设计仿真 | Marc混合接触介绍及应用案例

Marc混合接触算法基本原理

传统的点面接触算法，主要是基于主从探测法则，其基本原理如下图所示。

当boyd1和body2接触时，将body1的节点位移描述为body2的节点位移的约束函数，从而实现了body1上节点的接触约束关系。但现有复杂的接触情况下可能会存在主面穿透从面的情况（比如：body1的点3穿透body2的面5-6）；同时在具有自接触的模型或使用全局网格重构的模型中，会存在接触穿透导致不收敛的情况。

针对如上缺陷，Marc软件引入了最新的混合接触算法。其基本思路是，在传统接触算法基础上，针对可能穿透的节点施加额外的罚函数，通过罚函数来消除穿透。

针对体网格，在接触探测方法上进行了提升，尤其是对于边缘上的节点，优化了该节点关联面的探测向量，减少不良接触探测。

针对壳网格，采用扩展单元技术，使得壳网格可以分别在壳体的顶面、底面、侧面进行接触，大大提高了接触的精确性、稳健性和鲁棒性。

需要注意的是，由于混合接触采用了额外的罚函数来控制穿透，可能会出现微弱的穿透现象。另外，由于混合接触算法引入了新的约束方程，可能会导致在非线性计算中总时长和迭代次数会增加。

在Marc软件中，混合接触的定义界面如下图所示。在点面接触页面选择混合接触算法即可。

Marc混合接触应用场景及案例介绍

Marc在橡胶、密封行业有着广泛的应用。在橡胶件的仿真中，接触分析是必然遇到的；在一些极限工况，由于橡胶的极限形变经常导致接触会产生穿透，从而导致计算的无法完成。

涉及到如下分析情况的，可以尝试采用混合接触进算法行分析：

• 结构自生有复杂的自接触

• 结构产生大滑移，大变形

• 接触体使用了全局网格重构

以如下的橡胶衬套为例，其完全采用六面体网格进行建模，单元类型采用Hermmann单元。

首先对衬套进行过盈装配安装分析，然后在此基础上增加一个侧向极限刚度的分析工况（通过位移边界条件施加）。

在计算过程中开启点面接触中的混合接触算法，以便更好的建立衬套单元之间的自接触，保证网格直接不发生穿透。计算结果如下图所示：

可以看出，通过合理的建模和参数设置，可以比较容易的在Marc中进行衬套的极限刚度计算；且计算的结果是连续光顺的，也更加容易与实验进行对比。

通过使用混合接触算法，我们可以更好的建立网格的接触关系。可以看到，即使在橡胶衬套的边缘，Marc也能够很好的建立接触关系，并在整个计算过程中接触不发生穿透、失效等导致计算无法完成的现象。

小结

采用Marc的混合接触算法，将更加容易进行接触分析，保证接触分析的收敛性。从而帮助客户提升CAE仿真计算效率，提升分析的一次成功率。