有限元分析中的接触和摩擦模拟(二)

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有限元分析中的接触和摩擦模拟(二)

2024-07-11 16:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

罚函数法是另一种施加接触约束的数值方法。其原理是一旦接触区域发生穿透,罚函数便夸大这种误差的影响,从而使系统的求解(满足力的平衡和位移的协调)无法正常实现。换言之,只有在约束条件满足之后,才能求解出有实际物理意义的结果。

用罚函数法施加接触约束的方法可以类比成在物体之间施加非线性弹簧所起的作用。该方法不增加未知量数从而增加系统矩阵带宽,数值上实施比较容易,在显示动力分析中被广泛应用。罚函数的缺点是,约束条件只能被近似的满足,界面上有少量的相互贯入产生,由于接触压力是假定与贯入量成正比的,因此算得的接触压力分布通常是振荡的。理论上讲,增大罚参数的数值可令计算精度提高,但在实际分析中罚函数的大小受到严格的限制,过大的罚参数将对系统的数值求解造成不良影响。一是罚参数愈大,显式解法时间步长的临界值降低得愈多,二是过大的罚参数可能使接触体的相对运动发生虚假的反向,从而使求解过程不稳定。

罚函数法的数值实现相对简洁,因此得到了最广泛的应用。如果罚参数的取值合理,多数情况下罚函数法能够提供健壮稳定的求解。但是对于由变形驱动的接触过程,拉氏乘子法通常能给出更精确更稳定的数值结果。



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