3DEXPERIENCE SIMULIA 接触交互仿真介绍

在 3DEXPERIENCE SIMULIA 中评估接触交互是设计流程至关重要的一环，因为接触交互决定零部件在现实工况下的全部力学行为。通过仿真，工程师能够观察刚度变化、载荷路径演变，以及零部件发生接触与脱离过程中的应力集中现象。

想要精准复现真实工况，必须准确定义系统模型以及各个零部件之间的相互作用关系。

3DEXPERIENCE SIMULIA 中接触交互的定义

接触交互是装配体或机构内部零部件相互接触时产生的力学作用。接触问题本质上具备非线性特征，在开展多实体零件或装配体性能仿真时，精准捕捉接触行为尤为关键。

若忽略接触条件，仿真结果容易出现零部件刚度过大、应力偏低，或是难以预判的失效风险。依托 3DEXPERIENCE 平台内不同仿真工具，可通过多种方式定义接触交互。

• 绑定连接（Tie Connection）：适用于焊接或粘接区域，接触面之间不允许产生相对位移。

• 无摩擦接触（Frictionless Contact）：模拟光滑接触面，允许接触面无阻力滑移。

• 摩擦接触（Frictional Contact）：由用户自定义摩擦系数，模拟真实载荷传递以及潜在的粘滑现象。

• 分离与过盈接触（Separation and/or Overclosure）：接触面可相互分离，也可相互嵌入形成紧密贴合或过盈配合。

交互属性定义

线性结构工况创建应用搭载于 SOLIDWORKS 仿真设计版与结构工程师角色模块，支持用户定义交互属性，明确接触面之间的力学行为。

3DEXPERIENCE 仿真环境下接触交互定义界面示意图

该功能能够有效助力工程师安全落地全新设计方案。

交互属性对话框包含如下设置项：

• 穿透阻力：包含硬接触、软接触以及用户自定义接触模型。软件默认采用硬接触，用户可按需修改默认配置。

• 摩擦模型：提供两种摩擦模型 —— 粗糙摩擦与库仑摩擦，可在接触属性定义中表征摩擦行为。

• 可定义接触面阻尼特性，或是表征粘接刚度的内聚行为。如需模拟界面脱粘等损伤行为，能够同时定义损伤起始准则与损伤演化规律。

接触属性定义

SOLIDWORKS 仿真分析师版、结构性能工程师、耐久与力学工程师角色模块提供独立的接触属性设置窗口。

接触属性设置流程示意图

可定义切向行为覆盖项，在多载荷步仿真中覆盖原有接触属性，修改切向力学参数。该功能适用于通用静力学、准静态以及隐式动力学分析步。

通用接触定义

定义接触属性之后，可创建通用接触。通用接触属于全局交互属性，为有限元模型内所有接触面设置默认接触行为。也可创建自定义接触属性，并指派至通用接触定义中。

通用接触窗口参数选项示意图

建议根据接触面实际工况选用最合适的接触模型。可按需定义基于面接触、面对面接触，同时支持自接触条件设置。

其他接触相关工具

3DEXPERIENCE SIMULIA 配备一系列用于接触定义的辅助工具。

接触初始化

接触初始化功能支持用户设定仿真过程中初始微小间隙与初始过盈量的处理规则。

接触初始化对话框参数示意图

接触干涉

接触干涉功能管控面接触仿真中初始相互嵌入的接触面处理方式。

接触干涉创建对话框示意图

接触控制

接触控制可设置稳定化系数，针对具备大量复杂接触面的模型，在控制求解成本的前提下获得有效计算结果。

接触控制内稳定化模型示意图

接触稳定化用于静力学分析中，在接触闭合、摩擦约束生效前抑制刚体位移。启用稳定化功能后，法向与切向都会引入阻尼作用。

箭头头部接触交互算例

举例说明：箭头头部穿过固定墙体下方的开孔；模型施加 X 方向 7 毫米强制位移。箭头穿过墙体开孔并产生挠曲变形后回弹至稳定位置。

箭头头部穿过开孔示意图

算例启用通用接触，并指派摩擦系数 0.1 的自定义接触属性表征切向作用；软件可在工况持续变化时，自动处理不同主导接触面之间的切换。

通过云图分析接触交互

仿真计算完成后，如需可视化接触结果，可创建历程曲线分析各类接触能量输出变量。下方二维接触曲线展示箭头插入墙体并回弹至最终位置过程中各项能量输出变化。

箭头仿真接触曲线示意图

接触压力云图可分析接触约束法向受力变化，以及接触面相对运动带来的相互作用规律。

接触压力云图示意图

在样机投产之前，借助仿真输出结果掌握接触交互演化规律，以此优化产品性能。

3DEXPERIENCE 仿真平台优势

依托 3DEXPERIENCE SIMULIA 可求解复杂工程问题。云端求解器突破传统本地硬件算力限制，将计算任务上移云端，缩短求解时长，帮助工程师获得更深入的设计研判依据。

高精度仿真不再是高端仿真软件的专属能力。3DEXPERIENCE SIMULIA 可与现有的 SOLIDWORKS 仿真模块互补，提供更深层次的设计分析手段。

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