The resulting contact stiffness

[VIF 0]

Может быть, кто подскажет, почему в различных версиях ANSYS при решении упругопластической контактной задачи по - разному вычисляется «The resulting contact stiffness».

Ниже информация по одной из контактных пар одной и той же задачи в разных версиях ANSYS.

При создании контакта использован мастер контактов. Использованы элементы Conta 174 и Targe170.

Элементы Conta 174 расположены на упругопластическом теле, а Targe 170 на упругом теле.

Ниже приведены значения «The resulting contact stiffness» в разных версиях ANSYS.

ANSYS10

The resulting contact stiffness 2691.0

ANSYS11

The resulting contact stiffness 2691.0

ANSYS12

The resulting contact stiffness 0.26910E+06

ANSYS13

The resulting contact stiffness 0.26910E+06

Видно, что начиная с 12-й версии «The resulting contact stiffness» на два порядка выше в данной контактной паре.

Вроде это так задумано начиная с 12-й версии, поскольку выдается предупреждение:

«The default contact stiffness starting from Release 12.0 is no longer affected by defined plasticities input by the TB commands. You should confirm that the appropriate contact stiffness was used».

Если верно понимаю, то начиная с 12-й версии контактная жесткость определяется только модулем упругости, а касательный модуль упругопластического материала не учитывается.

Но тогда если решаем задачу в 12-й версии или в 13-й версии, то результат будет отличаться от результата, полученного в 10-й и 11-й версии. В чем здесь фишка и как ее обойти? Результаты расчета в версиях 10 и 11 полностью совпадают по всем параметрам, а вот результаты в 12-й и 13-й версии отличаются от 10-й и 11 версии довольно существенно.

вопрос_на_форум_по_контактной_жесткости.doc

[sergeyd 3]

вообще говоря, рез с большей жесткостью должны считаться более правильными. но достигается сходимость по идее за большее число итераций.

вы не сказали, на сколько отличаются рез-ты (1% 10% или 30%?)

истинный критерий- внедрение. вам следует его нарисовать. оно должно быть пренебрежимо малым (скажем тысячные доли от истинных перемещений в этой зоне).

если вы хотите тоного соответствия, коэфф можете задать самостоятельно.

в меню не помню, а командами в 12 и 13 это так

r,,,0.01 либо

r,,,-2691

я предпочитаю (на форуме поищите. давал очень подробные советы)

применять штрафной алгоритм

и r,,,0.1,-1e-4 (то есть требую внедрения 0.1мм при размерности модели метры и контактную жесткость геометрически среднюю между двумя вышеупомянутымии крайностями)

[VIF 0]

Уважаемый Sergevd.

1. Согласен с Вами, что при большей жесткости результат будет точнее, и сходимость достигается при большем количестве итераций.

2. При этом на данной конкретной задаче внедрение в версии 12 и 13 примерно в два раза меньше, чем в версии 10 и 11. Величина внедрения во всех версиях достаточно низка (не выше тысячных долей от истинных перемещений).

3. Результаты по перемещениям отличаются примерно на 15 процентов. А вот по пластическим деформациям отличие составляет максимум 300 процентов.

4. Пробовал задавать конкретное значение 2191, а не 219100 (Normal Penalty Stiffness =0.01 вместо 1 по умолчанию). При этом отличие по перемещениям оказалось еще больше –до 40 процентов. Недопустимо увеличилось внедрение. Пластические деформации упали до нуля.

5. Пробовал оставить The resulting contact stiffness 0.26910E+06, но при этом задавал ее с минусом, то есть тогда решатель эту цифру воспринимает как абсолютное значение, а не как множитель жесткость. К сожалению, расчет ушел после 3-ч суток на рестарт. Нормально задача должна решаться порядка 5-ти часов. Просто задача довольно сложная (125 контактных пар). Причем во всех контактных парах, где контакт упругого тела с упругим телом, то «The resulting contact stiffness»имеет одинаковое значение во всех версиях пакета.

6. Пробовал изменить алгоритм на Normal Lagrange. К сожалению опять ушла на рестарт. Продолжать счет не стал. Очень большие затраты по времени. Да и как правило, более свежие версии пакета приводят к увеличению счета.

7. Сам работаю с версии 7. И вот столкнулся с такой проблемой только на версии 12 и 13. При переходе на более высокую версию, как правило, провожу тестирование не только на маленьких задачах, но и на конкретной емкой упругопластической контактной задаче.

8. Может быть причина в том, что начиная с 12-й версии в листинге статуса контактных пар выдается предупреждение «The default contact stiffness starting from Release 12.0 is no longer affected by defined plasticities input by the TB commands. You should confirm that the appropriate contact stiffness was used». И надо где-то что-то сделать, чтобы контактная жесткость, где контактирует упругое и упругопластическое тело контактная жесткость вычислялась с учетом пластических свойств материала? Но вот в нелпе нигде об этом ничего не нашел.

[sergeyd 3]

заочные советы в этой ситуации мб малополезны.

экстрасенсы на других форумах обитают.

может сказываться сетка. точнее положение узлов на контактной и целевой поверхностях

(возможно на таргет слишком много узлов, больше чем на контактной и оттого так возрастает внедрение.

там много полезных опций например 8,1 10,5

может сказаться слишком большой шаг и негладкость (билинейность) диаграммы.

да что угодно. трение например. я часто применяю несимметричный солвер. и тд итп

если время терпит= вышлите модель через личку.

очень быстро ответить не обещаю (много срочных дел) но что-то наверняка подскажу

алгоритм советую ШТРАФНОЙ (опция 2=1)

опция 10=5 выбирает контакктную жесткость поэлементно и пересчитывает на каждом шаге.

я ее активирую всегда. хуже точно не будет.

[VIF 0]

Спасибо!

Попробую штрафной алгоритм.

К сожалению, модель выслать невозможно. Слишком большая.

Но все это не приведет к результату по версиям 10 и 11.

Основная причина считаю в том, что с версии 12

«The default contact stiffness starting from Release 12.0 is no longer affected by defined plasticities input by the TB commands. You should confirm that the appropriate contact stiffness was used».

А это значит, что контактная жесткость определяется только модулем упругости, а касательный модуль упругопластического материала не учитывается. Дело в том, что касательный модуль в модели упругопластического материала у меня как раз в 100 раз меньше упругого. И если бы он учитывался, то как раз и получилось бы «The resulting contact stiffness=2691.0», а не 269100. Может кто –то опровергнет мое предположение? Думаю, что вряд ли.

Но вот почему с версии 12 и выше так сделали, никак не пойму.

Может, кто сможет разъяснить?

Я могу, конечно, вернуться к версии 11. Там все меня устраивает. Но дело принципа. И хотелось бы докопаться.

Дополнительно Листинги для трех версий пакета

ANSYS 10

Deformable-deformable contact pair identified by real constant set 93

and contact element type 183 has been set up.

Contact algorithm: Augmented Lagrange method

Contact detection at: Gauss integration point

Contact stiffness factor FKN 1.0000

The resulting contact stiffness 2691.0

Penetration tolerance factor FTOLN 0.10000

The resulting penetration tolerance 0.90650

Max. initial friction coefficient MU 0.10000

Default tangent stiffness factor FKT 1.0000

Default elastic slip factor SLTOL 0.10000E-01

The resulting elastic slip 0.29521

Update contact stiffness at each iteration

Max. friction stress TAUMAX 0.10000E+21

Average contact surface length 29.521

Average contact pair depth 9.0650

Default pinball region factor PINB 2.0000

The resulting pinball region 18.130

Automatic initial closure factor ICONT 0.30000E-01

The resulting initial contact closure 0.27195

*WARNING*: Automatic adjustment can cause severe discontinuity

*WARNING*: Initial penetration is included.

*** NOTE *** CP = 314.312 TIME= 15:52:47

Min. Initial gap 0.142568454 was detected between contact element

594746 and target element 592232.

The gap is closed due to initial adjustment.

ANSYS 11

The default contact stiffness used for contact pair identified by real

constant set 93 is affected by defined inelastic material properties,

even if the material properties are inactive. You shoud confirm that

the appropriate contact stiffness was used.

Deformable-deformable contact pair identified by real constant set 93

and contact element type 183 has been set up.

Contact algorithm: Augmented Lagrange method

Contact detection at: Gauss integration point

Contact stiffness factor FKN 1.0000

The resulting contact stiffness 2691.0

Penetration tolerance factor FTOLN 0.10000

The resulting penetration tolerance 0.90650

Max. initial friction coefficient MU 0.10000

Default tangent stiffness factor FKT 1.0000

Default elastic slip factor SLTOL 0.10000E-01

The resulting elastic slip 0.29521

Update contact stiffness at each iteration

Max. friction stress TAUMAX 0.10000E+21

Average contact surface length 29.521

Average contact pair depth 9.0650

Default pinball region factor PINB 2.0000

The resulting pinball region 18.130

Automatic initial closure factor ICONT 0.30000E-01

The resulting initial contact closure 0.27195

*WARNING*: Automatic adjustment can cause severe discontinuity

*WARNING*: Initial penetration is included.

*** NOTE *** CP = 583.078 TIME= 16:13:27

Min. Initial gap 0.142568454 was detected between contact element

594746 and target element 592232.

The gap is closed due to initial adjustment.

****************************************

1 CONTACT PAIR IS SELECTED

CONTACT PAIR HAVING REAL ID = 93 IS INITIALLY OPEN

BUT MAY BE AUTOMATICALLY CLOSED

ANSYS 13

*** NOTE *** CP = 900.281 TIME= 16:12:30

The default contact stiffness starting from Release 12.0 is no longer

affected by defined plasticities input by the TB commands. You should

confirm that the appropriate contact stiffness was used.

*** NOTE *** CP = 906.609 TIME= 16:12:36

Deformable-deformable contact pair identified by real constant set 93

and contact element type 183 has been set up.

Contact algorithm: Augmented Lagrange method

Contact detection at: Gauss integration point

Contact stiffness factor FKN 1.0000

The resulting contact stiffness 0.26910E+06

Penetration tolerance factor FTOLN 0.10000

The resulting penetration tolerance 0.90650

Max. initial friction coefficient MU 0.10000

Default tangent stiffness factor FKT 1.0000

Default elastic slip factor SLTOL 0.10000E-01

The resulting elastic slip 0.29521

Update contact stiffness at each iteration

Max. friction stress TAUMAX 0.10000E+21

Average contact surface length 29.521

Average contact pair depth 9.0650

Default pinball region factor PINB 2.0000

The resulting pinball region 18.130

Automatic initial closure factor ICONT 0.30000E-01

The resulting initial contact closure 0.27195

*WARNING*: Automatic adjustment can cause severe discontinuity

*WARNING*: Initial penetration is included.

*** NOTE *** CP = 906.609 TIME= 16:12:36

Min. Initial gap 0.142568454 was detected between contact element

594746 and target element 592232.

The gap is closed due to initial adjustment.

****************************************

1 CONTACT PAIR IS SELECTED

CONTACT PAIR HAVING REAL ID = 93 IS INITIALLY OPEN

BUT MAY BE AUTOMATICALLY CLOSED

[sergeyd 3]

зазор 0.14 слишком велик. автоматическое закрытие его может привести к непредсказуемым эффектам.

нарисуйте крупно те элементы, которые указаны в листинге и разберитесь, в чем дело.

советую разобраться с сеткой.

трение 0.1 мало для практики

но думаю, что дело и в параметрах нелинейного расчета.

возможно, что слишком велики шаги.

советую nsubst,1000,100000,100

назначил бы с 1% нагрузки, решил без пластики и проанализировал.

потом полную нагрузку без пластики, а уж потом учел пластику.

и диаграмму поставил бы не билинейную, а более реалистичную, скруглив излом.

не помешал (думаю бы eqslv,pcg,1e-6) решаться станет на порядок быстрее.

наугад помогать тяжело. ухожу.

[VIF 0]

Sergeyd! Спасибо.

Попробую следовать Вашим советам.

Параллельно подготовлю какую нибудь маленькую модель и брошу Вам на личку.

Большое желание разобраться, что такое сделали в пакете при определении контактной жесткости в версиях 12 и 13.

[VIF 0]

Уважаемый Sergeyd!

Пока не стал придумывать простенький пример, а попробовал решить тестовую задачу, которая когда-то шла в документации к лицензионному пакету версии 7.

Очень простая задача Герца, но с упругопластическим материалом.

Решается в версии 10 и 11. Результаты совпадают. В версии 13 уходит на рестарт.

Ниже текст задачи. Думаю. что с этим файлом Вы знакомы.

C*** Решение примера плоской задачи контакта твердого тела с упругопластическим

C*** (в данном случае рассматривается задача Герца -

!* Задаем четыре параметра

!*

thick=0.0127 ! Толщина плиты

radius=0.0381 ! Радиус абсолютно твердого цилиндра

contact=0.01524 ! Длина области измельчения сетки

length=0.0508 ! Полная длина

!*

/prep7 ! Вход в препроцессор

et,1,182,1,,2 ! Определение типа эл-та (Plane 182 2-D Structural Solid)

!*

!* Модуль упругости и к-т Пуассона для меди

!*

mp,ex,1,1.10316117E+11

mp,nuxy,1,0.33

!*

!* Создание геометрии

!*

k,1 ! Создаем ключевые точки

k,2,contact ! в активной

k,3,length ! системе координат (декартовой)

kgen,2,1,3,1,,thick,,3 ! Создаем дополнительные ключевые точки копированием кл. т.

a,1,2,5,4 ! Создаем плоские поверхности (области)

a,2,3,6,5 ! по ключевым точкам

type,1 ! Задаем тип конечного элемента

mat,1 ! и материал по умолчанию

lesize,4,,,10 !* Управляем построением

lesize,2,,,10 !* сетки, назначая количество

lesize,6,,,10 !* граней конечных элементов

lesize,1,,,10 !* вдоль каждой линии

lesize,3,,,10 !*

lesize,5,,,12,5 !* Последний параметр команды задает измельчение сетки

lesize,7,,,12,1/5 !* в 5 раз (5 - в сторону большего номера кл. т.,

!* 1/5 - наоборот)

amesh,all ! Построение регулярной сетки на всех областях

arsym,x,all ! Копирование областей и сетки относительно оси симметр.

nummrg,all ! Объединение всех примитивов с точностью по умолчанию

asel,none ! Исключить из текущего активного набора данных все

lsel,none ! все поверхности и все линии

wpave,,thick+radius ! Перенос начала рабочей плоскости в центр цилиндра

cswpla,11,1 ! Создание локальной коорд. сист. № 11 (цилиндрической)

k,20,radius,180 !* Построение

k,21,radius,-90 !* ключевых точек

k,22,radius,0 !* в активных

k,23,0,0 !* координатах (цилиндрических)

l,20,21 ! Построение линий

l,21,22 ! по ключевым точкам

!*

!* Граничные условия

!*

csys,0 ! Активизировать глобальную систему координат (декартову)

nsel,s,loc,y,0 ! Выбор нового набора узлов по положению в сист. коорд.

d,all,uy ! Наложение связей на все выбранные узлы (основание)

nsel,s,loc,x,0 ! Выбор нового набора узлов по положению в сист. коорд.

nsel,r,loc,y,0 ! Выбор из текущего набора узлов по полож. в с.к. -

! в результате выбираем узел основания напротив

! точки контакта

d,all,ux ! Наложение тангенциальной связи на этот узел

nsel,all ! Выбор всех узлов модели

wpstyle !* Управление отображением и стилем рабочей плоскости

/GTYPE,1,KEYP,1 !*

/GTYPE,1,LINE,1 !*

/GTYPE,1,AREA,0 !* 1 - активизировать отображение

/GTYPE,1,VOLU,0 !* 0 - не отображать

/GTYPE,1,NODE,0 !*

/GTYPE,1,ELEM,1 !*

/GCMD,1 !*

!*

GPLOT ! Отобразить активизированные примитивы

finish ! Выход из препроцессора

save,hertz,db !!!!! Сохранить модель в файл базы данных ANSYS hertz.db

/prep7 ! Вход в препроцессор

et,2,169 ! Определяем тип к. элемента ответной поверхности

et,3,171 ! Определяем тип к. элемента контактной поверхности

r,2,0,0,1,0.1 ! Определение реальных констант к. эл-та ответной пов-ти

rmore,0.1,0.01 ! Добавление реальных констант к предыдущим (нет в GUI)

!*

!* Материальные св-ва меди, определяемые пользователем,

!* как MISO (мультилинейное изотропное упрочнение)

!*

mp,mu,1,0.3 ! добавим к-т трения к материальным свойствам

tb,miso,1,0,9 !*

tbpt,,0.000625,68947573 !* MISO

tbpt,,0.0025,103163129 !*

tbpt,,0.005,144789903 !* Определение точек зависимости

tbpt,,0.01,199947961 !* напряжение-деформация или

tbpt,,0.015,224769088 !* B-H кривой

tbpt,,0.02,239248078 !*

tbpt,,0.04,249934952 !*

tbpt,,0.1,268895534 !*

tbpt,,0.2,277513981 !*

!*

type,2 ! Устанавливаем тип конечного элемента

real,2 ! и реальные константы по умолчанию

lmesh,all ! Построение сетки по цилиндру

kmesh,23 ! Создание направляющего узла по ключевой точке номер 23

ksel,s,kp,,23 ! Выбор поднабора ключевых точек (кл. т. 23)

nslk,s ! Выбор узлов ассоциируемых с ключевыми точками

*get,n_load,node,,num,max ! Присвоение значения параметру n_load (max номер узла)

alls ! Выбор всех примитивов из б.д. (U_M>Select>Everything)

csys,0 ! Активизировать глобальную (декартову) с. координат

nsel,s,loc,y,thick ! Выбор поднабора узлов по положению (контактная п-ть)

type,3 ! Назначение по умолчанию контактного к. элемента

esurf ! Создание контактных элементов на выбранных узлах

nsel,all ! Выбрать из б.д. все узлы

/solu ! Вход в решатель

antype,static ! Выбор типа анализа - квазистатический

nlgeom,on ! Вкл. опции учета эффекта больших деформаций

solc,on ! Опция управления решением вкл.

! Время шага нагружения 1 сек (по умолчанию)

nsubst,20,500,10 !* 20 - количество подшагов данного шага нагружения

!* Если используется автоматическое изменение шага

!* по времени 500 - max количество подшагов

!* 10 - min количество подшагов

outres,all,all ! Записывать в б.д. все данные решения

f,n_load,fy,-10000000.0 ! Нагрузка на цилиндр при первом шаге нагружения

! (нагрузка здесь и далее прикладывается

! к направляющему узлу)

solve ! Получение текущего решения

f,n_load,fy,0 ! Нагрузка на цилиндр при втором шаге нагружения

! (восстановление первоначального состояния

! под действием сил реакции плиты)

solve ! Получение текущего решения

finish ! Выход из решателя

!*

save,hertz,db !!!!! Сохранить модель в файл базы данных ANSYS hertz.db

[sergeyd 3]

не совсем пойму, вы хотите точного соответствия прежним версиям?

тогда надо явно выставить те же опции. что были ранее по умолчанию.

задачу посмотрю по возможности.

[VIF 0]

Да Sergeyd!

На данной задаче Герца я хочу получить одни и те же результаты в разных версиях пакета. Почему в версии 10 и 11 результаты по приведенному файлу совпадают, а в версии 13 задача даже не досчитывается до конца. Уходит на рестарт. И почему я должен менять в данном файле установки , чтобы в версии 13 получить результат, совпадающий с результатами в версиях 10 и 11. Для них результаты совпадают без смены каких либо установок.