快速学会一项分析-接触垫片材料的NLSTAT分析-OS-T：1360
接触垫片的NLSTAT分析对于确保垫片的性能和可靠性至关重要。NLSTAT分析是一种非线性统计分析方法，它可以帮助工程师深入理解材料在不同条件下的行为，包括其在接触，极端温度、压力和化学环境下的响应。本教学案例演示了如何在OptiStruct中执行涉及垫片材料和接触的非线性隐式小位移分析。在开始之前，请将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录。http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-1360/gasket_model.zip图1 说明了本教程中使用的结构模型：一个1 mm厚的圆柱形垫圈，夹在两个同轴钢制圆柱管之间。如图所示，圆柱外筒外表面承受300 MPa的压力。使用对称边界条件，只对四分之一的几何结构进行了建模。垫圈通过触点连接到内筒和外筒。图1.模型和加载说明一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件1.启动HyperMesh。此时将打开User Profile对话框。2.选择OptiStruct然后单击OK。这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。二、打开模型1.单击File > Open > Model。2.选择保存到工作目录的gasket_model.hm文件。3.单击Open。 gasket_model.hm数据库被加载到当前的HyperMesh会话中，替换任何现有数据。三、设置模型3.1为Gasket Material创建曲线首先，定义垫片材料的加载-卸载曲线。1.在Model Browser中，右键单击并选择Create > Curve。此时将打开一个新的Curve editor窗口。2.对于Name ，输入load-curve。3.在X和Y字段中，输入步骤6 中表中显示的值。4.Close Curve Editor窗口。5.在Curves select表中，单击Color并从调色板中选择一种颜色。6.对于Card Image，从下拉菜单中选择TABLES1。有关垫片压力闭合定义的详细信息，请参阅Altair Simulation 2022.3 在线帮助。X Y0.0 0.00.005 200.00.05 450.00.135 700.00.22 820.00.287 830.0现在，可以创建卸载曲线。7. 使用以下X-Y数据创建名为unload-curve1 的卸载曲线：X Y0.08 0.00.12 140.00.135 700.08.接下来，使用以下X-Y数据创建名为unload-curve2 的第二条卸载曲线：X Y0.17 0.00.2 250.0 0.22 820.09.最后，使用以下X-Y数据创建名为unload-curve3 的第三条卸载曲线：X Y0.23 0.00.265 360.00.287 830.03.2创建Elasto-plastic Gasket Material需要定义垫片的薄膜行为。1.在Model Browser中，右键单击并选择> Create Material。2.对于Name ，输入gask_membrane。3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。4.对于Card Image，从下拉菜单中选择MAT1。5.对于E，输入2.0E+04，对于NU，输入0.2。接下来，您将定义垫片材料的非线性属性。6.创建另一个名为gask_nonlin的Material。7.对于Card Image ，选择MGASK。8.由于这是一种弹塑性垫片材料，因此对于垫片，将BEHAV字段保留为0。9.对于初始屈服压力，请将YPRS字段留空，以便求解器自动确定它。10.对于拉伸模量EPL，输入0.001。11.对于GPL以指定剪切模量，请输入2000。12.对于MGASK_TABLU_NUM，输入3 以指定# of unloading curves的字段。13.对于TABLD，请选择load-curve。14.单击 Data字段旁边的，然后选择以下选项：TABLU（1） unload-curve1TABLU（2） unload-curve2TABLU（3） unload-curve33.3创建Gasket属性1.在Model Browser中，右键单击并选择Create> Property。2.对于Name ，输入gasket_prop。3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。 4.对于Card Image，从下拉菜单中选择PGASK，然后单击Yes进行确认。5.对于Material ，单击Unspecified > Material。6.在Select Material对话框中，从Material列表中选择gask_nonlin，然后单击OK以完成选择。7.对于MID1，选择gask_membrane材料。8.对于STABMT字段，选择1 以定义一些稳定刚度。图2.9.接下来，将此属性分配给gasket component。点击Model Browser中的零部件GASKET。10.对于Property ，选择gasket_prop property 。3.4分配8节点垫片单元1.单击主菜单中的3D页面。2.点击elem types面板，然后点击2D和3D。3.单击elems，按collector type选择，然后选择GASKET component。 4.切换hex8 =，然后选择CGASK8 Element类型。5.单击update > return。3.5 查看并调整垫片Element的法向1.单击主菜单中的2D页面。2.点击composites面板。3.对于合成，请选择GASKET component，然后单击display normals。垫片单元的法向不在厚度方向上，而是在Z方向上，如下所示。图3.因此，调整法向需要沿厚度方向进行。4.仅显示GASKET component。5.单击by nodes on bottom face并选择GASKET component。6.要选择面节点，请点击nodes并在厚度方向上选择任何垫片单元的面上的三个节点，然后点击adjust normals。法向现在被调整为垫片的厚度方向，如下所示。图4.7.单击return返回主菜单。3.6 定义零件和垫片之间的接触现在需要定义顶部圆柱体底面的接触面。1.隐藏GASKET零部件，只显示SOLID1 零部件。2.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Set Segment。3.对于Name ，输入SOLID1_bottom。 4.单击Color并从调色板中选择一种颜色。5.对于Card Image，从下拉菜单中选择SURF。6.点击Elements和黄色的Elements面板。7.在模型视窗下，从选择菜单中选择add实体faces。8.单击elems >> displayed。9.单击face nodes，选择底面上的三个节点（即与垫圈接触的表面，如下所示），然后单击add。图5.10.单击return。11.接下来，隐藏SOLID1 零部件，只显示SOLID2 零部件。12.为接触垫片的SOLID2 零部件的顶面创建设置分段SOLID2_top。13.同样，重复这些步骤，并分别为GASKET零部件的顶面和底面创建GASKET_top段和GASKET_bottom段。现在，在顶部气缸和垫圈之间创建了一个界面。14.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Contact。15.对于Name ，输入SOLID1_GASKET。16.单击Color并从调色板中选择一种颜色。17.对于Card Image，从下拉菜单中选择CONTACT。18.对于Main Entity IDs，选择SOLID1_bottom表面。19.对于Secondary Entity IDs，选择GASKET_top表面。20.对于TYPE，从下拉菜单中选择STICK。 图6.接下来，在底部气缸和垫圈之间创建一个接触。21.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Contact。22.对于Name ，输入SOLID2_GASKET。23.单击Color并从调色板中选择一种颜色。24.对于Card Image，从下拉菜单中选择CONTACT。25.对于Main Entity IDs，选择SOLID2_top表面。26.对于Secondary Entity IDs，选择GASKET_bottom表面。27.对于TYPE，从下拉菜单中选择STICK。28.单击review查看界面。 图7.3.7定义非线性隐式参数1.在Model Browser中，右键单击并选择Create > Load Step Inputs。2.对于Name ，输入NLPARM。3.对于Config type ，选择Nonlinear Parameters。Type的默认值为NLPARM。4.对于NINC，输入1。 图8.NLPARM定义5.使用图8 中所示的值。有关非线性隐式参数的详细信息，请参阅在线帮助。3.8 创建NLSTAT Load Step1.在Model Browser中，右键单击并选择> Create Load Step。2.对于Name ，输入NLSTAT。3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。4.单击分析类型并选择Nonlinear static从下拉菜单中。5.对于SPC，从Load Collector列表中选择SPC。 6.对于LOAD，从Load Collector列表中选择LOAD。7.对于NLPARM，从Load Step Inputs列表中选择NLPARM。图9.3.9 定义输出控制参数1.在Analysis页面中，选择control cards。2.点击GLOBAL_OUTPUT_REQUEST。3.在CONTF、DISPLACEMENT、STRAIN和STRESS下，将Option设置为Yes。4.单击return两次以转到主菜单。四、提交作业1.在Analysis页面中，单击OptiStruct面板。 图10.访问OptiStruct面板2.单击save as。3.在Save As对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并在文件名中输入gasket_complete。对于OptiStruct求解器模型，建议使用.fem扩展名。4.单击Save。input file字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。5.将导出选项切换设置为all。6.将run options切换设置为analysis。7.将memory options切换设置为memory default。8.单击OptiStruct以启动OptiStruct作业。如果作业成功，则新的结果文件应位于写入gasket_complete.fem的目录中。gasket_complete.out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试输入模型。五、查看结果在HyperView中，绘制分析结束时的位移和接触压力云图。 图11.受载荷作用的气缸和垫片中的位移云图图12.垫片厚度云图方向压力 图13.接触压力云图 来源：TodayCAEer
