描述
本文包含求解結(jié)構(gòu)接觸模型的指導(dǎo)信息，以及實(shí)現(xiàn)收斂解應(yīng)遵守的過程。
背景
在結(jié)構(gòu)接觸建模中，您須要處理高度非線性問題。隨著表面互相接觸并脫離接觸，荷載路徑和撓度狀態(tài)將發(fā)生突變。中的數(shù)值求解器估算的解預(yù)計(jì)具有一定的光滑性，因而求解這種模型本質(zhì)上頗具一定的挑戰(zhàn)性。大多數(shù)接觸模型都須要我們對(duì)默認(rèn)的模型設(shè)置進(jìn)行一些修改就能有效求解。
接觸建模指導(dǎo)信息幾何
倘若您的幾何包含彼此相鄰并具有配對(duì)邊界的零件，則應(yīng)將定型方式設(shè)為產(chǎn)生裝配，并選擇接觸對(duì)作為創(chuàng)建對(duì)的對(duì)類型。這將在對(duì)象的配對(duì)邊界之間手動(dòng)創(chuàng)建“接觸對(duì)”。有關(guān)“形成裝配”用法的更多詳盡信息，請(qǐng)參見知識(shí)庫(kù)文章1216。對(duì)于最初沒有接觸但在仿真過程上將發(fā)生接觸的邊界，您須要在那些邊界組之間自動(dòng)創(chuàng)建“接觸對(duì)”。
倘若您預(yù)計(jì)模型中的任何尖角和表面之間會(huì)發(fā)生接觸，則應(yīng)更改幾何結(jié)構(gòu)，將尖角替換為方形邊界（圓角）。圓角直徑可以十分小，而且您須要對(duì)該表面進(jìn)行特別細(xì)化的網(wǎng)格界定。
定義
自動(dòng)和手動(dòng)創(chuàng)建的所有接觸對(duì)均在以下位置定義：組件>定義>接觸對(duì)。
在接觸對(duì)定義中，選擇剛性較大的零件作為源。倘若各個(gè)零件的撓度相像，則將凹形零件設(shè)為源，凸形零件設(shè)為目標(biāo)。因此，您可以使用交換源和目標(biāo)按紐。為了提升效率，在每位接觸對(duì)中僅包含可能發(fā)生接觸的邊界。
假若您預(yù)計(jì)接觸邊界之間幾乎沒有滑動(dòng)（比如，熱壓配合或兩個(gè)零件通過螺絲固定在一起時(shí)），則轉(zhuǎn)入接觸對(duì)>中級(jí)設(shè)置，將映射方式改為初始配置。系統(tǒng)將基于域的初始位置僅估算一次源和目標(biāo)邊界之間的映射，為此，收斂速率更快且更穩(wěn)定。
固體熱學(xué)
您可以在固體熱學(xué)插口中添加接觸特點(diǎn)。單個(gè)接觸特點(diǎn)可同時(shí)應(yīng)用于所有“接觸對(duì)”定義。在“接觸”特征中，選擇增廣拉格朗日或罰作為“接觸壓力技巧”。增廣拉格朗日法的精度更高，但估算成本也較高，并須要更多微調(diào)才會(huì)收斂。罰函數(shù)法的精度相對(duì)較低，但更穩(wěn)健，但是所需的求解器調(diào)整更少，因而更適用于求解多化學(xué)場(chǎng)問題和瞬態(tài)模型。在對(duì)粘附建模時(shí)，必須使用罰函數(shù)法。
使用增廣拉格朗日公式時(shí)，可以通過“罰因子”來(lái)控制迭代過程中界面表面的“堅(jiān)硬”程度，但不會(huì)直接影響收斂結(jié)果。默認(rèn)的“罰因子”包含兩個(gè)預(yù)設(shè)微調(diào)選項(xiàng)：穩(wěn)定性（默認(rèn)設(shè)置）或速率。假如接觸零件在仿真開始時(shí)處于接觸狀態(tài)，則“速度”是首選設(shè)置。有關(guān)自動(dòng)調(diào)整“罰因子”的指導(dǎo)信息，請(qǐng)參見“知識(shí)庫(kù)”條目1171。不過，僅當(dāng)您完成本“知識(shí)庫(kù)”條目中的所有其他建議設(shè)置后，才應(yīng)自動(dòng)調(diào)整“罰因子”。
假如一個(gè)零件的撓度顯著小于其他零件，則其應(yīng)力相對(duì)可以忽視不計(jì)，我們一般可以將其視為剛性零件。這是一個(gè)簡(jiǎn)化假定，可以使問題更容易求解。為了應(yīng)用這一假定，您可以在剛性域中添加指定位移條件。您可以在剛性域的任何平面邊界上使用特別碳化物的網(wǎng)格，但仍需對(duì)所有彎曲的接觸邊界使用細(xì)化網(wǎng)格。剛性零件應(yīng)作為“接觸對(duì)”中的源。可變形域邊界上的網(wǎng)格須要足夠細(xì)化，能夠?yàn)榻佑|補(bǔ)片和撓度狀態(tài)提供良好的幀率。
比較好的做法是對(duì)模型上將要發(fā)生接觸的所有域應(yīng)用指定位移約束。與僅包含外加載荷、力和接觸條件（但這種條件不受約束）的域情況相比，這樣更容易求解。假如可以重新用公式表示這個(gè)問題，便于對(duì)所有域施加一些初始約束，請(qǐng)執(zhí)行此操作。
倘若您必須對(duì)最初不受約束的域建模，可以在這種不受約束的可變形域（或那些域的邊界）中添加彈簧基礎(chǔ)特點(diǎn)。將彈簧常數(shù)的大小最初設(shè)為特別大的值，大到足以使因初始外加載荷形成的變型可忽視不計(jì)。當(dāng)彈簧常數(shù)增大到零時(shí)，因?yàn)榻佑|和外加載荷的作用，域?qū)⒅鸩剿神Y到其變型的狀態(tài)。
倘若您正在求解靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）模型，建議在求解過程中使指定位移、載荷以及任意彈簧基礎(chǔ)的撓度形成斜坡變化。您可以引入新的全局參數(shù)（將其命名，如），并將此因子減去所有荷載、位移和撓度。您可以在研究設(shè)置中定義此參數(shù)的斜率。
倘若您正在求解時(shí)間相關(guān)的（瞬態(tài)）模型，請(qǐng)確保所有的指定位移、載荷以及任意彈簧基礎(chǔ)的撓度均與時(shí)間相關(guān)，并在數(shù)學(xué)上合理的時(shí)間跨徑上發(fā)生斜坡變化，這除了適用于固體熱學(xué)化學(xué)場(chǎng)，并且適用于包含的所有其他數(shù)學(xué)場(chǎng)（假如是多化學(xué)場(chǎng)模型）。相關(guān)更多信息，請(qǐng)參見“知識(shí)庫(kù)”條目905。
假如您正在求解瞬態(tài)模型但不想考慮慣性效應(yīng)（假如不希望對(duì)結(jié)構(gòu)震動(dòng)建模），可以轉(zhuǎn)入“固體熱學(xué)”接口的結(jié)構(gòu)瞬態(tài)特點(diǎn)設(shè)置，并選擇準(zhǔn)靜態(tài)，因而顯著推動(dòng)求解速率。
網(wǎng)格
為接觸邊界生成足夠細(xì)化的網(wǎng)格，這一點(diǎn)特別重要。您須要進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格界定。應(yīng)在接觸邊界上界定足夠細(xì)化的網(wǎng)格，能夠?yàn)榻佑|區(qū)域提供良好的幀率。接觸對(duì)的目標(biāo)邊界上的網(wǎng)格必須比源邊界的細(xì)化，且起碼細(xì)化兩倍。彎曲表面上的網(wǎng)格須要比平面愈發(fā)細(xì)化。
研究設(shè)置
在求解穩(wěn)態(tài)研究時(shí)，建議您使無(wú)約束域上的指定位移、載荷或彈簧基礎(chǔ)形成斜坡變化。首先，您可以引入全局參數(shù)（如），并將它除以所有位移、載荷和撓度。您可以通過“穩(wěn)態(tài)”研究步驟設(shè)置中的輔助掃描選項(xiàng)使該參數(shù)形成斜坡變化。
外加載荷和位移的斜率應(yīng)從特別接近零的值開始，此時(shí)的接觸可以忽視不計(jì)，甚至不存在，之后斜率應(yīng)線性斜升至最大值。諸如，下邊的屏幕截圖顯示從值0.001開始，之后以0.1為增量從0.1降低到1。默認(rèn)情況下，軟件將使用連續(xù)法，其中使用上一個(gè)求解步驟中的解作為下一個(gè)步驟的初始條件，因而更容易收斂。增量的數(shù)目可能須要特別大，并建議您監(jiān)視斜坡因子為什么值時(shí)，求解器的收斂速率較慢。收斂較慢時(shí)，您可以使用更多增量。
未約束域上的彈簧基礎(chǔ)使用的彈簧常數(shù)的斜率應(yīng)從彈簧撓度的峰值開始，之后降至零。在這些情況下如何引入摩擦力公式，建議使彈簧撓度呈非線性減少。通過使用參數(shù)（在0到1范圍內(nèi)呈線性變化），可以在Z方向引入具有彈簧常數(shù)kz的彈簧基礎(chǔ)，其中
kz=k0*(1-)*2^(-*10)
同樣，在須要約束的任何其他方向上也使用這一彈簧基礎(chǔ)。您應(yīng)當(dāng)選擇彈簧撓度的峰值k0，使完整外加載荷造成的位移約等于接觸邊界的單元大小。
當(dāng)一個(gè)模型包含彈簧基礎(chǔ)和外加載荷時(shí)，外加載荷應(yīng)呈線性斜升，與此同時(shí)，彈簧基礎(chǔ)的彈簧常數(shù)呈非線性斜降（使用前面的表達(dá)式），如以下繪圖所示。
求解器設(shè)置
請(qǐng)盡可能使用默認(rèn)建議的直接求解器，而不是迭代求解器。迭代求解器須要的顯存較少，但收斂速率一般要慢得多。
對(duì)于包含對(duì)斜坡參數(shù)進(jìn)行“輔助掃描”的穩(wěn)態(tài)模型，默認(rèn)操作是使用“連續(xù)”法。在參數(shù)化設(shè)置中，將預(yù)測(cè)器改為常數(shù)將使收斂更穩(wěn)定，但速率更慢。下邊的屏幕截圖顯示了此設(shè)置。
在使用增廣拉格朗日公式時(shí)如何引入摩擦力公式，默認(rèn)的求解器配置會(huì)使用分離方式，其中在單獨(dú)的“集總步驟”中求解接觸壓力（假如包含磨擦，則還有磨擦力）。您不應(yīng)修改此配置。倘若您必須更改求解器序列，則仍應(yīng)保留單獨(dú)的分離組，并在位移后進(jìn)行求解。
在使用增廣拉格朗日公式時(shí)，須要自動(dòng)縮放接觸問題中的變量。倘若您在求解之前未能恐怕接觸壓力，則可能須要分兩步進(jìn)行剖析，其中先使用罰公式估算接觸壓力的恐怕值。因?yàn)樵跈z測(cè)收斂性時(shí)會(huì)使用這一接觸壓力比列值，因而假如使用的值過大，會(huì)存在結(jié)果不正確的風(fēng)險(xiǎn)。
磨擦接觸建模
磨擦建模一般會(huì)明顯降低估算時(shí)間，因而，假如可以合理地忽視磨擦，我們就將其忽視。磨擦一般只會(huì)形成很小的局部影響，但是我們很難得到精確的磨擦系數(shù)，所以這些簡(jiǎn)化實(shí)際上是合理的。但是，假若接觸邊界上存在顯著的剪切撓度，或則磨擦耗損十分重要，則必須包含磨擦。
倘若您的接觸仿真確實(shí)涉及磨擦，可以先設(shè)置不含磨擦的問題并進(jìn)行求解。找到合適的求解器設(shè)置后，添加磨擦并重新求解。因?yàn)槟ゲ亮Φ陌l(fā)展與歷史相關(guān)，因而，您應(yīng)當(dāng)總是使用參數(shù)化求解器或瞬態(tài)求解器來(lái)逐漸求解磨擦接觸問題。
其他資源
User'sGuide>>章節(jié)。
