有限元仿真分析FEA中何時能忽略接觸

 有限元分析（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis）是利用數(shù)學近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。

 線性有限元計算是最常見的靜態(tài)分析類型。忽略接觸有一個非常方便的用處：可以使用線性分析，方便又快捷，準確度也能得到一定的保證。那何時可以忽略接觸呢？

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 今天，有限元科技小編跟大家分享的是：有限元仿真分析FEA中何時能忽略接觸？

 背景

 線性有限元分析非常簡單，計算速度更快兼容性好（許多軟件被集成到CAD軟件中）。當然，相對于線性分析，同樣存在著許多非線性分析。對線性靜態(tài)問題（而不是動態(tài)），線性分析是非常方便的，但對于其他一些非線性問題，太過簡單地看待會使得計算結(jié)果出現(xiàn)非常大的誤差。所以，本文討論的重點正是：何時可以忽略接觸，從而方便建立簡單便捷的線性模型呢？

 “線性”意味著你不會考慮到各種非線性問題：

 材料-材料非線性是非線性分析的“萬金油”。對于非線性材料，有很多材料模型可用，相應設置也很豐富，對于我們的建模過程非常方便。

 幾何-幾何非線性并不像材料非線性那樣受歡迎。因此它更微妙，更難以理解、更難描述其影響范圍。然而，對于特定類型的問題比如一個屈曲分析，幾何非線性會非常便捷與強大。

 接觸–如何確定接觸是否始終是非線性的，或者是線性的，是我們需要關心的重要內(nèi)容。但無論結(jié)果是何種方式，有限元分析中的接觸都tyrp.net可以是非線性的，所以一般考慮忽略線性接觸。

 有限元分析中一般將接觸分為：

 通用接觸

 這是最簡單的接觸類型，比如在一本躺在桌子上的書和桌子本身之間的接觸，或者一個鋼柱插在混凝土地板上。

 內(nèi)接觸

 比如端板的螺栓連接，情況會比上述類型更為復雜。

 首先要分析兩個梁的接觸情況，并且盡量避免去人為定義接觸，特別是在簡化的模型計算中。

 自接觸

 一些情況下，自接觸屬于不可避免的接觸。這類接觸通常而言也較為復雜，但并不是沒有應對的方法。

 進一步理解接觸

 在通用接觸里提及的混凝土地板中的圓柱，tyrp.net很多人會自動認為這是一個非常普通的問題，但是，有以下幾點可能需要進一步的考慮：

 如果拉伸力出現(xiàn)，接觸如何變化？

 反作用力如何檢查？

 圓柱會向上移動嗎？

 如果在模型比如梁單元中添加螺絲，或者創(chuàng)建剛性（半剛性）連接，會默認使用固定接觸。

 不同的是，這類模型中無法控制接觸發(fā)生的地方，一般而言模型會自行選擇，并且不建議自行修改。

 在殼單元中，不能在垂直方向上支持整個輪廓。這是一個非常容易出現(xiàn)的錯誤。即使整個圓柱在混凝土上，這很可能連接不會承受任何彎曲的時刻。如果你在垂直方向上支持整個輪廓，它會。同樣地，這將在部分載體中顯示為拉伸反應力。

 有限元模型中的接觸可能與摩擦有關。如果存在剪切力，則需要對接觸進行一定的檢查，可以通過將載荷與摩擦系數(shù)相乘，如果該值高于剪切載荷（可能存在不同的安全系數(shù)），檢查便可通過。

 因此，可以在以下情況下忽略接觸：

 支撐點上的負載不會導致額外的力出現(xiàn)

 剛度類型屬于梁單元

 針對摩擦檢查通過

 分析目標中的接觸

 這是一個比較困難的問題。假設你有一個梁連接在圓柱上，如何處理接觸從而獲得精確的結(jié)果，是需要關心的重點。這時，如果能預測接觸將發(fā)生的位置，例如：

 彎矩在固定方向上，并且法蘭和端板足夠堅固。這時可以簡單地將端板的頂部與圓柱連接起來而不是建立接觸。只需使用水平板即可：

 結(jié)果等到的不是一個合適的模型（左下），而是一個簡化的模型（右下）。如果板材剛度足夠高的話，那些應該給你類似的價值。

 與所有這些技巧只能在某些情況下完成：

 預測接觸將在何處發(fā)生

 只在一個方向上彎曲

 足夠的剛度

 易錯事項

 簡化接觸可能會出現(xiàn)幾個問題，但都是可以預見的，并且可以在后期處理中檢查發(fā)現(xiàn)。

 錯誤地預測了接觸發(fā)生的地方

 這種錯誤一般很難主動檢查出來。證明出錯最簡單的方法就是檢查變形端部：

 在理想情況下，平板端部有一定的剛度，所以在這種情況下，非常容易預見接觸點在何處以及連接處的變形情況。但是如果平板剛度較小，就會發(fā)生如下情況：

 這種情況下螺釘中的拉伸力將增大，從而影響結(jié)果的準確度。這種情況下對接觸的簡化就需要慎重。

 特別是上圖中，接觸的單元數(shù)量較大，這種情況不能在沒有接觸屬性的情況下建模。

 有兩個方向彎曲

 在有多個負載時，很難準確預測接觸發(fā)生的地方，因此需要定義接觸保證結(jié)果的準確性。否則后期處理中會發(fā)現(xiàn)，平板中的應力分布在寬度上并不恒定。

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