2.10.68. CONTA171 - двухмерный контактный элемент типа поверхность с поверхностью с двумя узлами

Описание элемента

Элемент CONTA171 используется для моделирования контактного взаимодействия и скольжения между двухмерными ответными поверхностями (элемент TARGE169) и деформируемой поверхностью, определенной данным элементом. Элемент имеет две степени свободы в каждом узле: линейные перемещения в направлении X и Y узловой системы координат. Элемент может располагаться на поверхностях двухмерного элемента (элемента, имеющего осесимметричное, плоское напряженное или плоское деформированное НДС), оболочек или балок I порядка, то есть не имеющих промежуточных узлов (PLANE42, PLANE67, PLANE182, HYPER56, HYPER84, VISCO106, SHELL51, ВЕАМЗ, ВЕАМ23, PLANE13, PLANE55 или MATRIX50). Элемент имеет те же самые геометрические размеры, что и связанные с ним объемные элементы, оболочки или балки. Контакт происходит при внедрении контактного узла в элемент ответной поверхности (линию). Касательные напряжения трения определяются. Дополнительно могут применяться другие контактные элементы типа CONTA172, CONTA173 и CONTA174.

Исходные данные элемента

Геометрия и расположение узлов показаны на рис. 2.68. Элемент определяется двумя узлами (прилегающие объемные элементы, оболочки или балки промежуточных узлов не имеют). Если прилегающие объемные элементы, оболочки или балки имеют промежуточные узлы, следует применять элемент CONTA172. Ось X системы координат элемента направлена вдоль линии, соединяющей узлы I и J. Нумерация узлов контактного элемента существенна при правильном определении контакта. Узлы должны быть указаны так, чтобы при движении от первого контактного узла ко второму ответная поверхность оставалась справа, как показано на рис. 2.68.

Связанная ответная поверхность -Контактный элемент

г- Поверхность объемного У элемента, оболочки или балки

Двухмерные элементы контактной поверхности связываются с двухмерными элементами ответной поверхности (TARGE 169) посредством общего набора геометрических характеристик. Комплекс ANSYS определяет контакт только между поверхностями с общим номером набора геометрических характеристик. При моделировании контакта как недеформируемого и деформируемого тел, так и деформируемых тел одна из деформируемых поверхностей должна быть покрыта контактными элементами.

Если в контакт с одной границей объемных элементов вступает более чем одна ответная поверхность, следует создавать несколько контактных элементов, имеющих идентичную геометрию, но состоящих в контакте с разными ответными поверхностями (при этом ответные элементы имеют различные номера наборов геометрических характеристик), или следует объединять две ответные поверхности в одну (ответные элементы будут иметь единый набор геометрических характеристик).

Элемент в состоянии воспринимать плоское напряженное, плоское деформированное и осесимметричное напряженные состояния. Напряженное состояние автоматически определяется по типу НДС прилегающих (основных) элементов. Однако если прилегающим (основным) элементом является суперэлемент (под-конструкция), для указания напряженного состояния применяется признак KEYOPT(3).

Список исходных данных элемента

Узлы - I, J.

Степени свобод:

- UX,UY(nPHKEYOPT(l) = 0);

- UX, UY, TEMP (при KEYOPT(l) = 1),

- TEMP(npnKEYOPT(l) = 2);

- UX, UY, TEMP, VOLT (при KEYOPT(l) = 3);

- TEMP.VOLT(npHKEYOPT(l) = 4);

- UX,UY, VOLT(nPHKEYOPT(l) = 5);

- VOLT (при KEYOPT( 1) = 6);

- AZ(nPHKEYOPT(l) = 7).

Геометрические характеристики:

- Rl - радиус дуги ответной поверхности;

- R2 - толщина суперэлемента;

- FKN - множитель штрафной жесткости в направлении нормали;

- FTOLN - множитель допуска внедрения;

- ICONT - допуск начального смыкания контакта;

- PINB - глубина области поиска контакта;

- РМАХ - нижний предел начального допустимого внедрения;

- PMIN - верхний предел начального допустимого внедрения;

- TAUMAX - максимальное напряжение трения;

- CNOF - геометрическое смещение контактной поверхности;

- FKOP - жесткость в открытом контакте;

- FKT - штрафная жесткость в касательном направлении;

- СОНЕ - когезия в контакте;

- ТСС - коэффициент тепловой проводимости в контакте;

- FHTG - коэффициент выделения тепла в контакте;

- SBCT - постоянная Стефана - Больцмана;

- RDVF - коэффициент радиационного излучения;

- FWGT - средневзвешенный коэффициент нагрева;

- ЕСС - коэффициент электрической проводимости в контакте;

- FHEG - средневзвешенный коэффициент рассеяния Джоуля;

- FACT - отношение коэффициентов трения статического н динамического;

- DC - коэффициент экспоненциального затухания при вычислении коэффициента трения;

- SLTO - допускаемое упругое проскальзывание;

- TNOP - максимально допускаемое контактное давление;

- TOLS - множитель расширения ответного ребра.

Свойства материала - DAMP, MU, EMIS. Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента:

- конвекция на ребре 1 (I - J);

- поток тепла на ребре 1 (I - J). Объемные нагрузки - нет. Специальные возможности:

- нелинейность;

- большие перемещения;

- рождение и смерть.

KEYOPT(l) - признак применяемых степеней свобод:

KEYOPT(2) - признак алгоритма вычисления контакта:

-О - расширенный метод множителей Лагранжа (и по умолчанию);

- 1 - штрафные функции;

- 2 - метод многоточечных связей (МРС);

- 3 - метод множителей Лагранжа в направлении нормали и метод штрафов в направлении касательной;

- 4 - чистый метод множителей Лагранжа в направлении нормали и касательной.

KEYOPT(3) - признак НДС при наличии суперэлементов:

- О - используется с h-элементами (при отсутствии суперэлементов);

- 1 - осесимметричное НДС (используется только с суперэлементами);

- 2 - плоское напряженное или плоское деформированное НДС (используется только с суперэлементами);

- 3 - плоское напряженное НДС с толщиной (используется только с суперэлементами).

KEYOPT(4) - признак расположения точек определения контакта:

- О-в точках интегрирования по Гауссу (для расчетов общего вида);

- 1 - в узлах в направлении нормали к контактной поверхности;

- 2 - в узлах в направлении нормали к ответной поверхности.

KEYOPT(5) - признак автоматического регулирования значений CNOF и ICONT:

- О - без автоматического регулирования;

- 1 - смыкание зазора с автоматическим назначением CNOF;

- 2 - уменьшение внедрения с автоматическим назначением CNOF;

- 3 - смыкание зазора и уменьшение внедрения с автоматическим назначением CNOF;

- 4 - автоматическое назначение ICONT.

KEYOPT(7) - признак контроля приращения шага по времени:

- О - без контроля;

- 1 - автоматическое деление приращения шага пополам;

- 2 - обеспечение рационального приращения шага по времени;

- 3 - обеспечение минимального приращения шага по времени при изменении состояния контакта в элементе.

Примечание. Для KEYOPT(7) - 2 или 3 проводится автоматическое деление приращения шага пополам. Данные значения признака действуют только при вызове команды SOLCONTROL,ON,ON.

KEYOPT(8) - признак выделения асимметричного контакта:

- О - не применяется;

- 2 - комплекс ANSYS внутренне выделяет пары асимметричного контакта, используемые в ходе расчета (применяется только при использовании симметричного контакта).

KEYOPT(9) - признак учета начального зазора или внедрения:

- О начальное внедрение или зазор и геометрическое смещение учитываются;

- 1 - начальное внедрение или зазор и геометрическое смещение не учитываются;

- 2 - начальное внедрение или зазор и геометрическое смещение учитываются в виде плавно прикладываемой нагрузки;

- 3 - геометрическое смещение учитывается, начальное внедрение или зазор не учитывается;

- 4 - учитываются только внедрение или зазор в виде плавно прикладываемой нагрузки.

Примечание. При KEYOPT(9) = 1,3 или 4 указанный эффект начального зазора учитывается только при KEYOPT(12) = 4 или 5.

KEYOPT(IO) - признак обновления контактной жесткости:

- О - проводится на каждом шаге нагрузки, если FKN изменено в ходе шага нагрузки (на основе контактной пары);

- 1 - проводится на каждом промежуточном шаге, на основе средних напряжений в прилегающих элементах, вычисленных на предыдущем промежуточном шаге (на рснове контактной пары);

- 2 - проводится на каждой итерации, на основе текущих средних напряжений в прилегающих элементах (на основе контактной пары);

- 3 - проводится на каждом шаге нагрузки, если FKN изменено в ходе шага нагрузки (на основе индивидуального элемента);

- 4 .- проводится на каждом промежуточном шаге, на основе средних напряжений в прилегающих элементах, вычисленных на предыдущем промежуточном шаге (на основе индивидуального элемента);

- 5 - проводится на каждой итерации, на основе текущих средних напряжений в прилегающих элементах (на основе индивидуального элемента).

Примечание. При KEYOPT(IO) - 0,1, и 2 усреднение означает, что жесткости И настройки ICONT, FTOLN, PINB, РМАХ и PMIN усредняются для всех контактных элементов, входящих в контактную пару. Для KEYOPT(IO) - 3, 4 и 5 жесткости и настройки основаны на значениях для индивидуального контактного элемента (геометрии и свойствах материала).

KEYOPT(l 1) - признак учета толщины балок и оболочек:

- О - не учитывается;

- 1 - учитывается.

KEYOPT(12) - признак свойств контактной поверхности-

- О - стандартные;

- 1 - грубый контакт;

- 2 - контакт без разделения (скольжение допускается);

- 3 - контакт со склеиванием;

- 4 - контакт без разделения (постоянный),

- 5 - контакт со склеиванием (постоянный);

- 6 - контакт со склеиванием (начальный контакт).

Расчетные данные элемента

Расчетная информация, связанная с элементом, разделена на два вида:

Таблица 2.68. Описание расчетных данных элемента CONTA171

2.10.69. CONTA172- двухмерный

контактный элемент типа поверхность с поверхностью с тремя узлами

Описание элемента

Элемент CONTA172 используется для моделирования контактного взаимодействия и скольжения между двухмерными ответными поверхностями (элемент TARGE 169) И деформируемой поверхностью, определенной данным элементом. Элемент имеет две степени свободы в каждом узле: линейные перемещения в направлении X и Y узловой системы координат. Элемент может располагаться на поверхностях двухмерного объемного элемента (то есть элемента, имеющего осесимметричное, плоское напряженное или плоское деформированное НДС), оболочек или балок II порядка, то есть имеющих промежуточные узлы (PLANE2, PLANE183, HYPER74, PLANE82, HYPER84 (при KEYOPT(l) = 1), VISC088, VISCO108, PLANE35, PLANE77 или MATRIX50). Элемент имеет те же самые геометрические размеры, что и связанные с ним объемные элементы, оболочки или балки (см. рис. 2.69). Контакт происходит при внедрении контактного узла в элемент ответной поверхности (линию) TARGE169. Касательные напряжения трения определяются. Дополнительно могут применяться другие контактные элементы типа CONTA171, CONTA173 и CONTA174.

Исходные данные элемента

Геометрия и расположение узлов показаны на рис. 2.69. Элемент определяется тремя узлами (прилегающие объемные элементы, оболочки или балки имеют промежуточные узлы). Если прилегающие объемные элементы, оболочки или балки не имеют промежуточных узлов, следует применять элемент CONTA171 (элементы CONTA171 могут и применяться, но промежуточные узлы следует удалить). Ось X системы координат элемента направлена вдоль линии, соединяющей узлы I и J. Нумерация узлов контактного элемента существенна при правильном определении контакта. Узлы должны быть указаны так, чтобы при дви-

Связанная ответная поверхность

Контактный элемент

.- Поверхность объемного I элемента

жении от первого контактного узла ко второму ответная поверхность оставалась справа, как показано на рис. 2.69.

Двухмерные элементы контактной поверхности связываются с двухмерными элементами ответной поверхности (TARGE 169) посредством общего набора геометрических характеристик. Комплекс ANSYS определяет контакт только между поверхностями с общим номером набора геометрических характеристик. При моделировании контакта как недеформируемого и деформируемого тел, так и деформируемых тел одна из деформируемых поверхностей должна быть покрыта контактными элементами.

Если в контакт с одной границей объемных элементов вступает более чем одна ответная поверхность, следует создавать несколько контактных элементов, имеющих идентичную геометрию, но состоящих в контакте с разными ответными поверхностями (при этом ответные элементы имеют различные номера наборов геометрических характеристик), или следует объединять две ответные поверхности в одну (ответные элементы будут иметь единый набор геометрических характеристик).

Элемент в состоянии воспринимать плоское напряженное, плоское деформированное и осесимметричное напряженные состояния. Напряженное состояние автоматически определяется по типу НДС прилегающих (основных) элементов. Однако, если прилегающим (основным) элементом является суперэлемент (под-конструкция), для указания напряженного состояния применяется признак KEYOPT(3).

Список исходных данных элемента Узлы I, J, К. Степени свобод:

- UX, UY (при KEYOPT(l) - 0);

- UX, UY, TEMP (при KEYOPT(l) = 1);

- TEMP(npnKEYOPT(l) = 2);

- UX, UY, TEMP, VOLT (при KEYOPT(l) = 3);

- TEMP,VOLT(npHKEYOPT(l) = 4);

- UX,UY, VOLT(nPHKEYOPT(l) = 5);

- VOLT(npnKEYOPT(l) = 6);

- AZ(npnKEYOPT(l) = 7).

Геометрические характеристики:

- Rl - радиус дуги ответной поверхности;

- R2 - толщина суперэлемента;

- FKN - множитель штрафной жесткости в направлении нормали;

- FTOLN - множитель допуска внедрения;

- ICONT - допуск начального смыкания контакта;

- PINB - глубина области поиска контакта;

- РМАХ - нижний предел начального допустимого внедрения;

- PMIN - верхний предел начального допустимого внедрения;

- TAUMAX - максимальное напряжение трения;

- CNOF - геометрическое смещение контактной поверхности;

- FKOP - жесткость в открытом контакте;

- FKT - штрафная жесткость в касательном направлении;

- СОНЕ - когезия в контакте;

- ТСС - коэффициент тепловой проводимости в контакте;

- FHTG - коэффициент выделения тепла в контакте;

- SBCT - постоянная Стефана - Больцмана;

- RDVF - коэффициент радиационного излучения;

- FWGT - средневзвешенный коэффициент нагрева;

- ЕСС - коэффициент электрической проводимости в контакте;

- FHEG - средневзвешенный коэффициент рассеяния Джоуля;

- FACT - отношение коэффициентов трения статического и динамического;

- DC - коэффициент экспоненциального затухания при вычислении коэффициента трения;

- SLTO - допускаемое упругое проскальзывание;

- TNOP - максимально допускаемое контактное давление;

- TOLS - множитель расширения ответного ребра.

Свойства материала - DAMP, MU, EMIS. Нагрузки, прикладываемые к поверхности элемента:

- конвекция на ребре 1 (I-J-K);

- поток тепла на ребре 1 (I-J-K).

Объемные нагрузки - нет. Специальные возможности:

~- нелинейность;

- большие перемещения;

- рождение и смерть.

KEYOPT(l) - признак применяемых степеней свобод:

KEYOPT(2) - признак алгоритма вычисления контакта:

-О - расширенный метод множителей Лагранжа (и по умолчанию);

- 1 - штрафные функции;

- 2 - метод многоточечных связей (МРС);

- 3 - метод множителей Лагранжа в направлении нормали и метод штрафов в направлении касательной;

- 4 - чистый метод множителей Лагранжа в направлении нормали и касательной.

KEYOPT(3) - признак НДС при наличии суперэлементов:

- О - используется с h-элементами (при отсутствии суперэлементов);

- 1 - осесимметричное НДС (используется только с суперэлементами);

- 2 - плоское напряженное или плоское деформированное НДС (используется только с суперэлементами);

- 3 - плоское напряженное НДС с толщиной (используется только с суперэлементами).

KEYOPT(4) - признак расположения точек определения контакта:

- О-в точках интегрирования по Гауссу (для расчетов общего вида);

- 1 - в узлах в направлении нормали к контактной поверхности;

- 2 - в узлах в направлении нормали к ответной поверхности.

KEYOPT(5) - признак автоматического регулирования значений CNOF и ICONT:

- 0 - без автоматического регулирования;

- 1 - смыкание зазора с автоматическим назначением CNOF;

- 2 - уменьшение внедрения с автоматическим назначением CNOF;

- 3 - смыкание зазора и уменьшение внедрения с автоматическим назначением CNOF;

- 4 - автоматическое назначение ICONT.

KEYOPT(7) - признак контроля приращения шага по времени:

- О - без контроля;

- 1 - автоматическое деление приращения шага пополам;

- 2 - обеспечение рационального приращения шага по времени;

- 3 - обеспечение минимального приращения шага по времени при изменении состояния контакта в элементе.

Примечание. Для KEYOPT(7) = 2 или 3 проводится автоматическое деление приращения шага пополам. Данные значения признака действуют только при вызове команды SOLCONTROL.ON.ON.

KEYOPT(8) - признак выделения асимметричного контакта:

- 0 - не применяется;

- 2 - комплекс ANSYS внутренне выделяет пары асимметричного контакта, используемые в ходе расчета (применяется только при использовании симметричного контакта).

KEYOPT(9) - признак учета начального зазора или внедрения:

- О - начальное внедрение или зазор и геометрическое смещение учитываются;

- 1 - начальное внедрение или зазор и геометрическое смещение не учитываются;