弹塑性力学基础与有限元分析-接触分析实例
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第7卷第4期2000年12月塑性工程学报JOU RNAL O F PLA ST I C IT Y EN G I N EER I N GV o l 17 N o 14D ec 1 2000有限元法处理金属塑性成型过程的接触问题(北京科技大学 100083) 苏 岚 王先进 唐 荻 孙吉先 田荣彬摘 要:用有限元法模拟金属塑性成型过程的难点之一是接触边界条件的处理,本文着重介绍了处理金属塑性成型过程中接触问题的一般方法,包括接触边界的搜索、接触力的计算及接触热传导的计算三方面内容。
运用AN SYS 提供的接触单元,模拟了Y 型三辊轧制过程及钢轨矫直过程的接触状态,结果与实际相符。
关键词:接触边界条件;有限元法;金属成型中图分类号:T G 302收稿日期:2000202228;修订日期:20002062271 引 言近十几年来,随着计算机硬件能力及软件水平的提高,有限元法在金属压力加工行业中得到进一步的应用。
在对金属塑性成型过程进行有限元模拟时,如何处理工具及工件之间的接触将对模拟结果产生重要影响。
接触问题的处理是用有限元法模拟金属塑性成型过程的一个难点。
首先,在金属塑性成型过程中,接触边界状态随变形过程的发展不断变化,事先难以确定。
其次,接触面之间存在着摩擦和相对滑动,而摩擦的机理仍然是尚未解决的难题,目前一般采用简化的理想模型来进行模拟计算,如滑动库仑摩擦模型、粘着摩擦模型。
另外,接触问题大多属于单侧接触,而且是不可逆的,在数学上可用单边约束不定变分描述,但接触和摩擦构成的泛函一般不可微,有时非凸,在数学处理上比较困难。
正是由于这些原因,使得用有限元处理这类问题非常困难。
本文将简要介绍有限元程序中处理接触问题的一般方法,着重研究了运用商业有限元分析软件AN SYS 所提供的接触单元处理Y 型三辊轧制过程和钢轨矫直工艺两个算例中的接触边界。
2 接触边界的离散与搜索由于接触边界状态不断变化,在有限元每步迭代计算时必须采用高效的搜索算法,以确定何处表面在何时发生接触。