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Hyperworks Optistruct接触非线性分析的接触约束处理和穿透调整

2021年01月04日 CAE 阅读 2,065 views 次

在Hyperworks Optistruct中使用拉格朗日乘子法或者罚函数法来处理接触约束问题。

1、拉格朗日乘子法

用拉格朗日乘子法引入接触约束条件可以精确满足约束条件,但是有两个不足之处:1)方程自由度数增加;2)求解方程的系数矩阵中包含零对⻆元素。

2、罚函数法

在Optistruct解决接触约束的罚函数法中用一个弹簧施加接触协调条件,弹簧刚度或接触刚度称为罚参数。罚函数法允许一定侵入。当发生侵入时,弹簧开始起作用,将主从面推开,直至不再有侵入(主接触面可以侵入从接触面,反之不可)。只有产生侵入时,才有接触力。接触力和侵入量成比例。罚函数法的优缺点正好和拉格朗日乘子法相反,优点是不增加问题的自由度,系数矩阵保持正定,缺点是:1)约束条件近似满足;2)罚参数(接触刚度)增大,可提高精度(实际接触体间不可能发生侵入,接触刚度无穷大),但可能会使相互接触的两个物体的相对运动发生虚假的反向,造成收敛困难。

接触刚度通过PCONT关键字的STIFF选项来设置。

3、穿透调整

CAD模型离散为有限元模型时,接触面上会存在一定的精度损失,导致了主从面之间会存在小的穿透/间隙,在Optistruct中通过设置参数ADJUST可以在模型开始计算时去除这些穿透/间隙,不会产生任何应力应变。在关键字CONTACT和TIE中都可设置ADJUST选项。

通过控制参数CONTPRM, ADJGRID, YES 可查看被调整的节点及调整后的位置坐标避免刚体位移。当ADJUST > 0时,将穿透的从节点和间隙小于等于ADJUST的从节点,调整到接触面上;当ADJUST = AUTO时,调整深度被自动设置为主接触面单元平均尺寸的5%;当ADJUST = 0时,只是将穿透的从节点调整到接触面上。

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