技术分享 | Simcenter 3D接触粘接与解算方案

专业人士视角下的有限元分析：接触、粘接与解算方案详解


前言

Simcenter3D™Pre/Post 是一款专为高级分析师设计的综合性有限元建模与结果可视化工具，致力于提供全面的预处理和后处理解决方案，以满足复杂产品性能评估的需求。此平台集成了便于使用的一系列工具，旨在简化从复杂几何建模到详尽结果解析的过程。本文将深入探讨涉及接触、粘接及多种形式的解算方案，对有限元分析中的关键问题和应用进行解析。

接触和粘接条件

在Simcenter3D™Pre/Post中，通过丰富的指令集支持分析师实现曲面之间的接触定义与粘接。这些特征允许用户精确模拟不同部件之间的物理接触情境及不允许的相对运动情形。选择适合的接触和粘接命令依赖于用户所选的求解器，以确保模型行为的准确再现。




解算方案类型：线性静态分析

线性静态分析是解决小变形（应变）和小位移问题的首选方法，适用于结构力随时间基本不变的场景，以及材料功能线性弹性特性。此类分析可涵盖包含间隙与接触的复杂工况。分析结果通常包括位移、应力、应变、力等物理参数。

载荷类型


线性静态分析可以考虑多种载荷形式：


表面牵引力：适用于施加的力和压力。


质量力：涵盖重量与惯性力。


强制位移：设定的非零位移条件。


热应变：考虑热负载影响时的温度变化。


解算方案类型：线性屈曲分析

线性屈曲分析着眼于确定结构的不稳定载荷和屈曲模式形状，这一分析方法揭示了在特定载荷下结构失稳的现象，这些载荷临界点由提取的特征值确定，分析分为模态数和特征值范围。

处理载荷

在执行线性屈曲分析时，结构模型可能包含一个或多个屈曲载荷，也可能包含不会自身导致屈曲的其他载荷：这些载荷通过增加或减少系统稳定性，对零件产生影响。图1展示了一个包含多种载荷的屈曲模型示例。


模态分析

模态分析核心在于确定结构的固有频率及其对应的振动模式，Simcenter3D™Pre/Post支持多种涉及模态分析的解决方案类型：

真实特征值、响应动力学、超单元、柔性体、直接复特征值、模态复特征值、模态频率响应和模态瞬态响应：

真实特征值用于评估材料属性和载荷状态下的动态响应。


响应动力学扩展输入用户界面定义的流程，支持静态与动态激励。

超单元、柔性体、直接复特征值、模态复特征值、模态频率响应和模态瞬态响应进一步丰富了模态分析的深度和应用范围，对外部软件具有强大的互操作性。

创建热结构解决方案

在处理涉及到热载荷和热约束的热分析解决场景时，Simcenter3D™Pre/Post简化了从解决方案的创建到结果解析的流程：仅需应用热材料属性，Simcenter3D™Pre/Post自动处理散热和结构化解决方案，以产出节点的温度数据和关键热通量信息。

非线性分析

非线性分析针对结构问题中位移、旋转大或材料属性、边界条件随位移变化的情况。相比线性分析，非线性分析要求更长的计算时间及更高的存储需求，但同时提供了更精确的动态响应计算。在有限元素分析领域，同一单元库适应线性和非线性分析，极大地便利了现有模型向非线性版本的转换。