有限元仿真分析FEA中何时能忽略接触

 有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

 线性有限元计算是最常见的静态分析类型。忽略接触有一个非常方便的用处：可以使用线性分析，方便又快捷，准确度也能得到一定的保证。那何时可以忽略接触呢？

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 今天，有限元科技小编跟大家分享的是：有限元仿真分析FEA中何时能忽略接触？

 背景

 线性有限元分析非常简单，计算速度更快兼容性好（许多软件被集成到CAD软件中）。当然，相对于线性分析，同样存在着许多非线性分析。对线性静态问题（而不是动态），线性分析是非常方便的，但对于其他一些非线性问题，太过简单地看待会使得计算结果出现非常大的误差。所以，本文讨论的重点正是：何时可以忽略接触，从而方便建立简单便捷的线性模型呢？

 “线性”意味着你不会考虑到各种非线性问题：

 材料-材料非线性是非线性分析的“万金油”。对于非线性材料，有很多材料模型可用，相应设置也很丰富，对于我们的建模过程非常方便。

 几何-几何非线性并不像材料非线性那样受欢迎。因此它更微妙，更难以理解、更难描述其影响范围。然而，对于特定类型的问题比如一个屈曲分析，几何非线性会非常便捷与强大。

 接触–如何确定接触是否始终是非线性的，或者是线性的，是我们需要关心的重要内容。但无论结果是何种方式，有限元分析中的接触都www.featech.com.cn可以是非线性的，所以一般考虑忽略线性接触。

 有限元分析中一般将接触分为：

 通用接触

 这是最简单的接触类型，比如在一本躺在桌子上的书和桌子本身之间的接触，或者一个钢柱插在混凝土地板上。

 内接触

 比如端板的螺栓连接，情况会比上述类型更为复杂。

 首先要分析两个梁的接触情况，并且尽量避免去人为定义接触，特别是在简化的模型计算中。

 自接触

 一些情况下，自接触属于不可避免的接触。这类接触通常而言也较为复杂，但并不是没有应对的方法。

 进一步理解接触

 在通用接触里提及的混凝土地板中的圆柱，www.featech.com.cn很多人会自动认为这是一个非常普通的问题，但是，有以下几点可能需要进一步的考虑：

 如果拉伸力出现，接触如何变化？

 反作用力如何检查？

 圆柱会向上移动吗？

 如果在模型比如梁单元中添加螺丝，或者创建刚性（半刚性）连接，会默认使用固定接触。

 不同的是，这类模型中无法控制接触发生的地方，一般而言模型会自行选择，并且不建议自行修改。

 在壳单元中，不能在垂直方向上支持整个轮廓。这是一个非常容易出现的错误。即使整个圆柱在混凝土上，这很可能连接不会承受任何弯曲的时刻。如果你在垂直方向上支持整个轮廓，它会。同样地，这将在部分载体中显示为拉伸反应力。

 有限元模型中的接触可能与摩擦有关。如果存在剪切力，则需要对接触进行一定的检查，可以通过将载荷与摩擦系数相乘，如果该值高于剪切载荷（可能存在不同的安全系数），检查便可通过。

 因此，可以在以下情况下忽略接触：

 支撑点上的负载不会导致额外的力出现

 刚度类型属于梁单元

 针对摩擦检查通过

 分析目标中的接触

 这是一个比较困难的问题。假设你有一个梁连接在圆柱上，如何处理接触从而获得精确的结果，是需要关心的重点。这时，如果能预测接触将发生的位置，例如：

 弯矩在固定方向上，并且法兰和端板足够坚固。这时可以简单地将端板的顶部与圆柱连接起来而不是建立接触。只需使用水平板即可：

 结果等到的不是一个合适的模型（左下），而是一个简化的模型（右下）。如果板材刚度足够高的话，那些应该给你类似的价值。

 与所有这些技巧只能在某些情况下完成：

 预测接触将在何处发生

 只在一个方向上弯曲

 足够的刚度

 易错事项

 简化接触可能会出现几个问题，但都是可以预见的，并且可以在后期处理中检查发现。

 错误地预测了接触发生的地方

 这种错误一般很难主动检查出来。证明出错最简单的方法就是检查变形端部：

 在理想情况下，平板端部有一定的刚度，所以在这种情况下，非常容易预见接触点在何处以及连接处的变形情况。但是如果平板刚度较小，就会发生如下情况：

 这种情况下螺钉中的拉伸力将增大，从而影响结果的准确度。这种情况下对接触的简化就需要慎重。

 特别是上图中，接触的单元数量较大，这种情况不能在没有接触属性的情况下建模。

 有两个方向弯曲

 在有多个负载时，很难准确预测接触发生的地方，因此需要定义接触保证结果的准确性。否则后期处理中会发现，平板中的应力分布在宽度上并不恒定。

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