《接觸分析避坑指南：為什么兩個(gè)零件總是“穿模”？》
在仿真中，兩個(gè)獨(dú)立的零件在受力后相互穿透，這種“穿模”現(xiàn)象是接觸分析中最常見也最令人頭疼的問題之一。它不僅導(dǎo)致結(jié)果失真，甚至可能直接讓計(jì)算無法收斂。這背后究竟是什么原因？我們又該如何規(guī)避？
“穿模”的本質(zhì)：接觸定義不完整
有限元軟件默認(rèn)情況下，各個(gè)零件是獨(dú)立存在的，它們可以自由地相互穿過。接觸關(guān)系的存在，就是告訴軟件：“這兩個(gè)表面在現(xiàn)實(shí)中是接觸的，請(qǐng)阻止它們相互穿透。”
常見“坑點(diǎn)”與解決方案
接觸對(duì)定義不清晰：軟件無法自動(dòng)識(shí)別所有接觸關(guān)系，尤其是復(fù)雜裝配體中。工程師需要手動(dòng)檢查并定義關(guān)鍵的接觸對(duì)。
對(duì)策：在設(shè)置分析步時(shí)，仔細(xì)檢查模型初始狀態(tài)下的接觸關(guān)系。利用軟件的“接觸管理器”等功能，清晰列出所有已定義的接觸。
初始穿透的存在：在分析開始前，如果網(wǎng)格模型本身就存在微小的穿透，軟件會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)“錯(cuò)誤”的初始狀態(tài)，并在計(jì)算初期嘗試修正，極易導(dǎo)致不收斂。
對(duì)策：大多數(shù)軟件提供“調(diào)整初始接觸”的功能，可以自動(dòng)消除微小的初始穿透。在幾何建模階段，也應(yīng)確保裝配體沒有干涉。
接觸參數(shù)設(shè)置不當(dāng)：
主從面選擇：通常建議將網(wǎng)格更細(xì)、材料更軟的面設(shè)為從面，網(wǎng)格更粗、材料更硬的面設(shè)為主面。這有助于提高計(jì)算的精度和穩(wěn)定性。
接觸算法：最常用的是“罰函數(shù)”法。如果穿透嚴(yán)重，可以適當(dāng)增大“罰剛度”值，但它并非越大越好，過大會(huì)引起震蕩。對(duì)于特別難以收斂的接觸，可以嘗試“增廣拉格朗日”算法。
摩擦系數(shù)：摩擦?xí)箚栴}非線性更強(qiáng)，增加收斂難度。在初步分析時(shí)，可以先將摩擦設(shè)為0，待模型穩(wěn)定后再加入摩擦進(jìn)行計(jì)算。
網(wǎng)格質(zhì)量與密度：在接觸區(qū)域，過于粗糙的網(wǎng)格無法描述接觸面的幾何形狀，極易導(dǎo)致穿透。同時(shí)，主從面網(wǎng)格尺寸差異過大也會(huì)帶來問題。
對(duì)策：在關(guān)鍵的接觸區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。確保主從面的網(wǎng)格尺寸處于同一數(shù)量級(jí)，通常建議從面網(wǎng)格比主面稍密一些。
載荷步設(shè)置過于激進(jìn)：如果施加的載荷或位移過大、過快，軟件可能在一步之內(nèi)無法找到平衡解，從而導(dǎo)致穿透和計(jì)算失敗。
對(duì)策：采用增量步加載，將一個(gè)大載荷拆分成多個(gè)小步逐步施加。利用自動(dòng)時(shí)間步長功能，讓軟件在難以收斂時(shí)自動(dòng)減小步長。
解決“穿模”問題，需要的是耐心和系統(tǒng)性的排查。從檢查幾何、定義接觸、設(shè)置參數(shù)到劃分網(wǎng)格和加載，每一步都至關(guān)重要。理解其背后的原理，方能從容應(yīng)對(duì)。