/拘束条 件方式作用於零件上,若没有接触条件,两个 元素之间没有共同的节点,两者彼此都不知道 对方存在,在COSMOSWorks中,接触条件也 可以将相邻的零件结合在一起. 在COSMOSWorks接触功能可在组合件与 多本体零件中使用.COSMOSWorks提供四种 接触选项:设定整体接触(Global.Contact)、 定义接触组(Local.Contact)、 定义零组件之接触(Component Contact)以及寻找接触配对 组. 结合(Bonded)为预设值,接触面在分析前后 均是结合在一起,不会有分离的状况. 自由/无互动(Free)使用时机在两者(零组件)之间无互动,若因其它条件,而确使接触 面会有互相穿透时,使用自由接触条件可以加 快运算速度 . 无贯穿(No Penetration) 零组件之间会互相 作用影响,但不会有穿透(干涉)现象. (图1)相容网格 vs. 不相容网格 整体接触 在组合件中,不同零件或多本体中不同本 体接触面的预设接触条件,但它不会针对点或 边线以及两个面积较小的区域设定接触条件. 分为三种接触情况(图1):

72 | Vol.28 SolidWizard

2007 Breakout Session Vol.28 SolidWizard

2007 |

73 如果使用相容的网格选项进行网格化失败的 话,可使用此选项完成网格化程序. 若在接触边线及面之间使用分割线,使其边 线重合,网格将会相容,此选项(不相容网 格)就没作用. 只有在结合选项可以使用(图2) 当两个面重叠时(图3): 定义接触组(局部接触) 为组合件及多本体零件中,必须定义来源 及目标图元之间的接触.(图4) 零组件之接触 手动选择来源面以及目标面图元. 选择接触类型. 若需要的话,选择"摩擦" 会增加求解复杂性,除非必要否则不要使用. 真实情形的摩擦系数不易量测及控制,因此使用时要特别注意. 使用相容的网格,求解准确性较高但网格 产生较有可能产生失败. 使用不相容的网格,程式会在两个重叠面 彼此之间以一内部拘束系住. 对所选零组件之间或与其它零组件共用的所有面积设定预设接触条件. 若不想所有接触面都是结合的,通常整体接 触设定为自由.(图5) 使用零组件接触个别定义.(图6) (图2) (图3) (图4) (图5) (图6) Breakout Session 寻找接触配对组 在复杂的组合件中,有时很难从外观判断 零组件与其它零组件是否有共用区域,或两者 之间是否保持在指定的余隙围内.这是最快 找到配对组的方法.(图7) 接触定义层级 选择2个以上零组件. 当选择选项"接触面",COSMOSWorks将自 动判断可能的接触配对组. 类型可以选择"无贯穿"、"结合"或"自由". "无贯穿"可以选择: 节点对节点 节点对曲面 曲面对曲面 当一个图元同时有多种接触情形时,会以下列方式判断:(图8) 接触类型 局部接触条件会覆盖过整体以及零件接触条件. 零件接触条件会覆盖过整体接触条件. 整体接触条件仅用於没有设定零件或局部接触条件的接触面上. 无贯穿:节点对节点、节点对曲面及曲面对曲面 结合 使用接触设定的主要方式. 定义模型中不能互相穿透的区域. "熔接"或"焊接"的图元. 收缩配合(Shrink Fit) 允许相互有干涉配合作用. 自由(无互动) 虚拟墙壁(Virtual Wall) 无贯穿接触选项 当零件接触一弹性或一刚性平坦面时使用. 只能设定在单一零件上. 要选择一个参考基准面. 只能在静态专题.