Nastran 接触选项

本页面介绍默认接触定义或明确定义的接触对的可用选项。不存在与常规接触设置相关联的特定于 Nastran 的选项。

可通过以下方式之一访问特定于 Nastran 的接触选项：

• 双击浏览器中的“接触(默认:___)”标题（树视图），或在此标题上单击鼠标右键，然后从关联菜单中选择“编辑设置”。紧接着，从位于“接触选项”对话框顶部的下拉菜单中选择“Nastran 接触 (CONTACTGENERATE) 选项”。当访问默认接触声明的 Nastran 接触设置时，只能使用“常规”选项卡。（请参见本页的“‘常规’选项卡”部分。）

  此处指定的选项和值将输出到 Nastran 平台作为 CONTACTGENERATE 卡的参数。

• 双击浏览器中的某一明确定义的接触对标题，或在标题上单击鼠标右键，然后从关联菜单中选择“编辑设置”。紧接着，从位于“接触选项”对话框顶部的下拉菜单中选择“Nastran 接触 (BSCONP) 选项”。当从明确定义的接触对访问 Nastran 接触设置时，“常规”和“高级”选项卡均可用。（请参见本页面的“‘常规’选项卡”和“‘高级’选项卡”部分。）

  此处指定的选项和值将输出到 Nastran 平台作为 BSCONP 卡的参数。

“接触选项”对话框中的“常规”和“高级”选项卡内特定于 Nastran 的设置对所有分析和接触类型都包含相同的参数。将在本页面上详细介绍这些选项卡的内容。无论在何种情况下，列出的参数均保持不变，但是不适用于当前分析或接触类型的选项和输入字段将处于非活动状态。

还存在另一种选项卡仅适用于非线性静态应力分析，即“焊接损伤模型”选项卡。要查看“焊接损伤模型”选项，请参考“非线性分析”分支内的 Nastran 焊接失效确定 页。

接触表面表示方法

定义接触对时选择表面或部件的顺序在某些情况下十分重要。在 Simulation Mechanical 中，所选的第一个部件/表面是主部件/表面。所选的第二个部件/表面是次部件/表面。可在创建接触对后反转顺序，方法是在浏览器中的接触对标题上单击鼠标右键，并选择“翻转主要和次要”。

在 Autodesk Nastran 中，术语主和从属分别相当于 Simulation Mechanical 术语主和次。接触对中列出的第一个部件/表面相当于主要部件/表面，而第二个部件/表面相当于从属部件/表面。

通过合并节点实现接触

注意： 当同时满足以下两个条件时，将忽略特定于 Nastran 的接触选项：

• 在浏览器中（按默认或明确定义的接触对级别）指定“粘合”接触，并
• 生成匹配网格

在这些条件下，两个部件相交处的重合节点将合并在一起，而且特定于 Nastran 的接触选项不会影响模拟结果。部件交互通过合并的节点（而非 Nastran 平台中的 CONTACTGENERATE 卡或 BSCONP 卡）进行处理。

“常规”选项卡

接触类型：特定于 Nastran 的可用接触类型依赖于浏览器中指定的分析类型和基本接触类型（“粘合”、“焊接”或“表面”）。下面列出了所有可能的接触类型，不过仅适用于当前分析的接触类型和基本接触类型可供选择：

• 当浏览器中指定的基本 Simulation Mechanical 接触类型为“粘合”或“焊接”时，以下 Nastran 接触类型可用。可以看到哪些特定选项取决于您是为默认接触类型编辑设置，还是为明确定义的接触对编辑设置：
  • 焊接(对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。主表面上的所有节点将连接到其所接触的从属表面上的单元面周围的节点（但受“最大激活距离”参数的限制）。此外，从属表面上的所有节点将连接到其所接触的主表面上的单元面周围的节点。与不对称变体相比，此类型的接触将在部件间建立更多的连接。
  • 焊接(不对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。主表面上的所有节点将连接到其所接触的从属表面上的单元面周围的节点（但受“最大激活距离”参数的限制）。
  • 焊接：此选项适用于默认接触定义（CONTACTGENERATE 卡）。因为主表面和从属表面对于默认接触定义而言未知，所以将生成所有可能的接触单元（从属到主和主到从属）。此设置等效于 BSCONP 卡的“焊接(对称)”选项。
  • 偏移焊接(对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。主表面上的所有节点将连接到其所粘合到的从属表面上的单元面周围的节点（但受“最大激活距离”参数的限制）。此外，从属表面上的所有节点将连接到其所粘合到的主表面上单元面周围的节点。“偏移焊接(对称)”接触提供与前面介绍的“焊接(对称)”选项相同的连接类型，唯一区别在于前者在 CAD 模型中支持不接触的表面。您必须指定“穿透表面偏移”，用于定义彼此粘合在一起的表面之间的距离。例如，如果要将壳单元连接到另一部件，则需要使用此类型的接触。假设在单元所表示的厚度的中间面上绘制壳单元部件的 CAD 表面，这是合适的技术。因此，相邻块体部件将按壳单元厚度的一半从壳单元中分离。
  • 偏移焊接(不对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。主表面上的所有节点将连接到其所粘合到的从属表面上的单元面周围的节点（但受“最大激活距离”参数的限制）。“偏移焊接(不对称)”接触提供与前面介绍的“焊接(不对称)”选项相同的连接类型，唯一区别在于前者在 CAD 模型中支持不接触的表面。您必须指定“穿透表面偏移”，用于定义彼此粘合在一起的表面之间的距离。
  • 偏移焊接：此选项适用于默认接触定义（CONTACTGENERATE 卡）。因为主表面和从属表面对于默认接触定义而言未知，所以将生成所有可能的接触单元（从属到主和主到从属）。此设置等效于 BSCONP 卡的“偏移焊接(对称)”选项。
  注： 请勿混淆两个不同上下文中的术语焊接接触：
  • Nastran 求解器：对于 Nastran 求解，术语焊接接触相当于 Simulation Mechanical 中的粘合接触或智能粘合。
  • SimMech 求解器：对于使用原生 Simulation Mechanical 求解器运行的求解，焊接接触的含义是完全不同的。沿接触表面边缘的节点的行为与选中“粘合”选项时的行为相同。而沿这些表面内部的节点的行为与选中“自由/无接触”选项时的行为相同。如果在部件接口周界附近添加了焊接焊道，此接触类型将模拟两个部件之间的连接。载荷将仅通过周界焊接从一个部件传递到另一个部件。内部表面节点将彼此自由分离甚至相互穿透。

  由于使用 Nastran 求解器运行模拟时基本“粘合”和“焊接”Simulation Mechanical 接触设置产生相同的结果，因此假设在这两种情况中使用相同的特定于 Nastran 的选项。默认情况下，SimMech 粘合接触和焊接接触都映射到 Nastran 焊接接触。

• 当浏览器中指定的基本 Simulation Mechanical 接触类型为“表面”时，以下 Nastran 接触类型可用。可以看到哪些特定选项取决于您是为默认接触类型编辑设置，还是为明确定义的接触对编辑设置：
  • 常规(对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。在 CAD 模型中，表面最初不必接触。从属表面上的节点无法穿透主表面上的单元面。此外，主表面上的节点也无法穿透从属表面上的单元面。
  • 常规(不对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。在 CAD 模型中，表面最初不必接触。从属表面上的节点无法穿透主表面上的单元面。但是，不对称接触不会阻止主表面上的节点沿着从属表面穿透单元的面。表面既可以自由分离，也可以相互滑动。
  • 常规：此选项适用于默认接触定义（CONTACTGENERATE 卡）。因为主表面和从属表面对于默认接触定义而言未知，所以将检测所有可能的接触（从属到主和主到从属）。此设置等效于 BSCONP 卡的“常规(对称)”选项。
• 当浏览器中指定的基本 Simulation Mechanical 接触类型为“滑动/无分离”时，以下 Nastran 接触类型可用。可以看到哪些特定选项取决于您是为默认接触类型编辑设置，还是为明确定义的接触对编辑设置：
  • 滑动(对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。在 CAD 模型中，表面最初不必接触。从属表面上的节点既无法穿透主表面上的单元面，也无法从其中分离。将在主表面上的节点和从属表面上的单元面之间施加相同的接触行为。
  • 滑动(不对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。在 CAD 模型中，表面最初不必接触。从属表面上的节点既无法穿透主表面上的单元面，也无法从其中分离。但是，不对称接触既不会阻止主表面上的节点穿透沿从属表面的单元的面，也不会阻止此类节点与这些单元的面分离。
  • 滑动：此选项适用于默认接触定义（CONTACTGENERATE 卡）。因为主表面和从属表面对于默认接触定义而言未知，所以将检测所有可能的接触（从属到主和主到从属）。此设置等效于 BSCONP 卡的“滑动(对称)”选项。
• 当浏览器中指定的基本 Simulation Mechanical 接触类型为“滑动/无分离”时，以下 Nastran 接触类型可用。可以看到哪些特定选项取决于您是为默认接触类型编辑设置，还是为明确定义的接触对编辑设置：
  • 粗糙(对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。在 CAD 模型中，表面最初不必接触。从属表面上的节点既无法穿透主表面上的单元面，也无法沿着它们滑动。不过，从属节点可以从主表面分离。将在主表面上的节点和从属表面上的单元面之间施加相同的接触行为。
  • 粗糙(不对称)：此选项适用于明确定义的接触对（BSCONP 卡）。在 CAD 模型中，表面最初不必接触。从属表面上的节点既无法穿透主表面上的单元面，也无法沿着它们滑动。但是，不对称接触不会阻止主表面上的节点相对于沿从属表面的单元的面进行穿透或滑动。
  • 粗糙：此选项适用于默认接触定义（CONTACTGENERATE 卡）。因为主表面和从属表面对于默认接触定义而言未知，所以将检测所有可能的接触（从属到主和主到从属）。此设置等效于 BSCONP 卡的“粗糙(对称)”选项。

刚度系数：（Nastran SFACT 参数；实数 > 0.0；默认值 = 1.0）– 用于缩放自动确定的损失值的刚度比例因子。当遇到收敛问题时，建议使用小于 1 的比例因子。当出现过度穿透时，请使用大于 1 的值。要偏离默认行为，请激活相应复选框，然后在输入字段中输入适当的浮点值。

摩擦系数：（Nastran MU 参数；实数 ≥ 0.0；默认值 = 0.0）。– 此选项适用于常规表面接触。激活相应复选框，并在输入字段中指定适当的静摩擦系数以静磨擦力包含在接触求解中。如果取消激活该复选框，则表面接触无摩擦。

穿透表面偏移：（Nastran W0 参数；实数；默认值 = 0.0）- 此选项适用于“偏移焊接”和“常规”表面接触类型。默认情况下，接触平面是主表面单元的面，并且可以在从属节点接触该平面时检测到接触。对于对称接触类型，还可以在主节点接触从属表面上的单元的面时检测到接触。正 W0 值表示在垂直于单元面的方向上偏移接触平面。此偏移结果导致在某一部件上的节点位于或穿透另一部件的偏移平面时出现接触条件。也就是说，接触出现在距实际单元面的指定距离处。例如，如果要在壳单元与其他部件之间进行适当的交互，可使用此参数。假设在单元所表示的厚度的中间面上绘制壳单元部件的 CAD 表面，这是合适的技术。因此，相邻块体部件将按壳单元厚度的一半从壳单元中分离。如果按壳厚度的一半来偏移接触平面，将导致部件交互出现在网格间的正确距离处。

最大激活距离：（Nastran MAXAD 参数；实数 ≥ 0.0；默认值 = AUTO）– 此参数适用于所有接触类型，但其对于“偏移焊接”和“常规”表面接触特别有用。通常，程序会根据多个模型特征和参数计算默认 MAXAD 值。若要在预计几乎不发生滑动的情况下实现最佳性能，建议使用 AUTO 设置（选项已取消激活）。如果预计出现显著滑动，或者如果接触表面最初就已分离，请激活此选项并在输入字段中指定合适的距离。仅当主节点与从属节点之间的距离小于指定距离时，才考虑潜在的接触情形。

最大允许穿透：（Nastran TMAX 参数；实数 ≥ 0.0； 默认值 = 0.0）– 此参数是调整垂直于接触平面的损失值时所使用的最大允许穿透。正值将激活损失值调整。如果 TMAX ≠ 0.0，则选择基于位移的刚度更新方法。用户指定的值用于定义从属节点到主表面的允许穿透。建议 TMAX 值的范围为板的单元厚度或已连接到接触单元的其他单元相同厚度的 1% 到 10%。如果此选项保持禁用状态，程序将根据模型特征和其他参数确定何时调整损失值。

连杆摩擦刚度：（Nastran FSTIF 参数；实数 ≥ 0.0；默认值视模型而定）– 激活此选项以提供用户指定的摩擦刚度。应谨慎选择 FSTIF 值。选择值的一种方法是，用预期摩擦强度（MU * 预期法向力）除以发生滑动之前的相对位移的合理值。较大的刚度值可能会导致较差的收敛，而值过小可能会降低精确度。

“高级”选项卡

最大允许调整率：（Nastran MAR 参数；实数 ≥ 1.0； 默认值 = 100.0）– MAR 是自适应损失值 K 和 FSTIF 的最大允许调整率。Nastran TRMIN 参数用于调整损失值并为允许穿透定义下限（计算公式为 TRMIN * TMAX）。如果穿透低于下限，损失值将减小。

最大允许穿透比例：（Nastran TRMIN 参数；0.0 ≤ 实数 ≤ 1.0；默认值 = 0.001）– 此参数是 TMAX 参数的分数，并定义允许穿透的下限。

最大径向激活距离：（Nastran MAXRAD 参数；实数 ≥ 0.0；默认值 = 0.0）– MAXRAD 和 MAXNAD 是 MAXAD 的替代项。如果上述任一参数设置为非零值，将忽略 MAXAD，而改用 MAXRAD 和/或 MAXNAD。如果指定了 MAXRAD，则仅当从任一接触表面主节点到潜在从属节点的单元平面内距离小于 (1.0E-5) * l₁₃ + MAXRAD 时才生成单元，其中 l₁₃ 表示接触表面上节点 1 到节点 3 的距离。

最大法向激活距离：（Nastran MAXNAD 参数；实数 ≥ 0.0；默认值 = 0.0）– MAXRAD 和 MAXNAD 是 MAXAD 的替代项。如果上述任一参数设置为非零值，将忽略 MAXAD，而改用 MAXRAD 和/或 MAXNAD。如果指定了 MAXNAD，则仅当从任一接触表面主节点到潜在从属节点的单元法向距离小于 MAXNAD 时才生成单元。

最大允许滑移：（Nastran SMAX 参数；实数 ≥ 0.0；默认值 = 0.0）– 调整平行于接触平面的损失值 (FSTIF) 时所使用的最大允许滑移。正值将激活损失值调整。如果 SMAX ≠ 0.0，则选择基于位移的更新方法。将内部调整 FSTIF 值以实现指定的 SMAX 位移。如果 SMAX = 0.0（默认值），则使用基于近似刚度的更新方法。

接触热导率：（NASTRAN CTC 参数；实数 ≥ 0.0；默认值 = ∞）– 此参数仅适用于热传递分析。CTC 定义为 q/ΔT，其中 ΔT 是从属节点和平均主节点之间的温度变化，q 是通过接触表面的热通量。

“焊接损伤模型”选项卡

此选项卡仅适用于“ 非线性 材料模型静态应力”分析中明确定义的接触对。此外，仅当浏览器中定义的基本接触类型为“粘合”或“焊接”时，该选项卡才适用。

有关“焊接损伤模型”选项卡中参数的详细信息，请参见“非线性分析”分支中的 Nastran 焊接失效确定 页。