Контактная задача в ANSYS Mechanical APDL. Учет выборки цилиндрического зазора.

[Fibonachi 0]

Всем здравствуйте. Прошу попытаться объяснить мне, что я не так делаю.

Не могу правильно смоделировать контактное взаимодействие. Решаю задачу вальцевания трубки в трубной доске. Диаметр отверстия в трубной доске больше внешнего диаметра трубки на 0,3 мм. Отверстие в трубной доске концентрично отверстию в трубке.

Нагрузка - распирающее давление, приложенное к элементам, которые находятся на внутренней поверхности трубки.

Граничные условия - запрещение перемещений UX, UY, UZ узлов трубной доски, находящихся на большом удалении от контактной зоны.

Вследствие симметрии моделирую 1/4 часть всей исследуемой модели с соответствующими симметричными граничными условиями.

Контактная поверхность - внешняя поверхность трубки.

Ответная поверхность - поверхность отверстия в трубной доске.

Моделируется контакт двух деформируемых тел.

Типы конечных элементов: трубная доска и трубка - SOLID186, контактные элементы типа поверхность - с - поверхностью.

Для создания контактных элементов использую менеджер создания контактных пар.

Нормали контактных элементов имеют правильную ориентацию.

Коэффициент трения - 0,3.

Все опции контактного элемента CONTA174 переключены на ноль.

Начальное состояние - имеется цилиндрический диаметральный зазор 0,3 мм. В процессе решения надо учесть этот зазор. Трубка под действием давления начинает расширяется, отыгрывает диаметральный зазор, и вступает в контактное взаимодействие с трубной доской.

Опции контроля решения - NROPT,UNSYM.

Решение в один шаг нагрузки - плавное приложение давления. Количество промежуточных шагов 15.

В результате расчета получается, что трубка под действием давления деформируется, а трубная доска выступает в качестве жесткого тела. Огромное проникновение трубки в тело трубной доски, при этом напряжения в теле трубной доски равны нулю.

Пробовал решать в два шага нагрузки. На первом шаге решаю без какой-либо нагрузки, на втором шаге прикладываю давление. Также пробовал переключать опции контактного элемента CONTA174, использовал все возможные комбинации. Результат почти такой же.

Заранее спасибо.

Изменено 24 января 2016 пользователем Fibonachi

[Борман 2 375]

Все проще

http://cccp3d.ru/topic/40080-primer-poleznogo-ispolzovaniia-apdl-v-ansys/

[Fibonachi 0]

О большое спасибо за ответ.

И если можно еще несколько вопросов по тойже теме:

1. Будет ли ANSYS решать нелинейную упруго-пластическую задачу в которой контактное взаимодействие будет заменено вот таким вот кинематическим соотношением узлов, пример которого представлен Вами выше, но при этом будет учитываться нелинейное поведение материала тоесть диаграмма деформирования.

2. И вообще имеется ли возможность моделировать начальный зазор при помощи только контактных элементов. При этом зазор не должен быть автоматически закрыт при помощи опций регулирования начального перекрытия/зазора контактного элемента, а должен перекрываться только за счет воздействия сосредоточенной силы или давления.

[Борман 2 375]

1. Будет ли ANSYS решать нелинейную упруго-пластическую задачу в которой контактное взаимодействие будет заменено вот таким вот кинематическим соотношением узлов, пример которого представлен Вами выше, но при этом будет учитываться нелинейное поведение материала тоесть диаграмма деформирования.

Конечно.  СР - это просто дополнительное линеное соотношение, которое никому не мешает. Правильнее спросить - "Всегда ли СР будет правильно работать.... не как фича АНСИСа, а как затея художника".

 

2. И вообще имеется ли возможность моделировать начальный зазор при помощи только контактных элементов. При этом зазор не должен быть автоматически закрыт при помощи опций регулирования начального перекрытия/зазора контактного элемента, а должен перекрываться только за счет воздействия сосредоточенной силы или давления.

М... не понял проблемы. Рисуете без зазора и нагружаете давлением. 

[Fibonachi 0]

По первому вопросу спасибо, все понятно.

По второму - хотелось бы смоделировать поведение модели с изначально нарисованным зазором. Например при процессе вальцевания трубки в трубной доске. Трубка под воздействием распирающего ее давления деформируется, контакт между трубкой и трубной доской при этом пока отсутствует, перекрывает цилиндрический зазор, и только потом уже в каком то деформированном состоянии с уже имеющимися в ней соответствующими напряжениями входит в контакт с трубной доской.

Так как предел текучести материала трубки намного меньше предела текучести материала трубной доски, то трубка деформируется пластически а трубная доска находится в упругой зоне. После снятия нагрузки трубка удерживается в трубной доске упругими силами.

Это нужно для того, что бы задать допуск на диаметральный размер отверстия в трубной доске. На скоко диаметр отверстия может быть больше чем диаметр самой трубки.

Случай когда диаметры трубки и отверстия в трубной доске равны, тоесть внешняя контактная поверхность трубки изначально находится в контакте с ответной поверхностью отверстия трубной доски, успешно решен.

[Борман 2 375]

По первому вопросу спасибо, все понятно.

По второму - хотелось бы смоделировать поведение модели с изначально нарисованным зазором. Например при процессе вальцевания трубки в трубной доске. Трубка под воздействием распирающего ее давления деформируется, контакт между трубкой и трубной доской при этом пока отсутствует, перекрывает цилиндрический зазор, и только потом уже в каком то деформированном состоянии с уже имеющимися в ней соответствующими напряжениями входит в контакт с трубной доской.

Так как предел текучести материала трубки намного меньше предела текучести материала трубной доски, то трубка деформируется пластически а трубная доска находится в упругой зоне. После снятия нагрузки трубка удерживается в трубной доске упругими силами.

Это нужно для того, что бы задать допуск на диаметральный размер отверстия в трубной доске. На скоко диаметр отверстия может быть больше чем диаметр самой трубки.

Случай когда диаметры трубки и отверстия в трубной доске равны, тоесть внешняя контактная поверхность трубки изначально находится в контакте с ответной поверхностью отверстия трубной доски, успешно решен.

 

Решить можно с примерением СР. У вас же известно конечное положение - полный контакт - этим надо пользоваться.

 

1. Рисуете с зазором.

2. Пишете СР для перекрытия зазора.

3. ПРикладываете давление.

4. Решаете.

5. Убираете давление

6. Решаете.

 

Может не совсем очевидно, но правильно. ..  Чтобы убедится в правильности - надо посмотреть на направление реакции в СР. Она должна быть "распирающая", а не "стягивающая".

[soklakov 1 475]

По второму - хотелось бы смоделировать поведение модели с изначально нарисованным зазором. Например при процессе вальцевания трубки в трубной доске. Трубка под воздействием распирающего ее давления деформируется, контакт между трубкой и трубной доской при этом пока отсутствует, перекрывает цилиндрический зазор, и только потом уже в каком то деформированном состоянии с уже имеющимися в ней соответствующими напряжениями входит в контакт с трубной доской.

 

[Fibonachi 0]

Вау круто! ))

Это смоделировано при использовании CP или при помощи контактных элементов?

[Борман 2 375]

contact.gif

Ну опять немое кино. Давай рассказывай, какая кинокомпания, какой сценарий, столько платят актерам.. А то ведь мы подумаем, чо ты это в кинотеатре снял...

[soklakov 1 475]

Это смоделировано при использовании CP или при помощи контактных элементов?

Контакт frictional. Всё по-честному.

Давай рассказывай, какая кинокомпания, какой сценарий, столько платят актерам..

Задача плоская. Масштаб отрисовки 1:1.  Контакт frictional. Для толковой визуализации стоит иметь подшаги в момент входа в контакт.

Тут рассказывать-то толком нечего. Почти всё по умолчанию.

[Fibonachi 0]

Я так понимаю тип контакта frictional это из WorkBench.

А в Mechanicel APDL какой аналог frictional?

[Борман 2 375]

В жизни только один тип контакта, его проходят в средней школе на физике. Он стоит в Ансисе по-умолчанию.

 

Все остальное - это попытки идеализации контакта и упрощения схемы решения.

[soklakov 1 475]

А в Mechanicel APDL какой аналог frictional?

KEYOPT 12 = 0

 

Но сможете ли Вы объяснить себе, зачем использовать GUI, если можно за три минуты, это еще с учетом поиска решения.

[Fibonachi 0]

Всем большое спасибо, эта часть задачи наконец то вышла).

Теперь появилась проблема сходимости решения при задании диаграмм деформирования материалов трубки и трубной доски.

При запуске решения оно прекращается через какое то время и написано что решение на определенном промежуточном шаге не сошлось.

Пробовал решать с различными значениями нагрузки. Получается либо нагрузка мала и поверхности в контакт не входять либо велика и нет сходимости решения.

[Борман 2 375]

решение на определенном промежуточном шаге не сошлось

Посмотрите картинку с последнего сошедшегося шага. Смотрите форму КЭ, уровень деформаций. Бываает выручает геом. нелинейность.

[soklakov 1 475]

Теперь появилась проблема сходимости решения при задании диаграмм деформирования материалов трубки и трубной доски.

Welcome to nonlinearity!

Пробовал решать с различными значениями нагрузки.

А с различными значениями минимального шага по времени? 

[Fibonachi 0]

Решаю как раз с включенной опцией геометрической нелинейности. Не сходится.

И пробовал с различным количеством промежуточных шагов. Не сходится.

В текстовом файле err, который содержит сообщения с предупреждениями и ошибками, следующие сообщения:

There are <число> one or more small equation pivot terms. В процессе решения в текстовом файле это сообщение многократно повторяется с той лишь разницей, что в поле <число> меняется значение.

И еще одно сообщение

One or more elements have become highly distorted. Excessive distortion of elements is usually a symptom indicating the need for corrective action elsewhere. Try incrementing the load more slowly. You may need to improve your mesh to obtain elements with better aspect rations. Also consider the behavior of materials, contact pairs, and/or constrains equation. If this messege appears in the first iteration of first substep, be sure to perform element shape checking.

Нагрузку прикладываю плавнее некуда. Хорошая густая сетка из четырехугольных элементов правильной формы.

[soklakov 1 475]

@@Fibonachi, попробуйте не по Прандтлю модель задать, а билинейную с касательным модулем пластичности равным половине модуля упругости. Чтобы поисследовать, как ведет себя конструкция. Возможно,у Вас вся труба потекла целиком и улетела.

[Fibonachi 0]

Извиняюсь), я опять забыл уточнить. Использую билинейную кинематическую модель упрочнения.

Значения предела текучести и касательного модуля получены в результате испытаний.

Поведение модели вроде исследовал. При значениях нагрузки, при которых напряжения в сечении трубки не превышают предела текечести или близки к пределу текучести, со сходимостью все отлично, задача решается.

Далее увеличиваю значение нагрузки и как только напряжения в сечении трубки достигают предела текучести или превышают его, начинаются большие проблемы со сходимостью.

Выскажу свое скромное мнение, что мне кажется дело в зазоре, в том что изначально контактная пара открыта. Как только автоматически переношу контактную поверхность на ответную, тоесть на первом промежуточном шаге поверхности находятся в изначальном контакте, задача решается превосходно при любых значениях нагрузки.

[soklakov 1 475]

Значения предела текучести и касательного модуля получены в результате испытаний.

Хочется спросить "и чё?".

Выскажу свое скромное мнение, что мне кажется дело в зазоре, в том что изначально контактная пара открыта.

Давайте предположим, что это действительно так. Как Вы будете думать дальше?

 

 

билинейную с касательным модулем пластичности равным половине модуля упругости. Чтобы поисследовать, как ведет себя конструкция.

Вы попробовали? Или будете несколько дней рассуждать, а потом попробуете?

Не факт, что это даст решение, но если Вы не будете ничего делать, то ничего и не произойдет.