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联系人

在许多情况下,仿真域不仅包括单个实体,而且由多个部件组成。有效的仿真设置需要完全定义部件之间的所有关系。在本文中,我们将讨论联系人和界面。

固体力学中的触点

当两个物体拥有至少一个共同边界且边界受到一种关系(即没有相对运动)的约束时,就称它们是接触的。

In the case of structural simulations, the multiple parts in an assembly are discretized into multiple non-conforming mesh parts, i.e. the single bodies are meshed separately by the meshing algorithm and do not share the nodes lying on their contacting entities, thus they are not connected. In order to ensure the mechanical interaction between the parts, they have to be related via contact constraints, which create the proper coupling between the degrees of freedom.

自动接触检测

为了保证模拟域被正确约束,每当新的CAD组件分配给模拟时,将自动检测系统中的所有联系人(这也包括模拟创建)。默认情况下,将创建组件中的所有联系人保税联系人,用户可以稍后进行编辑。

接触检测也可以通过上下文菜单手动触发联系人节点中的“+按钮”

联系创建菜单
图1:创建新联系人,突出显示自动接触检测选项。

当接触者被检测到的时候联系人在仿真树中被锁定。接触检测所需的时间取决于几何形状的大小和复杂性,可能需要几秒钟到几分钟。接触树节点的加载指示灯亮表示接触检测正在进行。

混合选择

根据组件的大小和复杂性,创建的接触的数量可以变得相当大。一次编辑多个联系人的一个简单方法是通过批量选择。批量选择面板公开所有的联系方式选项,除了分配给用户进行编辑。

联系人可以选择批量通过Ctrl +点击和/或SHIFT +点击在联系人列表中或通过查看器上下文菜单中的选择选项筛选联系人。的按选择过滤触点选项返回基于当前选择的联系人。有以下几种选择方式:

  • 选中一个卷:所有包含所选卷上至少一个面的联系人将被选中。
  • 选择两个或多个卷:将选择包含至少两个所选卷上至少一个面的所有联系人。
  • 选中一个身体上的一个或多个面:所有至少包含一个所选面的联系人将被选中。
  • 选择多个卷的多个面:将选择包含至少两个卷中至少一个所选面的所有联系人。

触点类型

目前,有四种类型的接触约束可用:

保税联系人

粘接接触是一种接触类型,它允许两个连接的实体之间没有相对位移。这种类型的接触约束用于将一个组件的不同部分粘在一起。

您可以分配面或面集,这些面应通过下面的分配框绑定在一起选择面对.出于数字目的,您必须选择其中一个作为主选项,另一个作为从选项。在计算过程中,从节点的自由度被限制在主曲面上。

运行接触分析时,可以手动设置位置公差或关闭。位置公差定义了任何从节点与最近的主面部之间的距离。打开时,只有那些从属节点将被约束,这些点在主面部的定义范围内。当容差被设置为关闭时,所有从属节点都将绝对绑定到主表面。因此,如果使用较大的面部作为主设备,则一个从节点将被绑定到导致从表面中的人工刚度的多个主节点。

粘合联系安装面板
图2:可以分配位置公差,主表面和从表面的粘合触点设置面板。

请注意

如果选择较大的表面(或网格密度较高的表面)作为slave,计算时间将显著增加,也可能导致错误的解,特别是在没有提供具体的公差标准时。

滑动触点

滑动接触允许与接触面切向的位移,但没有沿法线方向的相对运动。这种接触约束用于模拟装配中的滑动运动,用于线性仿真。接触的两个面分为主面和从面。从面(从节点)中的每个节点都通过一个约束绑定到主面(主节点)中的一个节点。

您可以分配面或面集,应该通过下面的分配框绑定在一起选择面对.出于数字目的,您必须选择其中一个作为主选项,另一个作为从选项。在计算期间,从节点的自由度被约束到主表面,同时仅允许切向移动。

滑动触点安装面板
图3:滑动接触设置面板。

请注意

滑动接触是平面滑动界面的一种线性约束。因此,在接近滑动接触时不允许有大的位移和旋转。换句话说,这个约束不适用于非线性仿真。

循环对称接触

循环对称性约束使得能够仅造型360°周期性结构的一部分,并显着降低计算时间和存储器消耗。所需的设置包括循环对称的中心和轴以及扇区角度。主和从表面定义循环周期性边界。

需要明确地定义旋转轴和扇形角。的部门的角度必须用度数来表示。角度的范围从0°到180°,只有将360°除为整数的值有效。

轴由轴的起源轴方向.的定义轴方向部门的角度必须符合右手定则,这样它就定义了一个从从表面开始到主表面的旋转。有关图形示例,见下图:

循环对称接触板示例
图4:循环对称条件的说明,显示了旋转轴的原点、方向,以及根据右手法则的适当的从属曲面和主曲面。
循环对称接触的例子,导致了前视图
图5:导致VON MISES在部分(左)上的压力,并在Paraview中查看的完整360°模型(右)转换。

循环对称条件的效果是将主面部的变形映射到从面上,通过扇区旋转变换它们。这会产生循环效果,但不会在径向,切向和轴向方向上约束身体。必须添加适当的额外约束以防止刚体运动。

重要的信息

  • 由于所有从节点的自由度都受到循环对称连接的约束,在这些节点上添加额外的约束会导致系统的过约束。
  • 这是线性约束,因此在循环对称边界的附近允许没有大的旋转或大变形。
  • 循环对称条件只有在几何和载荷条件围绕旋转轴对称时才有效。

身体接触

物理(或“非线性”)接触使您能够计算装配的两个部分之间的实际接触交互作用。此外,它还允许计算同一部分不同面之间的自接触。与线性接触不同的是,这些面不只是通过线性关系连接,而是计算实际接触力。请点击这里为更多的细节。

冲突解决与优化

接触的两个表面被归类为奴隶.从表面(从节点)中的每个节点通过约束绑定到主表面(主节点)中的节点。

  1. 请注意一个面不能是多个联系定义的从属分配同时进行。这也适用于不同接触定义的表面之间的共享边和节点。
  2. 一般情况下,应选择两个周期边界中较精细的为奴隶.在循环对称的情况下,在大多数情况下,这并不重要,因为两个面都应该用几乎相同的单元尺寸网格化。
  3. 有一些通用规则可以帮助您决定选择哪些联系人面或集合作为主实体,哪些作为从实体。虽然这些规则并非严格适用于所有情况,但它们提供了一个良好的起点。选择作为奴隶实体,如果:
  • 它比对方相当小。
  • 与接触对的另一部分相比,它更弯曲。
  • 它属于更灵活的部分,特别是如果另一部分被限制在位移中。
  • 它的网孔比同类产品要细得多。

自动接触检测总是试图找到一个优化的解决方案,因此最好使用自动接触检测(图1),而不是手动约束系统。冲突的联系人在联系人列表中以警告图标标记。关于冲突类型和解决方法的更详细描述可以在联系人设置面板上找到。

在运行创建时将显示另一个关于剩余冲突的警告,以及用于检测系统中不足约束的额外检查。

如果冲突不能通过手动或自动接触检测解决,请考虑印记你的CAD几何形状。


共轭传热的界面

在CHT分析中,界面定义了两个接触区域(例如固体-固体或固体-流体)的共同边界之间的物理行为。

重要的

在CHT模拟中,所有接口都完全受到限制接口类型.因此,不允许为接口定义边界条件,因为这将过度约束模型。当一个接口被分配到一个边界条件时,当用户尝试启动一个模拟时,显示如下错误信息:

多个边界条件或接口定义错误
图6:在CHT模拟中定义接口边界条件时的错误消息

为了解决这个错误,用户需要从边界条件中取消分配接口。

此外,两个流区域之间的接口是不可能的,并且在运行模拟时将导致错误。

自动接口检测

创建新的CHT仿真时,将自动检测和填充所有可能的接口在模拟设置树中。接口将被分组并定义为加上热界面

如何修改具体接口?

可以通过实体选择来筛选单个或一组接口。选择需要为其选择存在于它们之间的所有接口的实体(面或卷)。

通过选择筛选CHT分析中的联系人的工作流程
图7:通过在查看器中选择一个或多个实体,可以单独或批量地选择特定的接口。通过选择过滤接口,可以更改接口设置。

筛选感兴趣的接口后,将打开一个窗口,其中包含用于接口类型对于所选的联系人。

过滤后的接口在联系人树中单独公开
图8:筛选器返回的所有接口将被批量选择,并在联系人树中单独公开。通过自定义它们的设置,各个接口将保持在树中公开。

在设置上与标准批量接口组不同的接口将在模拟设置树中单独暴露。

部分联系

一个界面总是被定义在两个相等的表面之间,这意味着这些表面必须有相同的面积和完全重叠。在接触检测后,平台还将对部分接触进行检查。如果检测到部分接触,平台将显示警告并建议印迹操作

部分接触的警告
图9:在共轭传热分析中自动接触检测后的部分接触警告

印模是SimScale中内置的一项点击操作,它将现有的面分割成更小的面,以确保接触面的完美重叠。建议执行压印操作,以确保准确的热转变建模的模拟。

默认情况下,任何检测到的部分接触将被定义为绝热界面,不参与热传导,除非另有规定。

接触检测错误

由于所有可能的接口都是自动检测到的,因此不再可能手动添加接口或更改特定接口的实体分配。如果没有自动检测到接口,SimScale将显示错误消息。

自动接触检测失败时出现错误消息
图10:如果当前分配的几何图形的自动接触检测失败,则不可能继续当前的模拟设置。调查您的CAD模型,并确保接触零件确实是在接触。

在这种情况下,不可能为该模拟创建网格或启动模拟运行。相反,需要调查CAD模型是否存在潜在的错误,从而阻止成功的接触检测。请通过电子邮件或者聊天,以防你遇到这个问题。

界面设置

接口类型

接口类型选项在接口处定义热交换条件。下面报告了接口可用的五种类型:

加上

耦合热界面模型是一种理想的界面传热模型。这是默认设置,以防接口不是由用户定义的。

绝热

在这种情况下,热能不能在跨界面的域之间交换。

总阻力

总阻力界面允许用户建模一个不完美匹配的界面(例如,由于表面粗糙度),减少了它的热交换。总电阻定义为:

$ $ R = \压裂{1}{K} = \压裂{1}{\压裂{\ kappa} {t}}{1} $ $ \标签

值得注意的是,接口区域出现在定义中。因此,必须仅为相关面部分配此选项。让我们假设正在模拟热交换器。固体沉积物对管壁上的影响仅被称为总阻力。第一次模拟证明热交换性能不足。因此,管的长度增加。如果根据管的新区域改变了总电阻,则新模拟将是正确的。

具体的电导

此接口类型与薄层电阻(下图)。只需要用户设置接口\(K\)的具体电导,定义为:

$$ k = \ frac {\ kappa} {t} \ tag {2} $$

厚度(t) (m)和热导率(kappa) ((frac {W}{mK}))。

例如,此选项可用于层厚可忽略或未知的界面,例如,一个散热器,其涂料的特定电导率可以代替其厚度和(\ (\kappa))。

薄层电阻

薄层电阻允许在两个界面区域之间用厚度(t)和导热系数(kappa)建模一个层。

例如,可以在芯片和散热器之间模拟热浆料,而不需要在几何形状中解析它。考虑到这些层的厚度比组件中的其他组件小,将薄层添加到几何形状并啮合,这是一个问题,这是一个问题,考虑到这些层的厚度是比组件中的其他组件小的两个或三个数量级。

CAD和网格要求

CHT模拟总是需要一个多区域网格。就网格而言,两个面之间的界面单元大小是相似的,这是基本的。根据经验,一个面上的细胞应该小于其他面细胞的1.5倍。下图显示了这个问题的一个示例。在左边的例子中,内部的细胞相对于外部的细胞来说太小了。在右边的例子中,界面上的细胞大小大致相同。

两个不同细度的啮合实例用于共轭传热分析。
图11:左:界面上的单元格大小不太匹配,无法确保稳健的模拟运行。右图:单元格大小非常匹配。这是在CHT分析中使用的预期多区域网格接口。

最后更新:2021年5月7日

下一步是什么

的部分:仿真设置

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