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详解GAP单元

2022-04-18 379

Gap单元是用来模拟接触的三维间隙(Gap)单元,在未接触区,它不影响分析对象的运动状态,在接触区域,Gap单元的法向刚度将变得足够大以阻止接触体相互侵入,类似弹簧作用。为了表示接触面上节点的位移和接触力的关系,建立如图所示的局部坐标系, Gap单元由GA、GB两点构成,其载荷-位移关系可由接触面的法向分量和切向分量来描述。

图1 Gap单元坐标系

定义Gap单元主要由以下几个参数组成:初始开度U0,发生接触时的法向刚度KA和切向刚度KT,接触分离时的法向刚度KB(一般KB=10e-14KA),静摩擦系数MU1和动摩擦系数MU2。

对于法向分量,Gap单元载荷-位移的力学特性分为线性分析与非线性分析,在线性分析中,法向刚度为常数,其大小取决于初始开度U0,如图2所示,在非线性分析中,Gap单元的力学特性如图3所示,当接触点位移差UA-UB不大于时U0时,发生接触,接触法向刚度为KA,当接触分离时,接触法向刚度为KB。

图2 Gap单元的载荷-位移曲线(线性分析)

图3 Gap单元的载荷-位移曲线(非线性分析)


我们首先要在hypermesh的optistruct模块中创建GAP单元,创建完GAP单元后,我们需要给GAP单元赋予属性,但不需要赋予材料。

GAP单元所使用的属性为PGAP,主要的参数都在其中设置,PGAP在optistruct中的参数设置如下图所示。



PGAP卡片中的各项参数的详细解释如下所示。


U0的含义是初始间隙打开,但如果不想考虑两个部件之间的初始间隙,那就不需要设置U0这一项;F0的含义是预加载,但在线性分析的过程中不需要考虑这一项;KA代表单元闭合间隙的轴向刚度,可以选择系统提供的软、硬或者自动,同时还可以自己手动定义刚度值;KB代表单元开口间隙的轴向刚度,如果在前面U0这一项设置了没有初始间隙,则不需要设置KB这一项;KT代表单元闭合间隙的横向刚度,可以选择系统自动匹配的刚度或者自己手动设定刚度;MU1代表静摩擦系数;MU2代表动摩擦系数;其他的参数不需要进行设置。

GAP单元的创建需要节点对节点的创建,在建模完成后,可以替代我们通常设置的滑动接触。从而将一个含接触的非线性计算模型转换成一个线性的计算模型,提高计算效率。