接触分析07_多点接触MPC

多点约束(MPC)第七章AdvancedContact&FastenersTrainingManual•多点约束算法（MPC）提供了一个极为有效的接触模拟算法，能够处理很多在ANSYS7.1之前都难以模拟的问题•该章节我们将详细讨论MPC算法及其使用多点约束(MPC)章节综述AdvancedContact&FastenersTrainingManual•该章包括以下几个主题:A.背景–绑定，无分离接触–基于表面的约束–传统绑定接触的局限性–CERIG,RBE3的不足–MPC算法的优势B.实体对实体的多点绑定接触C.壳体对壳体的多点绑定接触D.壳体对实体的多点绑定接触E.梁对壳体/实体的多点绑定接触F.基于表面的多点约束G.注释多点约束(MPC)章节综述AdvancedContact&FastenersTrainingManual•在第三章中我们提起过，MPC算法使用内部生成的约束方程在接触面上保证协调:•接触节点的自由度被消除.–不需要法向刚度和切向刚度.–对于小变形问题,求解平衡方程时不需迭代.•表现出线性接触行为.–对于大变形问题,MPC约束方程在每一步的迭代过程中都要进行校正.–该方法仅对绑定接触和无分离接触适用.–对称接触对中不可用•ANSYS会自动转换成不对称接触•MPC法在点－点接触中不适用多点约束(MPC)A.背景AdvancedContact&FastenersTrainingManual•MPC法可以绑定不同的单元类型，即使交界面的网格不兼容:–实体对实体–壳体对壳体–壳体对实体–梁对实体/壳体多点约束(MPC)...背景AdvancedContact&FastenersTrainingManual•MPC法可用作表面约束–刚体约束表面(CERIG类型MPC)–力分布表面(RBE3类型MPC)Torque多点约束(MPC)...背景CERIGRBE3AdvancedContact&FastenersTrainingManualMPC算法的优势:•求解效率比传统的绑定接触要高:–对于较大的装配模型使用MPC绑定或无分离算法，计算时间要比其它算法快.多点约束(MPC)...背景接触算法迭代次数CPU时间(秒)增强Lagrange法42710MPC法1880AdvancedContact&FastenersTrainingManual•绑定约束和无分离约束的局限:–结果取决于指定的接触刚度.–即使是小变形问题中也需要进行多次迭代以调整穿透量.–模态分析中偶尔会出现失真的自然频率.–只能施加平动自由度约束.•CERIG和RBE3的局限：–仅适合于小应变.–RBE3只支持力约束.–RBE3需要手动定义权值.（MPC表面约束自动计算权值）多点约束(MPC)...背景AdvancedContact&FastenersTrainingManualMPC算法的优势：•很容易就能模拟壳体－实体、梁－实体、梁－壳体的组合效应:–支持网格的不兼容–梁、壳、实体单元上的节点不需要对准多点约束(MPC)...背景AdvancedContact&FastenersTrainingManualMPC算法的优势：•容易使用:–接触向导和手动定义中都可设置MPC算法.–不需要输入接触刚度.–求解中自动生成约束–考虑了形状效应，不需手动输入权值•对于基于表面的约束，支持力约束和位移约束.多点约束(MPC)...背景AdvancedContact&FastenersTrainingManual•使用实体对实体的多点绑定或无分离接触非常简单.–使用CONTA169-174创建面－面接触对–接触行为设为绑定(KEYOPT(12)=4,5,或6)–接触探测设为节点(KEYOPT(4)=1或2)–接触算法设为MPC(KEYOPT(2)=2)•内部多点约束会在求解中自动生成扭矩Solve多点约束(MPC)B.实体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•对壳体－壳体的绑定接触，使用CONTA175和TARGE170单元在壳的边缘创建点－面接触对.–也可使用面－面接触单元CONTA173-174，节点探测设为垂直于目标面(KEYOPT(4)=2),但此方法通常比使用CONTA175单元的效率要低.•设置接触行为为绑定(KEYOPT(12)=5或6)•设置接触算法为MPC(KEYOPT(2)=2)•内部多点约束会在求解中自动生成节点的平动自由度和转动自由度在交界面处都被约束住多点约束(MPC)C.壳体对壳体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•对于壳体对实体的多点绑定接触，基本步骤和上述类似，但由于壳体和实体交界面的复杂性，一些额外的选项需要设置•创建点－面接触对–CONTA175（壳体上单元交界面的边界）–TARGE170（实体上单元交界面的边界）–设置接触行为为绑定接触(KEYOPT(12)=5或6)–设置接触算法为MPC(KEYOPT(2)=2)–设置MPC约束类型(TARGE170,KEYOPT(5)=0,1,2,3,4)•在目标面上建立虚拟壳(当需要时)壳单元实体单元接触单元(CONTA175)目标单元(TARG170)(实体上表面)多点约束(MPC)D.壳体对实体的多点绑定接触*AdvancedContact&FastenersTrainingManual虚拟壳•当创建壳体对实体的多点绑定接触时，用户可在实体表面附上一个额外的壳单元（虚拟壳），并在实体、壳和附加的壳上定义约束方程.–当需要时，该选项可以更好的模拟壳体和实体之间的载荷传递.多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•MPC选项允许用户控制哪些自由度用于生成内部约束，总结如下:–TARGE170,KEYOPT(5)=0,自动约束(缺省)–TARGE170,KEYOPT(5)=1,只有平动位移被约束–TARGE170,KEYOPT(5)=2,平动和转动位移都被约束–TARGE170,KEYTOPT(5)=3,壳节点上的平动和转动位移都被约束,实体节点上只有平动位移被约束–TARGE170,KEYOPT(5)=4,(8.1版本新选项)•下面我们对其作详细讨论.多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•TARGE170,KEYOPT(5)=0,自动约束(缺省设置)–大多数情况下，ANSYS对壳体－实体组合约束平动和转动自由度.多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•TARGE170,KEYOPT(5)=1:实体－实体约束–在实体表面创建虚拟壳单元（SHSD命令）–只有平动位移被约束•壳单元和虚拟壳单元的节点重合•CONTA175单元处在虚拟壳单元和实体单元的交界节点上虚拟壳壳厚度多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•TARGE170,KEYOP(5)=2:壳体－实体约束:–使用SHSD命令在实体表面创建虚拟壳–平动和转动自由度被约束•虚拟壳和实体表面节点重合•CONTA175单元仍然存在于壳边缘•虚拟壳和壳之间存在自由度约束虚拟壳多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•TARGE170,KEYOP(5)=3:壳体－实体约束–不需要虚拟壳–壳边缘上的平动和转动自由度被约束;实体表面只有平动自由度被约束.–当壳和实体都处在接触或目标同一边.否则该选项和KEYOPT(5)=0相同.多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•TARGE170,KEYOP(5)=4:壳－实体约束，所有方向–如果接触法向和目标法向相交，那么和KEYOPT(5)=3相同.否则处于Pinball区域内的节点仍然使用约束方程多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触目标法向接触法向Pinball区域AdvancedContact&FastenersTrainingManual•对于壳体－实体接触该选择哪个选项？–对于许多问题，所有的选项都能产生相同的或非常相近的结果.•最好的选项取决于几何的复杂程度和施加在装配上的载荷.–如果壳体在壳－实体交界处承受很大的平面外扭矩，KEYOPT(5)=1或2使用虚拟壳较好.–大多数情况,KEYOPT(5)=0或3较合适.–如果不能确定是否使用KEYOPT(5)=0,3,可使用KEYOP(5)=1,2验证计算结果.–对于壳和实体之间存在可以忽略的小的间隙，那么可以使用KEYOPT(5)=4.多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual使用三维实体单元采用实体和壳模拟,用MPC算法连接Contact175和Target170单元考虑一个三维突缘体的例子:多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual实体－实体(KEYOP(5)=1)MPC有虚拟壳平动自由度被约束DMX=104.2SMX=1.44自动约束(KEYOP(5)=0,3)MPC,无虚拟壳单元DMX=107.2SMX=1.41壳体－壳体(KEYOP(5)=2)MPC有虚拟壳单元(平动和转动自由度被约束)DMX=103.2SMX=1.40实体单元DMX=101.5SMX=1.22多点约束(MPC)...壳体对实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual•使用TARGE169/170的导向节点建立和CONTA171-175单元的连接类似于使用CERIG和RBE3命令:–把梁和实体/壳体绑定–在面和边上施加位移或力约束扭矩多点约束(MPC)E.梁对壳体/实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual对梁－实体单元使用MPC法的步骤:•创建点－面接触对–使用梁边缘上的节点创建CONTA175单元(ESURF命令)–TARGE170使用梁端的导向点(参考命令：KMESH、TSHAP、PILOT、E)–设置接触行为为绑定(KEYOPT(12)=5or6)–设置接触算法为MPC（KEYOPT(2)=2）–如果使用CONTA171-174,设置RBE3或CERIG（KEYOPT(4)=1,2）–如果使用CONTA175,设置CERIG或RBE3（KEYOPT(4)=0,1）导向节点梁单元表面节点上的接触单元多点约束(MPC)...梁对壳体/实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual对梁－壳单元使用MPC法的步骤:•创建点面接触对–使用壳边缘上的节点创建CONTA175单元(ESURF命令)–TARGE170使用梁端的导向点(参考命令：KMESH、TSHAP、PILOT、E)–设置接触行为为绑定(KEYOPT(12)=5or6)–设置接触算法为MPC（KEYOPT(2)=2）–如果使用CONTA173-174,设置RBE3或CERIG（KEYOPT(4)=1,2）–如果使用CONTA175,设置CERIG或RBE3（KEYOPT(4)=0,1）导向节点Beamelement壳体边缘节点上的CONTA175单元多点约束(MPC)...梁对壳体/实体的多点绑定接触AdvancedContact&FastenersTrainingManual创建基于表面的约束（CERIG或RBE3型MPC），在表面和边缘