运动接触最佳实践

创建运动接触和编辑默认设置的指南。

选择运动接触的默认设置以满足典型应用场合的需要。以下最佳实践是实用指南，供您参考。

常规

  1. 尽可能使用铰接和固定约束，而不是运动接触。前者更加高效，且能够保存仿真时间。仅在需要时使用运动接触。
  2. 切勿定义超出实际需求的运动接触。
  3. 在运行运动分析后记得保存模型，以保留分析结果。
  4. 请注意，如果结果看起来不平滑，部分原因可能是因为接触中的几何体采用了基于网格的表现形式。您可以从“属性编辑器”中逐一更改每个零件的网格分辨率。零件的“运动接触”类别具有手动指定分辨率的选项（极低、低、中、高、极高）。较高的分辨率往往会产生更平滑的结果，但可能需要更长的时间划分网格或分析。

几何

  1. 避免零件几何体中出现锐边。使用“倒角”工具，并使几何体的边保持平滑。
  2. 如果可能，使用“分割”工具将几何体分成若干个小（较小）的区域，并使用分割物来定义运动接触。（应该优化网格化时间。）
  3. 避免一个零件无意中与另一个零件发生摩擦或刮擦，例如两个重合的面或两个共轴的曲面。如果两个零件之间的接触方式不符合预期，则使用“推/拉”工具在零件之间添加间隙。
  4. 在可能的情况下，请考虑使用原始几何体（例如实心球体、椭圆体、圆柱体或平截头体），这样将以分析形式而非网格化求解几何接触检测。
  5. 限制：对于分析圆柱到框的接触，当前不支持框的边或顶点到圆柱平面侧之间的接触。您可能会发现网格化的解决方案更适合此类应用。

间歇性接触

如果模型中有一个或多个间歇性接触（例如弹跳球），则最好在“属性编辑器”中启用针对运动接触的“精确接触事件”选项。这可以确保接触没有丢失或穿透不会太深。对于接触仿真，1e-4 作为最大步长是一个非常合适的初始设置。
注： 要获得改进/收敛结果，您可以尝试：
  • 将最“大积分阶次”从 5（默认）降至 2。积分阶次为 2 时会提高运动分析的稳定性，但会影响精度。与之相反，高阶次会提高精度，但会降低稳定性，并可能导致收敛失败。
  • 通过将“积分容差”从 1e-3（默认）降至 1e-4 或更低来提升精度。
  • 减少“运动接触”属性上的“公差”值（用于“精确接触事件”）和“新步长”值（用于“优化步长”）。

持续接触

当模型存在持续接触时，您可能需要考虑使用“在…处计算力”选项。您有两个选择：单元中心和节点。单元中心选项是默认选项，通常更快一些。使用节点选项的一些优点包括：

  • 法线方向更准确，特别是对于深度穿透。
  • 更好地处理锐边和角接触。
  • 更好地细化粗糙网格（运动接触分辨率）
  • 使用节点而非单元中心时，可以更早地进行冲突检测。
  • 更准确地计算穿透深度、穿透速度和接触面积。

模型单位

  1. 记下您正在使用的模型单位（例如 MKS 或 MMKS）。模型单位设置位于：文件 > 偏好设置 > Inspire > Units。由于单位敏感性，将 MKS 与 MMKS 进行比较时，结果存在运行状态差异。
  2. 模型单位的选择也会影响运动接触求解的稳定性。选择另一组可能有助于稳定初始静力学和/或瞬态求解。毫米是一个非常适合小型零件（如门闩）的长度单位。
  3. 使用除厘米（长度单位）和牛顿（力单位）之外的其他单位时，冲击模型的默认刚度 (K) 将会根据所使用的指数为您自动进行调整。以下示例显示了如何计算刚度（单位：N/m）：

    接触力 F = K*ze，其中 z 代表穿透，e 代表指数

    假设 K = 1000 N/mm 且 e = 2.1

    那么，力 F = 1000 * z2.1 N

    如果采用 SI 单位定义模型，那么生成相同力的新刚度应通过以下计算得出：

    F = 1000 * z2.1 = K * (z ÷ 1000)2.1

    ∴ K = 1000 * (1000)2.1 = 1.9953E9 N/m

摩擦

  1. 使用在“属性编辑器”中已禁用的接触摩擦开始建模。仅使用法向力（合理的穿透和法向力值）成功进行仿真后，启用接触摩擦。
  2. 对于静摩擦转变速度和摩擦转变速度的参数，切勿使用太小的值。太小的值会降低仿真速度。1 mm/sec 左右是一个非常合理的值。
  3. 如果添加摩擦力后导致数值上的困难或仿真变慢，请逐步增大转变速度值和/或减小摩擦系数。
  4. 避免人为将较大的值用于静态系数和动态系数。

节能

使用刚度公式为接触力建模。除非选择非常精确的步长，否则力的冲量不会太准确。因此，对于冲击接触，经常可以看到能量耗散或能量增益，即便接触中没有阻尼。要降低耗散，应减小最大积分步长，这样就可以对接触持续时间进行充分取样。