非标机械设计培训之接触分析避坑指南

《接触分析避坑指南：为什么两个0件总是“穿模”？》
在仿真中，两个独立的0件在受力后相互穿透，这种“穿模”现象是接触分析中最常见也最令人头疼的问题之1。
它不仅导致结果失真，甚至可能直接让计算无法收敛。
这背后究竟是什么原因？我们又该如何规避？

“穿模”的本质：接触定义不完整

有限元软件默认情况下，各个0件是独立存在的，它们可以自由地相互穿过。
接触关系的存在，就是告诉软件：“这两个表面在现实中是接触的，请阻止它们相互穿透。
”

常见“坑点”与解决方案

接触对定义不清晰：软件无法自动识别所有接触关系，尤其是复杂装配体中。
工程师需要手动检查并定义关键的接触对。


对策：在设置分析步时，仔细检查模型初始状态下的接触关系。
利用软件的“接触管理器”等功能，清晰列出所有已定义的接触。


初始穿透的存在：在分析开始前，如果网格模型本身就存在微小的穿透，软件会认为这是1个“错误”的初始状态，并在计算初期尝试修正，极易导致不收敛。


对策：大多数软件提供“调整初始接触”的功能，可以自动消除微小的初始穿透。
在几何建模阶段，也应确保装配体没有干涉。


接触参数设置不当：

主从面选择：通常建议将网格更细、材料更软的面设为从面，网格更粗、材料更硬的面设为主面。
这有助于提高计算的精度和稳定性。


接触算法：最常用的是“罚函数”法。
如果穿透严重，可以适当增大“罚刚度”值，但它并非越大越好，过大会引起震荡。
对于特别难以收敛的接触，可以尝试“增广拉格朗日”算法。


摩擦系数：摩擦会使问题非线性更强，增加收敛难度。
在初步分析时，可以先将摩擦设为0，待模型稳定后再加入摩擦进行精确计算。


网格质量与密度：在接触区域，过于粗糙的网格无法精确描述接触面的几何形状，极易导致穿透。
同时，主从面网格尺寸差异过大也会带来问题。


对策：在关键的接触区域进行网格细化。
确保主从面的网格尺寸处于同1数量级，通常建议从面网格比主面稍密1些。


载荷步设置过于激进：如果施加的载荷或位移过大、过快，软件可能在1步之内无法找到平衡解，从而导致穿透和计算失败。


对策：采用增量步加载，将1个大载荷拆分成多个小步逐步施加。
利用自动时间步长功能，让软件在难以收敛时自动减小步长。


解决“穿模”问题，需要的是耐心和系统性的排查。
从检查几何、定义接触、设置参数到划分网格和加载，每1步都至关重要。
理解其背后的原理，方能从容应对。