Optistruct接触间隙、接触面相对滑移和接触厚度

18.4.4接触间隙

接触间隙为接触单元主从节点之间的几何间距，由主从面之间的几何位置决定。在产品设计中有时需要参数化调整接触间隙，而不是调整儿何外形，这样做的好处是可以加快产品设计。Optistruct中可通过CONTACT或PCONT卡片上的CLEARANCE来参数化设置接触间隙。

设置CLEARANCE后，接触间隙直接由该参数决定，与主从面之间的几何位置无关。CLEARANCE为正值时表示主从面之间的初始间隙。比如初始主从面之间的间隙是8，当CLEARANCE=5时，主从面之间发生五个单位的相向运动就可以产生接触。CLEARANCE为负值时，表示过盈配合，在初始时刻主从面之间产生推力，主从面朝着相反的方向运动。

18.4.5 接触面相对滑移

接触面的相对滑移分为小滑移和大滑移。对于小滑移，主从节点之间的相对滑移量小于一个单元的尺寸，主从面之问的搜索不需要频繁进行，计算速度较快。Optistruct中CONTACT 卡片上的TRACK=SMALL即为小滑移，在整个计算过程中，只是在第一个增量步建立接触对，在后续的计算中不再更新接触对。对于大滑移，主从面之间的相对滑移量大于一个单元的尺寸，主从面的建立需要不断更新。

TRACK=FINITE/CONSLI时都可仿真大滑移，其中，TRACK=FINITE(有限滑移)时在每个增量步中更新接触对，TRACK=CONSLI(连续滑移)时在每个选代步中更新接触对。两者比较而言，CONSLI收敛性更好，计算结果更准确，但是由于频繁搜索、更新接触对，计算效率相对要低。需要注意的是，大滑移分析必须打开几何非线性。接触分析中默认选项为小滑移，实际相对运动为大滑移，但采用小滑移计算时，会得到奇怪的结果，比如结果显示主从面已经脱离接触，但是计算结果显示还存在接触力。

18.4.6 接触厚度

在有限元分析中，薄板往往采用抽中面，用壳单元模拟，但是实际发生接触的往往是板的上下表面，此时需要考虑板的厚度。在计算中采用的方法为，通过主从面的几何位置计算初始间隙，然后减去主、从面厚度和的一半。接触厚度只适用于壳单元，实体单元没有接触厚度的概念。OptiStruct中通过 PCONT 卡片上的 GPAD来设置接触厚度，可以为接触主、从面的厚度，也可以是任意的一个厚度值。一般来说默认设置为主、从面的厚度，即GPAD=THICK。需要注意的是，接触厚度和接触间除不能同时使用。

18.4.7 接触稳定

在多零件模型中，往往有中间的个别零件完全依靠与周边零件之间的接触来约束。CAD模型经过网格离散后，存在一定的几何误差，导致零件与零件之间存在很小的几何间隙，这些几何间隙会导致结构分析中的刚体位移，最终导致非线性分析难收敛或不收敛。为了解决这类问题，OptiStruct引入了接触稳定。接触稳定的基本思想是，当接触问隙小于某个临界值d, 时，在接触单元中引入切向及法向阻尼力，法向力F_n可近似表示为

式中、K为法向接触稳定刚度;S,为刚度放缩系数;K…为参考刚度，0puStruct内置其为当前接触刚度的 10-倍;”,为接触对法向相对运动速度;/(')为与当前时间步相关的函数，可表示为

式中，”为当前 SUBCASE 的起始时间；为当前 SUBCASE的终止时间；t为当前增量步时间，SS，分别为放缩因子。同样的、切向力F₁可表示为

式中，K为切向接触稳定刚度;S,为切向刚度放缩系数;,为接触对切向相对运动速度。接触稳定可通过 CNTSTB 卡片设置，以上介绍的临界间隙d.通过CNTSTB卡片上的LMTGAP字段设置，S、S,通过 S0、S1字段设置，S,通过 SCALE 设置，S通过 TFRAC 设置。

本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》，版权归原作者所有，如有侵犯您的权益，请及时联系我们，我们将立即删除。