间隙单元是在三维空间中构建的双节点单元。此单元类型仅适用于线性材料模型的静态应力分析。
三维空间中指定的两个端节点将定义间隙单元。系统仅计算每个单元的单元轴向力,且根据设置仅生成压缩力或拉伸力。不会为间隙单元定义基于单元的载荷。
压缩间隙在间隙闭合之前不会激活;拉伸间隙在间隙打开之前不激活。因此,由于条件的不确定,有限元模型与间隙单元关联的结构行为始终是非线性行为。间隙是处于闭合还是打开状态,均无法提前得知。迭代求解方法可用于确定间隙单元的状态(打开或关闭)。
由于分析为线性分析且使用小变形理论,因此仅考虑原始间隙单元方向上的运动。侧向运动不影响间隙单元的状态。
通常,间隙单元有三大应用。从单元输入来看,每一应用均有各自的特征。这些内容简要概括如下:
应用类型 | 单元方向 | 输入单元刚度 |
---|---|---|
结构边界的刚性支撑,用于计算支撑反作用力 | 单元必须与整体 X、Y 或 Z 轴对齐 | 比结构中的其他法向刚度大三到四个数值阶次 |
空间中结构的两个面之间的界面单元 | 可在任何方向上定义单元 | 与结构中其他法向刚度的数值阶次相同 |
结构底座与地基之间的弹簧 | 可在任何方向上定义单元 | 从地基土壤计算得出的实际弹簧常数 |
避免间隙单元过度坚硬(弹簧刚度较大),以致无法与全局坐标系对齐。这种单元将较大的非对角值引入结构刚度矩阵,导致难以求解。得出的解也有可能不准确。对于应用类型 (1) 中使用的刚性间隙单元来说,提供的弹簧刚度(比结构中的其他法向刚度大三到四个数值阶次)已足够。
如果使用间隙单元,请先在“单元定义”对话框的“类型”下拉菜单中,为部件选择要使用的间隙单元类型。其中提供以下选项:
类型 | 间隙单元行为 |
---|---|
含间隙压缩 | 仅当节点朝彼此移动相当于间隙单元原始长度的距离时,单元才会传递压缩载荷。部件之间计算得出的间隙等于在部件之间绘制的间隙。 |
含间隙拉伸 | 仅当节点朝彼此移动相当于间隙单元原始长度的距离时,单元才会传递拉伸载荷。(请将此类单元视为具有从动节点的钢丝或环链。如果钢丝或环链拉伸到原始长度的两倍,则传递拉伸载荷。) |
无间隙压缩 | 只要节点朝彼此运动,则单元传递压缩载荷。由于定义间隙单元的直线长度不能为 0,因此模型中的部件之间必须存在物理间隙。此类接触单元可补偿建模间隙。 |
无间隙拉伸 | 只要节点朝彼此反向运动,则单元传递拉伸载荷。 |
下一步是在“刚度”字段中定义间隙单元的刚度。有关刚度准则,请参见上一段“间隙单元定义”中的表。
复制真实弹簧(拉伸或压缩)或链状排列(仅拉伸)时,请输入已知刚度。杆或导线的刚度 (k) 可通过以下公式计算得出:k=A*E/L。其中,A 为横截面面积,E 是弹性模量,L 是杆的长度。复制部件间接触时,需要刚性刚度。与材料模量数值阶次相同的刚度便已足够。即便两个值使用不同的单位(力/长度和力/长度的平方)时,也是如此。计算刚度的另一种方法是使用刚度的定义:k = F/Δ。其中 F 是通过单元传递的力,Δ 则是单元中的压缩或延伸度。您可根据模型选择合理的 Δ。如果可以估计接触力,则可计算出所需的刚度。
有关间隙和表面接触单元共有的附加信息,请参见执行间隙单元分析。