Kontaktverhalten in Creo Ansys Simulation
Die Art und Weise, wie sich die in Kontakt stehenden Referenzen während einer Simulationsstudie verhalten (verbunden bleiben, gleiten oder sich trennen), wird als Kontaktverhalten bezeichnet. Wählen Sie die Befehlsfolge > > , um das Kontaktverhalten zu definieren. Eine Referenz wird als Kontaktreferenz betrachtet, die andere als Ziel. Alle Kontaktverhalten sind als automatisch asymmetrisch definiert und daher steuert der Gleichungslöser automatisch den besten Kontakt und das beste Ziel.In Creo Ansys Simulation haben Sie die Möglichkeit, die folgenden Typen von Kontaktverhalten zu definieren:
• Haftend (Bonded) – Zwischen in Kontakt stehenden Referenzen ist kein Abstand oder Gleiten zulässig. Haftende Kontakte haben null Freiheitsgrade zwischen Komponenten mit Schnittstellen und können als zusammengeklebt betrachtet werden. Haftende Komponenten werden während einer Simulationsstudie nicht voneinander getrennt. Dieser Kontakttyp ermöglicht eine lineare Lösung, da sich die Kontaktlänge oder -fläche während des Aufbringens der Last nicht ändert.
• Keine Trennung (No separation) – Ähnlich wie bei haftenden Kontakten ist die Trennung der in Kontakt stehenden Referenzen während einer Simulationsstudie nicht zulässig. Es kann jedoch ein geringfügiges reibungsfreies Gleiten entlang in Kontakt stehender Referenzen auftreten.
Diese Option ist für thermische Studien nicht verfügbar.
• Frei (Free) – Die verbundenen Komponenten oder Flächen können sich frei relativ zueinander bewegen. Die Komponenten können voneinander getrennt werden oder sich sogar gegenseitig durchdringen. Die angewendeten Kräfte werden nicht zwischen den miteinander verbundenen Komponenten oder Flächen übertragen.
• Reibungsfrei (Frictionless) – Mit dieser Einstellung wird ein einseitiger Standardkontakt modelliert, d.h., der Normaldruck ist null, wenn eine Trennung erfolgt. Daher können sich abhängig von der Last Spalte zwischen Körpern im Modell bilden. Dies ist ein nichtlinearer Fall, da sich die Kontaktfläche beim Aufbringen der Last ändern kann. Bei dieser Option wird ein Reibungskoeffizient von null angenommen, der freies Gleiten zulässt. Das Modell sollte gut eingeschränkt sein, wenn diese Kontakteinstellung verwendet wird.
• Reibungsbehaftet (Frictional) – Bei dieser Einstellung können die beiden in Kontakt stehenden Geometrien Schubspannungen bis zu einem bestimmten Betrag über ihre Schnittstelle tragen, bevor sie relativ zueinander gleiten. Das Modell definiert eine äquivalente Schubspannung, bei der Gleiten auf der Geometrie beginnt, als Bruchteil des Kontaktdrucks. Sobald die Schubspannung überschritten wird, verschieben sich die beiden Geometrien relativ zueinander. Der Reibungskoeffizient kann ein beliebiger nicht negativer Wert sein.
• Rau (Rough) – Bei dieser Einstellung wird ein perfekt rauer Reibungskontakt modelliert, bei dem kein Gleiten zwischen Kanten oder Flächen erfolgt. Standardmäßig werden Spalte nicht automatisch geschlossen. Dieser Fall entspricht einem unendlichen Reibungskoeffizient zwischen den in Kontakt stehenden Körpern.
Sie können die folgenden Optionen im Dialogfenster Strukturmechanisches Kontaktverhalten (Structural Contact Behavior) definieren:
• Reibungskoeffizient (Coefficient of friction) – Der Reibungskoeffizient ist eine Zahl ohne Bemaßung, die als das Verhältnis zwischen Reibungskraft und Normalkraft für zwei Kontaktbereiche definiert ist. Der Wert kann eine beliebige nicht negative Zahl sein, die größer als Null und kleiner als unendlich ist.
• Formulierung (Formulation) – Mit dieser Option können Sie angeben, welchen Algorithmus die Software für eine bestimmte Kontaktpaarberechnung verwenden soll. Die folgenden Arten von Formulierungen werden bereitgestellt:
◦ Programmgesteuert (Program controlled) – Dies ist die Voreinstellung und die empfohlene Formulierung.
◦ Augmented Lagrange-Verfahren (Augmented Lagrange) – Dies ist ebenfalls ein Penalty-basiertes Verfahren. Im Vergleich zum Pure Penalty-Verfahren führt dieses Verfahren i.d.R. zu einer besseren Bedingung und reagiert weniger empfindlich auf den Betrag des Kontaktsteifigkeitskoeffizienten. In einigen Analysen erfordert die Augmented Lagrange-Methode jedoch möglicherweise zusätzliche Iterationen, insbesondere wenn das verformte Netz zu stark verzerrt wird.
◦ Pure Penalty-Verfahren (Pure penalty) – Grundlegende Kontaktformulierung auf der Basis der Penalty-Methode.
◦ Mehrpunktrandbedingung (Multi-point constraint) – Verfügbar für das Kontaktverhalten des Typs Haftend (Bonded) und das Kontaktverhalten des Typs Keine Trennung (No Separation). Mehrpunktrandbedingungsgleichungen werden intern erzeugt, um die Körper aneinander zu binden. Dies kann hilfreich sein, wenn ein tatsächlich linearer Kontakt gewünscht wird, oder um das Problem des Modus ungleich Null für freie Schwingungen handzuhaben, das auftreten kann, wenn eine Penalty-Funktion verwendet wird. Es ist zu beachten, dass kontaktbasierte Ergebnisse (z.B. Druck) dann den Wert Null haben.
◦ Normales Lagrange-Verfahren (Normal Lagrange) – Erzwingt eine Null-Durchdringung, wenn der Kontakt geschlossen wird, indem ein Lagrange-Multiplikator für die senkrechte Richtung und eine Penalty-Methode in tangentialer Richtung verwendet wird. Die Normalsteifigkeit ist für diese Einstellung nicht anwendbar. Das Normale Lagrange-Verfahren fügt dem Modell Kontakttraktion als zusätzliche Freiheitsgrade hinzu und erfordert zusätzliche Iterationen, um Kontaktbedingungen zu stabilisieren. Dies führt häufig zu höheren Rechenkosten im Vergleich zur Einstellung des Augmented Lagrange-Verfahrens.
• Kontakterkennung (Contact Detection) – Wenn Sie die Kontakterkennungsmethode auswählen, können Sie den Ort der Kontakterkennung auswählen, der in der Analyse verwendet wird, um eine gute Konvergenz zu erzielen. Wählen Sie eine der folgenden Kontakterkennungsmethoden aus:
◦ Programmgesteuert (Program Controlled) – Dies ist der empfohlene Standardmechanismus zum Erkennen von Kontakten.
◦ Kontakterkennungsradius (Contact detection radius) – Aktiviert den Kontakt innerhalb des Bereichs, der durch den angegebenen Radiuswert definiert wird. Dies ähnelt der Einstellung Toleranz (Tolerance). Der Standardwert für den Erkennungsradius ist 1.0.
◦ Erkennungsradius-Faktor (Detection radius factor) – Multipliziert den automatisch berechneten Kontakterkennungsradius mit einem festen Wert, den Sie im Feld Wert (Value) angeben.
• Spalte und Überlappungen modellieren – Für die nichtlinearen Kontakttypen (reibungsbehaftet, reibungsfrei und rau) können Sie auch Spalte modellieren und den Kontaktbereich genauer modellieren. Sie können folgende zusätzliche Optionen festlegen:
◦ Spalt/Überlappung anpassen (Adjust gap/overlap) – Wählen Sie eine der folgenden Methoden zum Modellieren von Spalten oder überlappender Geometrie aus:
▪ Programmgesteuert (Program controlled) – Dies ist der Standardmechanismus, bei dem die Software bestimmt, welche Methode zur Handhabung von Spalten und überlappender Geometrie verwendet werden soll.
▪ Unbeabsichtigte(n) Spalt/Überlappung korrigieren (Fix unintentional gap/overlap) – Schließt unbeabsichtigte Spalte und ignoriert Durchdringungen zwischen Kontaktflächen, um einen spannungsfreien Zustand zu simulieren.
▪ Versatzwert definieren (Define offset value) – Gibt einen Wert an, um den die Kontaktflächen verschoben werden sollen. Der Wert muss eine reelle Zahl sein. Ein positiver Wert bedeutet, dass eine Kontaktfläche in Richtung der Zielfläche verschoben wird, um einen Spalt zu schließen. Ein negativer Wert bedeutet, dass die Kontaktfläche von der Zielfläche weg bewegt wird, um eine Überlappung zu beheben. In beiden Fällen werden Spannungen aufgrund von Versatzbewegungen in verbundenen Komponenten simuliert.
◦ Steifigkeitsfaktor (Stiffness factor) – Normaler Steifigkeitsfaktor. Multipliziert den automatisch berechneten Steifigkeitsfaktor mit dem hier angegebenen Konstantenwert. Verfügbar für die nichtlinearen Kontakttypen – reibungsbehaftet, reibungsfrei und rau.
Strukturmechanisches Kontaktverhalten erzeugen
Führen Sie die folgenden Schritte aus, um ein Kontaktverhalten zu erzeugen:
1. Wählen Sie die Befehlsfolge > > . Das Dialogfenster Strukturmechanisches Kontaktverhalten (Structural Contact Behavior) wird geöffnet.
3. Geben Sie einen Namen für den Kontakt ein, oder übernehmen Sie den Standardnamen.
4. Geben Sie einen Wert für Reibungskoeffizient (Coefficient of friction) ein, wenn es sich um ein Verhalten vom Typ reibungsbehaftet handelt. Der Wert kann eine beliebige nicht negative Zahl sein, die größer als Null und kleiner als unendlich ist.
5. Klicken Sie auf +, um den Bereich "Weitere Einstellungen" (Additional Settings) zu erweitern und die Einstellungen für
Formulierung (Formulation) anzugeben.
9. Klicken Sie auf OK (OK), um das Kontaktverhalten zu erzeugen und zu speichern. Das Kontaktverhalten wird im Simulationsbaum angezeigt und ist der Elternknoten aller Kontakte, die es verwenden.