ANSYS高级接触和螺栓预紧培训手册.pptx

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7-128.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 6.0Advanced 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.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 Pretension 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 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，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#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&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 Pretension 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 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#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.Inventory#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.Inventory#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 Pretension 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.Inventory#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 Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-31接触接触刚度度C.附附录 计算算刚度度值接触接触刚度度附附录Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-32接触接触刚度度 附附录 计算算刚度度值通常通常,可以由接触表面的相可以由接触表面的相对刚度估度估计一个比一个比较好的接触好的接触刚度度.大面大面积实体的体的刚度一般大于度一般大于弹性的易弯曲性的易弯曲结构的构的刚度度.接触接触刚度主度主要是相要是相对于大面于大面积实体体结构而言构而言.大面大面积接触的接触的实例有金属加工，例有金属加工，车轮和和铁轨，销钉和和轴承座等承座等.易弯曲的接触易弯曲的接触实例有叶片例有叶片弹簧，板成形等簧，板成形等.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-33接触接触刚度度.附附录 计算算刚度度值对于大面于大面积实体体,赫赫兹接触接触刚度度 通常可以通常可以为接触接触刚度提供合适的基度提供合适的基本本值.这个个刚度可以由度可以由单元尺寸和元尺寸和杨氏模量来估氏模量来估计.对于具有一致形状的于具有一致形状的 3D 单元元,赫赫兹刚度可以近似度可以近似为 kHertz a x E,式中式中 a 是特征是特征单元尺寸元尺寸,E 是是杨氏模量氏模量.对于具有厚度于具有厚度(t)的的 2D 单元元,赫赫兹刚度可以近似度可以近似为 kHertz t x E.对于于 2D 轴对称称单元元,“厚度厚度”是是 1 弧度弧度 x r,赫赫兹刚度近似度近似为 kHertz r x E.aaaaatraaAdvanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-34接触接触刚度度.附附录 计算算刚度度值实践中践中,大面大面积接触接触刚度的合适初度的合适初值应为 kcontact=fbulk x kHertz,式式中因子中因子 fbulk 对于大面于大面积实体介于体介于 0.1 和和 10 之之间.由于由于 fbulk 的初始估的初始估计值在至少两个量在至少两个量级的范的范围内内,并且由于并且由于 kcontact 总要通要通过试验进行行调整整,因此当估因此当估计罚刚度度时没有必要担心没有必要担心单元尺寸元尺寸.对于大面于大面积实体体,可只通可只通过下式下式简单地估地估计罚刚度度k=fbulk x E式中因子式中因子 fbulk 通常介于通常介于 0.1 和和 10 之之间,fbulk 的合适的初的合适的初值通常可通常可取取 fbulk=1.0.此估此估计值假定一个近似的假定一个近似的“单位位”单元元长度度;对于非常大或非常小的于非常大或非常小的单元元 ,可能需要相可能需要相应地地调整整 fbulk 值.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-35接触接触刚度度.附附录 计算算刚度度值如果接触包含两种不同的材料如果接触包含两种不同的材料,采用采用较软的接触材料的的接触材料的 E.如果存在塑性，如果存在塑性，说明剪切模量降低明剪切模量降低.对于于 Mooney-Rivlin 超超弹材料，材料模型不使用材料，材料模型不使用值 E，必必须为此此模型估模型估计值 E.可以可以简单地从地从应力力应变曲曲线中的相中的相应部分提取部分提取弹性模量性模量值.或者通或者通过 E=6(a+b)估估计一个初始模量，式中一个初始模量，式中 a 和和 b 是是头两个两个 Mooney-Rivlin 常数常数.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-36接触接触刚度度.附附录 计算算刚度度值对于柔性部分于柔性部分(梁和壳模型梁和壳模型)系系统刚度可能度可能远小于赫小于赫兹接触接触刚度度.这种情况下可以先种情况下可以先进行静力分析，把行静力分析，把单位位载荷施加到荷施加到预期的接触面期的接触面上以确定模型的局部上以确定模型的局部刚度度.接触接触刚度可以由下式度可以由下式进行估行估计:k =fbend(P/d d)式中式中 P 是施加的是施加的单位位载荷，荷，d d 是相是相应的的变形，形，对于柔体接触于柔体接触,fbend 是介于是介于 1 和和 100 之之间的因子的因子.fbend=1 通常是一个很好的初通常是一个很好的初值.实践中践中为简便便,可以只由下式估可以只由下式估计接触接触刚度度:k=fbulk x E/10Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-37接触接触刚度度.附附录 计算算刚度度值同同样关于收关于收敛性和性和计算精度的算精度的问题也存在于切向也存在于切向罚刚度度.太小的太小的值导致致计算算结果不精确果不精确.太大的太大的值引起收引起收敛困困难.“最好的最好的”值应由由试验得出得出.作作为初初值,可采用可采用ktangent=0.01 knormal 这是大多数是大多数 ANSYS 接触接触单元的缺省元的缺省值.当然当然,剪切剪切应力受滑力受滑动发生的生的值所限制所限制:x p摩擦在下一章中摩擦在下一章中讨论.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-38接触接触刚度度.附附录 计算算刚度度值对于点点和点面接触于点点和点面接触单元元,直接指定直接指定罚刚度度值,单位位为力力/长度度.对不同的网格密度不同的网格密度,总体的表面体的表面刚度在网格密的地方大，而在网格疏的地方小度在网格密的地方大，而在网格疏的地方小.这将将导致不均匀的接触致不均匀的接触压力力.由于面面接触由于面面接触单元的元的罚刚度是按度是按单位面位面积指定的，指定的，总体表面体表面刚度随网格度随网格密度密度变化很小化很小.(为清晰，表面单独绘出)F网格密的地方大网格疏的地方小摩擦摩擦第四章第四章Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-40摩擦摩擦什么是摩擦什么是摩擦?两个接触体的剪切或滑两个接触体的剪切或滑动行行为可以是无摩擦的或有摩擦的可以是无摩擦的或有摩擦的.无摩擦行无摩擦行为允允许物体没有阻力地相互滑物体没有阻力地相互滑动.当存在摩擦当存在摩擦时，物体之，物体之间会会产生剪切力生剪切力.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-41.摩擦摩擦摩擦消耗能量，并且是路径相关的行摩擦消耗能量，并且是路径相关的行为.载荷必荷必须以与以与实际情况相同的方式施加情况相同的方式施加.为获得得较高的精度，高的精度，时间步步长必必须小小.注意注意,与塑性不一与塑性不一样，自，自动时间步步长不考不考虑摩擦响摩擦响应增量的步增量的步长.小小时间步步真真实位移路径位移路径大大时间步步ABAdvanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-42.摩擦摩擦实际摩擦是一个复摩擦是一个复杂的的现象，它是下面因素的函数象，它是下面因素的函数:接触材料接触材料(包括包括润滑滑剂).表面粗糙度表面粗糙度.温度温度.物体的相物体的相对速度速度.摩擦的机制至今尚未完全弄清摩擦的机制至今尚未完全弄清.实际上上,低速度和常低速度和常压力下力下进行的一个行的一个简单的摩擦的摩擦实验,也也经常表常表现出相当不出相当不稳定的力定的力变形行形行为:FuAdvanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-43.摩擦摩擦ANSYS中中,摩擦采用摩擦采用库仑模型，并有附加模型，并有附加选项可可处理复理复杂的粘着的粘着和剪切行和剪切行为.库仑法法则是宏是宏观模型，表述物体模型，表述物体间的等效剪切力的等效剪切力 FT 不能超不能超过正正压力力 FN 的一部分的一部分:FT x FN式中式中 摩擦系数摩擦系数.一旦超一旦超过 FT，两个物体将两个物体将发生相生相对滑滑动.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-44.摩擦摩擦弹性性库仑摩擦模型摩擦模型:允允许粘着和滑粘着和滑动试图使两个物体相使两个物体相对运运动的剪切的剪切载荷荷 Ft 小于小于 Fn 时，两个物体粘两个物体粘着在一起着在一起.如果此剪切如果此剪切载荷荷 Ft 大于大于 Fn,两物体两物体发生相生相对滑滑动.在两物体在两物体间将将产生反向的剪切生反向的剪切应力力 TAU.粘着粘着:Ft Fn 或当或当:TAU TAUMAX则:TAU=Shear Stress缺省缺省值:TAUMAX=1e20FnFtm FnAdvanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-45.摩擦摩擦弹性性库仑摩擦模型（摩擦模型（续）:允允许粘着和滑粘着和滑动一些一些单元采用元采用实常数常数 TAUMAX 模模拟这种限制种限制.|pTAUMAXTAUMAX 的一个估的一个估计上限上限为:式中式中 y 是接近表面的材料的等是接近表面的材料的等效效 Mises 屈服屈服应力力.经典数典数据通常是据通常是TAUMAX 比比较好的初好的初始始值.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-46.摩擦摩擦弹性性库仑摩擦模型（摩擦模型（续）:允允许粘着和滑粘着和滑动粘着区被粘着区被处理理为弹性的，并具有剪切性的，并具有剪切刚度度 KT.剪切剪切刚度具有与正度具有与正刚度相同的效果度相同的效果:刚度大度大时精度高，精度高，刚度小度小时收收敛性好性好.可以指定可以指定 KT,或由程序指定或由程序指定 KT 为 KN的分数的分数(通常通常为 KN的的 1%).FTuKT FNAdvanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-47.摩擦摩擦刚性性库仑摩擦摩擦:接触响接触响应不能是不能是“粘着粘着”此模型只适用于分析同一方向上的此模型只适用于分析同一方向上的连续滑滑动.例如砂例如砂轮打磨物体打磨物体时.在在u=0 时的不的不连续等效于无限等效于无限刚度度.如果滑如果滑动停止或反向会出停止或反向会出现收收敛困困难.FTu FN只允只允许滑滑动摩擦摩擦.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-48 摩擦摩擦库仑模型表示当正模型表示当正压力增加力增加时，传递的最大剪切的最大剪切压力也增加力也增加.FTup1p2正正压力增加，滑力增加，滑动力增加力增加Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-49 摩擦摩擦当然，接触表面的剪切屈服当然，接触表面的剪切屈服应力限制住力限制住传递的剪切的剪切应力最大力最大值.像胶表面上的剪切屈服像胶表面上的剪切屈服应力力产生刹生刹车滑痕滑痕 限制了在限制了在轮胎和公路之胎和公路之间传递的摩擦力的摩擦力.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-50 摩擦摩擦有有时,表面会粘着在一起表面会粘着在一起,即使没有正即使没有正压力力时也会有滑也会有滑动阻力阻力.一些一些单元可以用元可以用结合力合力(COHE)描述描述这种状种状态.|pTAUMAXCOHEAdvanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-51 摩擦摩擦摩擦系数摩擦系数:物体滑物体滑动时的摩擦系数通常比静止的摩擦系数通常比静止时的摩擦系数小的摩擦系数小.滑滑动:动摩擦系数摩擦系数.静止静止:静摩擦系数静摩擦系数.并非所有并非所有 ANSYS 接触接触单元都支持静摩擦系数和元都支持静摩擦系数和动摩擦系数的区摩擦系数的区别.对于所有的于所有的 ANSYS 接触接触单元元,被指定被指定为材料属性材料属性(MU).对点点和点面接触点点和点面接触单元，用元，用实常数常数 FACT(静、静、动摩擦比摩擦比值)来区分静、来区分静、动摩擦摩擦系数系数.对于面面接触于面面接触单元，元，动摩擦系数以表面相摩擦系数以表面相对速度的函数速度的函数计算得出算得出.无摩擦无摩擦时,取取 =0.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-52 摩擦摩擦摩擦系数摩擦系数(续):对于面面接触于面面接触单元，元，动摩擦系数是速度的指数函数，并以下式表示摩擦系数是速度的指数函数，并以下式表示:=k+(s-k)e-dcVt或或 MU=MUK*(1+(FACT-1)exp(-dc*vtfs/deltaT)式中式中:MUK =动摩擦系数摩擦系数 (由用由用户定定义)FACT=MUS/MUK (由用由用户定定义)MUS =静摩擦系数静摩擦系数dc =衰减系数衰减系数 (由用由用户定定义)vtfs/deltaT=表面表面间的相的相对速度速度 缺省缺省值:FACT=1,MUS=MUK=0dc=0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-53 摩擦摩擦摩擦系数摩擦系数(续):动摩擦系数作摩擦系数作为表面速度的函数，使静表面速度的函数，使静态平平稳过渡到渡到动态Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-54 摩擦摩擦包含摩擦的接触包含摩擦的接触问题产生非生非对称的称的刚度矩度矩阵.然而然而,采用非采用非对称方程求解器比称方程求解器比对称方程求解器需要更多的称方程求解器需要更多的计算算时间.因此因此 ANSYS 采用采用对称化算法，大多数的包含摩擦的接触称化算法，大多数的包含摩擦的接触问题可以用可以用此求解此求解.如果求解如果求解时收收敛性能不好，性能不好，对于一些于一些单元可以使用非元可以使用非对称的求解称的求解选项(NROPT,USYM).此此时可以采用可以采用稀疏稀疏 求解器（推荐）或求解器（推荐）或波前波前 求解器求解器,当非当非对称矩称矩阵出出现时，两者都可以自，两者都可以自动转换到非到非对称求解器称求解器选项.PCG 对于非于非对称矩称矩阵无效无效.Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-55 摩擦摩擦ANSYS 接触接触单元摩擦元摩擦选项总览:Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Advanced Contact&Bolt Pretension 6.0Training Manual.Inventory#0015671-56摩擦摩擦.练习2、3练习指