接触问题广泛存在于机械系统之中,如螺栓连接、齿轮啮合、冲压成形、汽车碰撞、飞机鸟撞、子弹穿甲等,其解法分为解析法(如Hertz公式)和数值方法两种。RADIOSS Block中包含的接触处理数值方法有3种:拉氏乘子法、罚函数法和数值Hertz公式法。由于Hertz公式本身的理论假设是基于接触面之间的几何关系来判断接触是否发生,对于接触点不在构成接触面的节点上的常见情况,很难进行精确判断。对于二阶单元,中节点的存在和二阶插值公式可以一定程度的弥补这一问题,因此,RADIOSS Block里还包含了针对二阶单元可以使用的Hertz公式接触算法。
本章重点知识
18.1 基本概念
18.2 绑定接触(Interface Type 2)
18.3 对称和非对称接触(Interface Type 3和5)
18.4 刚体接触(Interface Type 6)
18.5 通用接触(Interface Type 7)
18.6 边-边接触(Interface Type 11)(www.xing528.com)
18.7 本章小结
对于更常见的显式求解问题,不能或不方便使用二阶单元,拉氏乘子法和罚函数法被广泛使用。其中,拉氏乘子法要求严格满足接触界面无穿透的约束条件,是精确算法,但是由于它引入了新的未知量,增加了方程组的未知量数量,在系数矩阵出现了非零元素,使有限元方程组不再解耦,因而导致问题求解更加困难。罚函数法不增加系统未知量,直接引入罚刚度与界面穿透量的乘积作为接触力,使得界面无穿透的约束条件近似满足(依赖于罚刚度的选择)。由于罚函数法不破坏有限元方程组的解耦特性,与显式算法的直接时间积分兼容,因此被显式有限元求解器广泛使用。
RADIOSS Block有很多类接触(Interface),它们使用不同的类型编号来区别并命名,如Interface Type 2、Interface Type 7等。表18-1是RADIOSS Block现有接触类型的汇总。
表18-1 RADIOSS Block现有接触类型
尽管在严格意义上,Interface Type 2属于拉格朗日网格之间的运动学条件(kinematic condition),不是真正意义的接触,但本书还是在本章对其进行介绍。Interface Type 4是很陈旧的接触类型,已经不再建议用户使用,这里没有列在表18-1里。另外,Interface Type 14、15是用于与MADYMO耦合专用接触类型,也未列在其中。
每种接触类型的开发都是针对某一特殊应用领域,但是对于实际问题中接触类型的选择,它们不应是选择的唯一依据,因为某些接触类型的固有算法局限还需要考虑。比如,Interface Type 3、5和6的接触搜索是根据初始位置的最近原则进行的,计算效率很高,但在主表面高曲率时容易导致接触搜索错误。而Interface Type 7,10,11则不是这样,接触搜索是直接进行的,因此对发生接触的位置的判断是实时的,尽管接触搜索消耗了更多CPU时间。同时Interface Type 3、5和6对接触主从面的法向还有要求。
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