midas MeshFree入门系列--接触篇

本次分享内容是MeshFree的接触功能，介绍基于midas MeshFree 3.0R1。

对于装配体模型，MeshFree提供了接触关系来保证各个部件之间能够传递力。

以下是MeshFree中创建接触的对话框：

接触创建对话框

通常来说，创建接触包含以下步骤：选择需要创建接触的对象-->选择接触类型-->设置接触容差-->创建接触

关于接触，有4个关键点需要说明：接触含义、接触创建方式、接触类型、接触容差。

在MeshFree里面，接触用来定义装配部件之间的连接。一般地，在进行分析的时候，所有的部件必须是连在一起的。另外，需要添加边界条件以保证整个模型不发生刚体 位移。

当处理多个部件时, 如果不使用接触条件或者其它方法以保证部件的连续性，可能会发生奇异性错误。因此接触在有限元分析中非常重要。

下图是接触的一个示意图，图中所示为1个接触对，一个接触对有两个接触面A（红色部分）、B（黄色部分），接触面上的节点通过一定的算法耦合在一起。

接触对示意图

在MeshFree软件中，有两种方式创建接触：自动创建、手动创建

                               自动创建                        手动创建

当使用自动创建接触时，我们选择的对象是几何体，软件从几何体中自动搜索可能的接触对；

当使用手动创建接触时，我们选择的对象是几何面，即人为指定一个接触对的两个接触面。

对于始终不发生分离的接触面，直接采用自动创建接触更方便；对于有分离情况的接触面，建议采用手动创建的方式。

目前MeshFree提供的接触类型包括：焊接接触、滑动接触、一般接触

• 焊接接触--线性接触

焊接接触是一种线性接触行为。使用焊接接触时，接触面的切向无相对滑动，法向不分离；焊接接触的目的是保证相邻部件的连续性；自动生成的接触对都是焊接接触

• 滑动接触--线性接触

滑动接触也是一种线性接触行为。使用滑动接触时，接触面之间法向不分离，但是切向允许有小的滑移。适用于发生小位移滑动的情况，不用输入摩擦系数

• 一般接触--非线性接触

  一般接触是一种非线性接触行为。接触面的切向和法向都允许有相对滑动或分离，因此在创建接触时，接触面之间允许存在间隙；适用于小位移范围内发生的接触，难以适用于大变形或者大旋转；适用于有小间隙的螺栓连接。

  使用一般接触时，需要输入法向刚度比例因子、切向刚度比例因子和摩擦系数。法向刚度比例因子用来保证发生接触时的接触力。如果增加这个值，那么收敛性会降低；如果减少这个值，收敛性会增加，但是会有侵入现象。推荐使用默认设置。切向刚度比例因子用来保证发生接触时，在剪切方向的接触力。当考虑摩擦的时候，需要填摩擦系数，具体的可以参考工程应用中的数据，不考虑摩擦的时候，摩擦系数填0即可。

  另外在线性静力分析中，如果接触面只有小的滑移，也可以采用一般接触。

接触容差的意义是当两个接触面之间的距离小于接触容差时，即认为这两个接触面之间存在接触关系，所以即使两个面之间存在间隙，只要他们的距离小于接触容差，也是存在接触关系的。

这里需要注意的是，不同的时刻，容差在MeshFree中的意义是不一样的：

• 在接触创建的时候，接触容差的作用搜索可能存在接触关系的接触面；

• 在创建完接触对，进行计算的时候，接触容差的作用是作为接触区域的判断，可手动修改。

①当创建接触时，下面具体说明两种创建方式下的接触容差情况：

使用自动创建接触时，当选择几何体后，会有一个初始容差，如果初始容差不合适，可以自定义设置（取消勾选）。

接触容差示意图

这个接触容差即为创建接触时显示的接触容差，如果希望修改这个值，参考以下步骤：