Контактные задачи в Ansys

[Цветочек]

Уважаемые друзья!
Уже говорилось, что учет трения в Ansys представляет собой определенную сложность и что разные опции контакта существенно меняют поведение контактирующих поверхностей. Вопрос, который хочу задать связан с трением. Уже публиковала исходный код своих опытов, но он был неформатирован и не верен. Теперь вроде как все отладила и осталось только решить вопрос с поворотом и трением. Всегда появляется ошибка - negative jacobian 2d, Я понимаю что это значит: что-то неверно в постановке задачи. Привожу скрипт с описанием. Очень буду счастлива если поможите!

/prep7
*SET,R,1
*SET,ar,0.98
*SET,delt,0.004
smrt,off
ET,1,PLANE182, , ,2
R,1,,,,,,
KEYOPT,1,6,1 !mixed formulation - p-u
keyopt,1,3,2 ! плоская деформация
MP,EX,1,2.82 ! YOUNG'S MODULUS [MPA]
MP,NUXY,1,0.49967 ! POISSON'S RATIO
C10 = 0.293
C01 = 0.177
NU1 = 0.49967
DD = 2*(1-2*NU1)/(C10+C01)
TB,HYPER,1,1,2,MOONEY
TBDATA,1,C10,C01,DD
! Задание геометрии
CSYS,1
k,1,0,0
K,2,R,-80
K,3,R,90
K,4,R,180
K,5,R,260
K,6,ar,-80
K,7,ar,90
K,8,ar,180
K,9,ar,260
k,10,R+ar,270
L,2,5
L,6,9
L,2,6
L,5,9
! Разбиение на элементы тела 1
LESIZE,3,,,7
LESIZE,4,,,7
AL,1,3,2,4
mat,1
type,1
real,1
ESIZE,,125
AMESH,all
! Сдвигаем начало координат на -R-ar-delt по y
local,11,1,0,-R-ar-delt,0
! Геометрия второго тела
k,20000,ar+delt,80
k,20001,ar,80
k,20002,ar+delt,100
k,20003,ar,100
L,20000,20002 ! 5 линия
L,20001,20003 ! 6 линия
L,20000,20001! 7 линия
L,20002,20003! 8 линия
AL,5,6,7,8
et,6,82
KEYOPT,6,6,0 ! pure displacement
keyopt,6,3,2 ! плоская деформация
R,6,,,,,,,,
MP,EX,6,1.54 ! YOUNG'S MODULUS [MPA]
MP,NUXY,6,0.2
TB,MELAS,6,1,4
TBTEMP,0
TBPT,defi,0.1,0.154 ! логарифмические деформации и истинные напряжения!
tbpt,defi,0.3,0.3*1.54
tbpt,defi,0.7,0.7*1.54
tbpt,defi,0.95,0.95*1.54
real,6
mat,6
type,6
ESIZE,,165
AMESH,2
! Контактная пара 1
ET,2,CONTA172 ! можно делать conta171
ET,3,TARGE169 ! 2-D TARGET ELEMENT
keyopt,2,12,5
R,2,ar , , -2000
! Геометрия твердой поверхности = target
n,30003,ar,80! узел для твердой поверхности
k,30003,ar,80
n,30002,ar,100! узел твердой поверхности
k,30002,ar,100
n,30001,0,0,0! пилотный узел
k,30001,0,0,0
! Создание цели
alls
real,2
type,3
tshap,arc
E,30002,30003,30001
tshape,pilo
E,30002,30003,30001
NSEL,S,NODE,,30001,30003
ESLN,s,0
ESURF,,REVERSE
! Создание активной контактной поверхности
alls
type,2
real,2
lsel,s,line,,6
nsll,s,1
esurf
! Контактная пара 2
alls
ET,4,CONTA172
ET,5,TARGE169
keyopt,4,5,4 ! редукция проникновения и зазора
R,3,ar+delt,,-200000
TB,FRIC,5,,,ISO
TBDATA,1,0.2
mat,5
! Создание цели
real,3
type,5
lsel,s,line,,1
nsll,s,1
esurf
! Создание активной контактной поверхности
alls
type,4
lsel,s,line,,5
nsll,s,1
esurf
! конец подготовки
alls
finish

! Блок решения
/solu
NROPT,UNSYM
alls
antype,static
nlgeom,on
deltime,0.01,0.01,0.01
lsel,s,line,,2
nsll,s,1
D,all,all,0
alls
D,30002,UY,0.0033
D,30002,ux,0
time,1
alls
lsel,s,line,,6
nsll,s,1
D,all,ux,0
alls
solve
time,2
lsel,s,line,,6
nsll,s,1
DDele,all,all
alls
D,30002,rotz,0.03
D,30002,UY,0
D,30002,ux,0
solve
/post1
/DIST,1, 0.1
set,1
PLNS,s,eqv
ANTIME,20,0.5, ,1,1,1,2

[Zai]

Попробуйте позапускать следующий макрос. Нижний цилиндр поворачивается на 1 радиан, верхний чуть больше.
/prep7
ex,1,1
nuxy,1,0.3
et,1,82
r=0.1
dr=0.02
k,1
k,2,r
k,3,r+dr
k,4,0,r
k,5,0,r+dr
k,6,-r
k,7,-r-dr
k,8,0,-r
k,9,0,-r-dr
LARC,2,4,1,r, !1
LARC,4,6,1,r,
LARC,6,8,1,r,
LARC,8,2,1,r,
LARC,3,5,1,r+dr, !5
LARC,5,7,1,r+dr,
LARC,7,9,1,r+dr,
LARC,9,3,1,r+dr,
lstr,2,3 !9
lstr,4,5
lstr,6,7
lstr,8,9
al,1,10,5,9
LESIZE,9,,,3,,,,,0
LESIZE,10,,,3,,,,,0
LESIZE,11,,,3,,,,,0
LESIZE,12,,,3,,,,,0
al,2,11,6,10
al,3,12,7,11
al,4,9,8,12
type,1
real,1
mat,1
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
elsize,0.01
AMAP,1,2,3,5,4
AMAP,2,5,4,7,6
AMAP,3,7,6,9,8
AMAP,4,9,8,3,2

ex,2,1
nuxy,2,0.3
et,2,82
r1=0.3
dr1=0.02
dy=-r-dr-r1-dr1
k,11,0,dy
k,12,r1,dy
k,13,r1+dr1,dy
k,14,0,r1+dy
k,15,0,r1+dr1+dy
k,16,-r1,dy
k,17,-r1-dr1,dy
k,18,0,-r1+dy
k,19,0,-r1-dr1+dy
LARC,12,14,11,r1, !13
LARC,14,16,11,r1,
LARC,16,18,11,r1,
LARC,18,12,11,r1,
LARC,13,15,11,r1+dr1, !17
LARC,15,17,11,r1+dr1,
LARC,17,19,11,r1+dr1,
LARC,19,13,11,r1+dr1,
lstr,12,13 !21
lstr,14,15
lstr,16,17
lstr,18,19
LESIZE,21,,,3,,,,,0
LESIZE,22,,,3,,,,,0
LESIZE,23,,,3,,,,,0
LESIZE,24,,,3,,,,,0

num=12
al,num+1,num+10,num+5,num+9
al,num+2,num+11,num+6,num+10
al,num+3,num+12,num+7,num+11
al,num+4,num+9,num+8,num+12
type,2
real,2
mat,2
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
elsize,0.01
AMAP,5,12,13,15,14
AMAP,6,15,14,17,16
AMAP,7,17,16,19,18
AMAP,8,19,18,13,12
mat,3
ET,3,TARGE169
KEYOPT,3,2,1
type,3
R,3,r,0,
real,3
tshap,circ
n,100000,
en,100000,100000
TSHAP,PILO
En,100001,100000
et,4,CONTA172
KEYOPT,4,12,5
type,4
real,3
lsel,s,,,1,4
nsll,s,1
esurf
allsel,all
mat,5
ET,5,TARGE169
KEYOPT,5,2,1
type,5
R,5,r1,0,
real,5
tshap,circ
n,100010,0,dy
en,100010,100010
TSHAP,PILO
En,100011,100010
et,6,CONTA172
KEYOPT,6,12,5
type,6
real,5
lsel,s,,,num+1,num+4
nsll,s,1
esurf
allsel,all

MU,7,0.8
mat,7
ET,7,TARGE169
type,7
real,7
r,7
RMODIF,7,13,0.0002
lsel,s,,,5,8
nsll,s,1
esurf
et,8,CONTA172
KEYOPT,8,4,2
KEYOPT,8,10,5
KEYOPT,8,2,3

type,8
real,7
lsel,s,,,num+5,num+8
nsll,s,1
esurf
allsel,all
/solu
CNVTOL,U,1,0.0001,2,
deltim,0.1,0.1,0.1
time,1
nlgeom,on
d,100000,ux
d,100000,uy,-0.1*dr
d,100000,rotz,0
d,100010,ux
d,100010,uy,0.0
d,100010,rotz,0
solve
deltim,0.005,0.005,0.005
time,2
d,100010,rotz,-1.0
DDELE,100000,ROTZ
outres,all,all
solve

[Цветочек]

Уважаемые друзья!
Спасибо за помощь, которую вы оказываете. Я поработала с предложенным скриптом, и обнаружила, конечно, что работает он очень быстро.
Когда я недавно писала о том, что в скрипте, опубликованном мной на форуме,возникает ошибка negative jacobian как раз в начале проворота, думала что это связано с моим стилем написания и образом мыслей. Я использовала следующие значения диаметров и толщин r=0.3, dr=0.02 верхний и r1=0.3, dr1=0.02 нижний цилиндры в предложенном скрипте. Также как и ранее возникает negative jacobian - опять же в начале проворота. С чем это связано пока не знаю. Появляется сообщение о непозволительно больших деформациях элемента и далее - ошибка negative jacobian. Буду признательна за советы и помощь. Спасибо большое!

[jack1987]

!

[Цветочек]

Здраствуйте, уважаемые господа, а особенно Zai!
если вы до сих пор посещаете форум не могли бы вы пояснить как должны распределяться скорости частиц катящегося колеса. Я получила некоторые результаты в Marc, но хотела бы понимать - почему так а не иначе - могу прислать картинку - http://files.mail.ru/H2YITE?t=1
Колесо сплошное резиновое несжимаемый материал - угловая скорость колеса 53.407 c^-1, твердый вал имеет скорость 34 с^-1, диаметры 1 метр, толщина резины 20 мм, внедрение 6 мм.
Не могу сообразить что должно быть со скоростью в зоне контакта.

[Zai]

Вас уже как год не было на форуме. Marc дстаточно редкая в использовании программа и была разработана для исследований столкновения космических спутников с препятствиями. Ваше вложенное в сообщение изображение как и всегда поражает своей физичностью. Если что-то движется с скоростью 24 метра в секунду, и уменьшается в толщине приблизительно в два раза, то скорость должна возрастать тоже приблизительно в два раза, что видно по Вашей максимальной скорости на изображении. Резина имеет достаточно низкую скорость звука и сказать что качение происходит на очень низких числах Маха нельзя. Несимметрия изообластей модуля скорости относительно вертикальной плоскости симметрии свидетельствует о значимом сопротивлении качению.

[Цветочек]

Дак надоела ж я вам годик назад! Очень рада видеть вас на форуме, всё это время я работаю над контактными задачами между двух валов - одним обрезиненным, а другим металлическим. Я очень хорошо помню как много вы растолковали мне год назад и как советовали: учись и учись. К несчастью умней я не стала, но настойчивость не потеряла.
Я знаю, что марк редкая штука - но мощная - тут есть технология стационарного качения, а у меня металлический вал прижимаясь к обрезиненному вращает его, ну и так далее. Я просто не могу въехать в теорию качения деформируемого колеса, например! Почему неожиданно именно в месте контакта скорость сильно увеличивается - возможно я думаю об этом как о твёрдом теле, а ведь у меня получается что слой сильно сжимается. Тогда наверное чтобы через более узкий зазор столько материала прошло ему приходиться увеличивать свою скорость.
Ну да ладно, вопрос у меня такой - обычно при качении коэффициенты трения очень малы. Если известно, что металлический вал давит на обрезиненный и заставляет его тоже вращаться - то означает ли это что здесь имеется не просто качение, а сцепление двух поверхностей - и соответственно коэффициент трения гораздо больше чем просто для качения?
(Знаю что для резин все коеффициенты трения гораздо больше чем для металлов)
Кстати не побрезгуйте посмотреть книженцию по прессованию бумажного полотна, так сказать мой учебник,
http://tehlib.com.ua/mashstroy/Novikov.djvu

[Denisiuskley]

Решаю задачу механики горных пород: массив, разбитый трещинами. Специализированные пакеты не вывозят большие задачи, поэтому решил сделать это в ансис. Трещины, соответственно, моделирую контакт-элементами. В итоге, столкнулся с проблемой заклинивания и проникновения элементов с возникновением больших напряжений. Также, в конечном итоге, хочу получить разрушение массива с выпадением элементов. Как сделать это? Насколько я понимаю - это задачи динамики?
Макрос выкладываю ниже


FINISH
/CLEAR,NOSTART
/CONFIG,NPROC,4
/UIS,MSGPOP,3
/NERR,1,10000,

a=60
h=50
B1=5
al=45
PI=4*ATAN(1.0)
bet=90-al+ATAN(h/a)*180/PI
X=SIN(bet*PI/180)*SQRT(a*a+h*h)
NUM=NINT(X/B1)-1
PRES=0.3
C=1
Fi=35
/PREP7

ET,1,plane42,,,2
ET,2,CONTA172
KEYOPT,2,2,3
KEYOPT,2,4,1
KEYOPT,2,5,4
KEYOPT,2,8,2
KEYOPT,2,9,1
KEYOPT,2,12,2
R,1,,,0.1 !FKN, FTOLN,ICONT,PINB
RMORE,-0.004,-0,,,,1 !PMAX,PMIN,TAUMAX, CNOF,FCOP,FKT
RMORE,C,,, ,, !COH
!RMORE,,,FACT, DC,STOL,
ET,3,TARGE169
TB,FRIC,1,,,ISO
TBDATA,1,TAN(Fi*3.14/180)
UIMP,2,EX, , ,3000,
UIMP,2,NUXY, , ,0.3,
UIMP,2,DENS, , ,0.022,
BLC4,0,0,a,h
BLC4,0,h/2,15,h/2
BLC4,a-22.5,h/2,22.5,h/2
BLC4,0,h/2,a,h/2
AOVLAP,ALL

WPLANE,,0,h
WPROTA, 0, 0, 90
WPROTA, 0, al,0

CSYS,4
*DO,i,1,NUM
ASEL,U,LOC,Z,-10000,0
WPOFFS, , ,B1,
ASBW,ALL,SEPO
*ENDDO

WPLANE,,0,0
WPROTA, 0, 0, 90
WPROTA, 0, al-90,0

ASEL,ALL
*DO,i,1,(NUM)
ASEL,U,LOC,Z,-10000,0
WPOFFS, , ,B1,
ASBW,ALL,SEPO
*ENDDO

ASEL,ALL
ESIZE,B1/3
MSHKEY,0
TYPE,1
AMESH,ALL
MPCHG, 2, ALL

WPLANE,,0,h
WPROTA, 0, 0, 90
WPROTA, 0, al,0
WPOFFS, , ,B1,

*DO,i,1,(NUM)
ASEL,S,LOC,Z,-B1,0
NSLA,S,1
NSEL,R,LOC,Z,0
REAL,i
TYPE,2
ESURF,,BOTTOM
ASEL,S,LOC,Z,0,B1
NSLA,S,1
NSEL,R,LOC,Z,0
TYPE,3
ESURF,,TOP
WPOFFS, , ,B1,
*ENDDO

WPLANE,,0,0
WPROTA, 0, 0, 90
WPROTA, 0, al-90,0
WPOFFS, , ,B1,

ASEL,ALL
*DO,i,1,(NUM)
ASEL,S,LOC,Z,-B1,0
NSLA,S,1
NSEL,R,LOC,Z,0
REAL,i+NUM
TYPE,2
ESURF,,BOTTOM
ASEL,S,LOC,Z,0,B1
NSLA,S,1
NSEL,R,LOC,Z,0
TYPE,3
ESURF,,TOP
WPOFFS, , ,B1,
*ENDDO

CSYS,0
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,A,LOC,X,a
D,ALL,UX,0
NSEL,S,LOC,Y,0
D,ALL,UY,0
ALLSEL,ALL
ACEL,0,1,0,
FINISH

/solu
nlgeom,on
nropt,unsym,,on
lnsrch,on
outres,all,all
pred,on
!CNVTOL,u,1,0.0001,2, ! определить сходимость по перемещениям, точность 0.01%, норма сходимости L2
!deltim,0.001,0.0001,0.01 ! шаг решения 0.1 - очень быстрое решение

TIME,1
SOLVE

!*GO,:END

NSEL,S,LOC,X,0,15
NSEL,R,LOC,Y,25,50
ESLN,S,1
EKILL,ALL
ALLSEL,ALL
TIME,2
SOLVE

/POST1

LCDEF,1,1,,
LCDEF,2,2,,
LCASE,2,
LCOPER,SUB,1, , ,

:END

[Zai]

Такое множество контактных границ я никогда не встречал. Если у Вас есть контактная пара, то она должна иметь уникальный номер real, а их у Вас что-то маловато. Альтернативным подходом к моделированию разрушения на контактных границах является задание элементов с малым пределом текучести. После расчета очередного шага опрашиваются все элементы, и если како-то элемент достиг критической деформации он может быть удален из расчета.

[Denisiuskley]

Вы правы, real я задаю системами контактных пар. На что влияет данное допущение? Решение с удалением элементов не подходит. Существуют определенные законы сдвига по системам трещин, которые в будущем я хочу зашивать в ансис и предложенный Вами вариант, мягко говоря, не будет соответствовать истине.

[Zai]

Подход с удалением элементов(связности) раньше был достаточно эффективен. Посмотрите http://e-strength.ru слайд 15 - Dynamic crack in thin wall pipe(1999г.) -только в Internet Explorer.

[Denisiuskley]

Спасибо за ссылку. Интересный пример. Такой подход применим для решения задач гидроразрыва пласта. В моем случае задача все-таки несколько иная. Меня интересует сдвижение горного массива по системам трещин. Представьте, к примеру, обрывистую скалу, разбитую системами трещин ( в частности, карьер). Необходимо посчитать возникающие деформации. Методы сплошных сред не дают проявиться полным деформациям. В частности, пластическая модель деформирования по системам трещин, реализованная у нас на кафедре и зашитая в ансис, также не позволяет развиться деформациям в полной мере (без использования контак элементов). Для решения подобных задач во все мире используется метод дискретных или раздельно-блочных элементов. У нас есть такой пакет. Но руки программистов, которые этот пакет разрабатывали, ростут не из того места, посему данная программа не поддерживает больших задач. Поэтому и хочу это решить в ансис, используя контак-элементы.

[Zai]

Задача у Вас действительно сложная. Такое количество контактов в модели вряд ли Ансис потянет. Попробуйте решить задачу о трех блоках на жестком горизонтальном основании с трением. Симметричная схема. Ваш квадратик сверху распирает две подложки. Действует только сила тяжести. В старых версиях Ансиса была проблема с силами трения покоя и начальной агдезией в контакте( например лестница при дествии только сил тяжести, приставленная к вертикальной стенке с трением всегда падала). У природных блоков нет таких острых окончаний как у Вас, поэтому в зоне схождения нескольких блоков их стоит подрезать, оставив пустоту. Тогда у Вас линии контакта не будут друг с другом пересекаться и решение будет лучше сходиться.

[Denisiuskley]

Спасибо за советы. Попробую применить это на практике. На самом деле это лишь тестовая задача. В конечном итоге нужно расчитать модель порядка 100 000 блоков. Учитывая несостоятельность ансиса в вопросах трения покоя, возможно, придется отказаться от этой идеи. Но буду пробовать. Спасибо!!!

[Bazizdeg]

Добрый день.

Я решаю задачу Эшелби. Простейший случай: всестороннее растяжение упругой изотропной пластины с упругим изотропным включением (другие константы материала) круглой формы. Конечно, включение и окружающий материал склеяны по границе. Обычно при решении такой задачи собственные деформации включения заменяются температурными деформациями с достаточно большим коэффициентом теплового расширения. Нужно зафиксировать перемещения границы между включением и окружающим материалом. Насколько я понимаю, тут можно обойтись без пошагового перестроения сетки. Однако у меня не получается добиться ненулевого перемещения границы. Буду благодарен за любые подсказки.