glue与contact的应用

gaojun211

Glue与contact在NX nastran中的应用

1、概念


在进行NX nastran仿真时，Glue用来将面与面之间连接起来。连接起来的两个面其之间的相对运动就被限制了，也就是说，Glue起来的两个面（单单就自由度讲）就像被胶水粘起来一样。单就这个单词的意思来说，就是用胶水粘接的意思，如果个人理解，觉得用焊接感觉更适合。


NX nastran中的Surface-to-Surface Gluing命令对连接面之间的网格划分没有要求。也就是说互相连接的两个面的网格划分不必一致。


Contact，从字面理解就是接触。在实际的生活中，接触广泛的存在着，在有限元仿真中很有用。NX nastran解算器使用增广拉格朗日方程来处理接触。增广拉格朗日包含以下两个重要点：使用惩罚刚度来实现接触约束；使用互不渗透（或者叫零渗透）来判定接触是否收敛。


2、  使用nastran的contact例子


我们要仿真的对象是车轮和轮轴。在轮子和轮轴之间存在着接触。我们的仿真对象如图1所示。仿真对象是一个装配体，主装配文件叫做wheel_shaft_assy，主装配体由两个零件组成：wheel和flangeshaft。





  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

图1 仿真对象

分别对两个零件赋予材料属性，wheel赋予钢属性，shaft赋予尼龙塑料属性。这两种零件的材料在UG材料库都有，只要调用就可以。具有材料属性后，就进行网格的划分。在这里偷个懒，使用自由网格划分。一般来说，自由划分网格的精度就够用了。如有特殊需要，可以进行细致的划分，通过分割几何体划分六面体网格。当然，付出的代价就是要花很多时间，才能划分出相对细致的六面体网格。


使用自由网格如图2所示。

图2 网格文件

划分网格完成后，就要根据实际的车轮工作情况，抽象出具体的物理含义，进而在仿真分析中施加软件提供的相对应的约束条件、载荷条件。一般来说，车轮与轮轴之间采用过盈装配。在工人装配操作时，一般采用对车轮加热，让轴孔受热膨胀。接着讲未膨胀的轮轴插入到装配位置。车轮冷却后，与轮轴紧紧抱死。由于在装配位置，轮轴与车轮的过盈干涉，会产生接触应力。这也是咱们进行接触计算的意义所在之一。


在NX中，定义接触对有几种方法。较为规范的方法为，先定义region，而后制定某某region为接触约束对。应用到本例子中就是，定义车轮与轮轴两个之间的两个配合面为两个region，而后将指定此两个region位接触约束。按照上述方法定义约束后的装配如图3所示。

图3 施加接触约束的车轮与轮轴

仔细观察可以看见车轮与轮轴之间有NX系统指定的接触约束标记。此标记表明，接触约束已经成功施加。


需要特别提醒的是，含有接触对约束的仿真解算与一般的结构计算有不同之处，要对求解参数、输出参数进行一些设置。在要求解的case文件节点上选中，右击鼠标选中edit，接着选择case control标签项，另外还要设置结果文件输出选项，按照图4设置参数。

图4 接触相关的参数设置

至此，关于接触约束的相关参数基本设置完毕。接下来可以进行一般上的约束添加。下面以实际情况假设，车轮处于静止状态，不受外力。此时，分析可以知道，车轮与轮轴之间仅存在以车轴中心线为中线向四周膨胀的位移可能（专业术语，径向位移）。根据分析，我们可以将约束施加如下：


A． 车轴为完全约束（6个自由度全部固定）；


B． 使用柱坐标系对车轮的轴孔施加只允许径向自由的约束。


施加上述约束后，如图5所示。

图5

完成上述约束，不施加任何外在载荷，我们可以进行解算。看看在此情况下的接触应力。计算结果如下所示。
















































图6 变形                                图7 接触产生的力


如图6，由于接触带来的接触变形最大值约为5丝，也就是0.528mm，分布如图示意。本图为了能清晰示意，采用了局部夸张的标记方式。图7示意了由于接触产生的接触力，可以看出，最大力约为181.33N。接触应力的分布如图8所示，其最大值约为9.41MPa。







图8 接触应力


再进行另外一个工况计算。上面约束全部保留，另外施加一个外部的力，垂直指向圆心，数值5000N。如图9所示。







图9 施加的外力





进行解算，解算结果如下所示。









图10                                         图11


在施加外力处，变形明显变大，增加约4倍以上至0.227mm。最大接触产生力约为263.56N。最大接触应力为13.68MPa。































图12

豚淼淼三

不错不错



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