Элементы контакта

Элементы контакта


В программных комплексах GTS NX/FEA NX для моделирования связанного поведения в местах, где элементы двух разных сеток соприкасаются гранями, но расположение их узлов различается (случайно или умышлено) применяются элементы контакта.

 

Всего пользователю доступно 5 типов контакта в FEA NX и 2 типа контакта в GTS NX. В таблице 1 приведён список доступных контактов.

Таблица 1. Элементы контакта реализованные в GTS NX/FEA NX

Тип контакта

Работа в нормальном направлении

Работа в касательном направлении

Доступные типы расчётов

 

Welded

 

Закреплён

Закреплён

Линейный/нелинейный расчёт

Bi-directional Sliding Contact (только в FEA NX)

 

Закреплён

Скользящий

Rough (только в FEA NX)

 

Свободный

Без скольжения

Только нелинейный расчёт

General

 

Свободный

Скользящий

(Вводится коэффициент трения)

Breaking-Weld (только в FEA NX)

 

Свободный

(Вводится усилие разрыва)

Свободный

(Вводится усилие разрыва)

 

 



















           










Линейный контакт.

Линейный контакт может использоваться в линейном/нелинейном анализе, включает в себя сварной контакт (Welded) и контакт с двунаправленным скольжением (Bi-directional Sliding Contact). Оба типа контакта одинаково работают в нормальном направлении и закрепляют контактные поверхности между собой. В касательном направлении сварной контакт не может разделяться, так что обе части движутся как единая деталь на определенной контактной поверхности, а двунаправленный скользящий контактный тип может скользить в касательном направлении контактной поверхности. Коэффициент трения отдельно не определяется, значение 0 устанавливается автоматически. Разница работы этих типов контакта показана на рисунке 1.


Рисунок 1. Работа контактов Welded и Bi-directional sliding

 

Нелинейный контакт.

Грубый контакт (Rough), общий контакт (General) и контакт с разрывом сварного шва (Breaking-Weld) могут использоваться в нелинейном анализе. Применяя грубый и общий контакт можно разделить контактную поверхность по вертикали/горизонтали, при таком воздействии они работают одинаково. Разница заключается в рассмотрении горизонтального скольжения контактной поверхности. Общий контакт имеет горизонтальное скольжение по контактной поверхности, в отличие от грубого контакта. Для описания скольжения может применяться коэффициент трения. Работа 2 этих контактов показана на рисунке 2.


Рисунок 2. Работа контактов Rough и General

 

Также к нелинейным контактам относится контакт разрыва сварного шва (Breaking-Weld), который допускает разделение при превышении усилия разрыва. Однако, когда сила контакта меньше силы разрушения, оно движется как одно тело. Усилия разрыва должны определяться непосредственно пользователем. Пример работы этого контакта представлен на рисунке 3.


Рисунок 3. Работа контакта Breaking-Weld

 

Помимо описания работы конструктивных элементов, элементы контакта могут также быть использованы в очень сложных геометрических моделях, когда нет возможности создать узловую связь между наборами конечных элементов. Данная функция позволяет избежать ошибок расчета и получить результат, идентичный сплошной сетке. Как изначально предусмотренные, так и добавлены в процессе анализа проблемной схеме.

Инструмент создания контакта доступен из любой вкладки с инструментами для различных типов расчётов (Static Analysis; Dynamic Analysis; Geotechnical Analysis – для FEA NX. Static/Slope Analysis; Seepage/Consolidation Analysis; Dynamic Analysis; Thermal Analysis – для GTS NX) в блоке Contact.

Контакт может быть создан автоматически с автоматическим поиском площадок, по которым выбранные сетки стыкуются, но не имеют общих узлов. На таких площадках автоматически формируются контактные поверхности. При этом можно вручную указать диапазон поиска (расстояние между основной контактной поверхностью и подчиненной поверхностью контакта) либо также оставить этот параметр в автоматическом режиме.


Рисунок 4. Диалоговое окно автоматического режима создания контакта

Также доступен ручной режим создания, где пользователь может напрямую указать главную и подчиненную поверхность контакта для создания контактной пары. При этом может быть выбрана грань, двухмерный элемент, трехмерный элемент, свободная грань двухмерного элемента и свободная грань трехмерного элемента.


Рисунок 5. Диалоговое окно ручного режима создания контакта

Элементы контакта имеют свои наборы параметров, которые пользователь может регулировать.


Рисунок 6. Диалоговое окно параметров контакта

  1. Normal Stiffness Scaling Factor (масштабный коэффициент жесткости в нормальном направлении): чем меньше данный параметр, тем большее проникновение допускается. Рекомендуются значения по умолчанию.
  1. Tangential Stiffness Scaling (масштабный коэффициент жесткости в касательном направлении): обычно принимается в 10 раз меньше нормального. Рекомендуются значения по умолчанию.
  1. Contact Tolerance (допуск контакта): Поиск площадки контакта в диапазоне допуска. (Для сварного и скользящего контакта, контакт работает, когда ведущая и ведомая поверхности находятся в пределах этого допустимого расстояния. Для общего и грубого контакта контакт работает, когда ведущая и ведомая поверхности входят в пределы этого расстояния).
  1. Master Segment Extension Ratio (коэффициент удлинения главного контакта): расстояние поиска контактной поверхности может быть определено как произведение размера ячейки эталонной поверхности и этого коэффициента удлинения.
  1. Remove Initial Penetration by Adjusting Solve Nodes (устранение начального проникновения):  Если подчиненные контактные узлы уже проникли в основную контактную поверхность в начале, положение подчиненных узлов будет автоматически исправлено, чтобы подавить проникновение.
  1. Friction Coefficient (коэффициент трения): вводится опционально.
  1. Conduction for Seepage Flow (проницаемость для фильтрационного потока): указывается опционально.
  1. Thermal Conductance (теплопроводность): указывается опционально.
  1. Только в FEA NX:
  1. Normal Failure Force (усилие разрыва сварного соединения в нормальном направлении): указывается при использовании соответствующего типа контакта.
  1. Shear Failure Force (усилие разрыва сварного соединения в касательном направлении): указывается при использовании соответствующего типа контакта.