案例42-用通用接触建模的导线压接

案例42-用通用接触建模的导线压接

这个示例问题演示了通过通用接触方法进行接触建模的容易性。该方法提供了自动创建接触，并且需要最少的输入。当模型中涉及大量接触表面并且几何结构使得难以确定接触对时，这尤其有用。

重点介绍了以下特性和功能：

• 自动生成通用接触单元

• 触点特性定义

• 通过通用接触建模的刚-柔接触和柔-柔接触，包括面-面和边-面接触配置

介绍

在此示例中，多股导线通过称为压接的机械变形过程连接到电气端子（连接器）。连接器的U形部分（把手）通过刚性冲头围绕电线折叠，形成B形压接，该压接提供电线和电端子之间的连接。

由于该模型的复杂性，通过基于对的接触方法定义所有可能的接触表面将是一项困难且耗时的任务。通过使用常规接触方法，可以自动创建接触曲面；只有有限数量的接触表面需要非默认接触特性的规范。柔性-柔性和刚性-柔性接触都被建模。

问题描述

刚性冲头向下移动，以折叠导线周围的夹点。夹点位于另一个固定的刚性表面上。刚性冲头在Y方向上向下移动7.607 mm，时间步长很小。

在3.35E-4秒内进行瞬态分析，以捕捉由一般接触定义的所有可能接触（面-面和边-面）的发生。

建模

三维压接接头模型由一个0.5mm厚的夹具和七根绞合线组成，每条线的直径为0.725mm。握把和电线由铜合金制成，该铜合金由多线性各向同性硬化塑性材料模型建模。该模型还包括一个刚性冲头和一个刚性支撑。

建模夹点和导线

使用SOLID186（三维结构实体）单元对夹点和七股绞合线进行建模。

建模刚性冲头和底座支撑

刚性冲头和刚性底座支撑采用TARGE170（三维目标段）单元建模。

刚性目标表面取自基于对的接触模型，并转换为一般接触。为了将这些目标表面包括在一般接触定义中，通过EMODIF命令分配零实际常数ID和零材料ID，I1=GCN。还通过EMODIF命令分配了唯一的截面ID（SECNUM）和唯一的单元类型ID（type）。截面和单元类型ID使用相同的ID号。

或者，如果从头开始建模该结构，则可以通过AMESH命令生成这些目标曲面。

使用常规接触方法建模接触

在建立完整的有限元模型并定义刚性目标后，下一步是通过GCGEN命令生成一般接触面。如果相邻面的法线之间的角度大于GCGEN上定义的特征角度（FeatureANGLE=20），则该命令会在基础单元的外表面上自动生成三维面-面单元（CONTA174），并将其拆分为不同的接触表面（每个接触表面具有唯一的截面ID）。它还基于GCGEN上的设置EdgeKEY=1在分割表面之间的特征边缘上生成三维线接触单元（CONTA177）。

值20用于特征角，以实现接触表面和它们之间的边缘的期望分割。在此模型中，仅考虑夹点的顶部边缘，其余边缘将被删除。

接下来，通过GCDEF命令定义接触交互。默认情况下，在所有常规接触表面之间假定为无摩擦标准接触。要覆盖此默认值，命令GCDEF,AUTO,ALL,ALL,100,100用于定义所有接触表面的摩擦接触。其他GCDEF命令用于排除可能导致虚假接触的某些表面。

材料属性

握把和电线由铜合金制成，该合金采用多线性各向同性硬化（塑性）材料模型建模。

边界条件和加载

冲压部件的刚性底座在所有方向上都受到约束。每条导线的一端在所有平移方向上受约束（但不受旋转约束），每条导线的另一端是自由的。远程位移用于在3.35E-4秒内向冲头施加7.607 mm的向下位移。通过表格输入施加相对时间的位移。

分析和求解控制

在3.35E-4秒内进行非线性瞬态分析。分析中包括大挠度效应（NLGEOM，ON命令）。该问题经历了较大的塑性变形；因此引入大的塑性极限作为缩减因子（CUTCONTROL命令），以在非线性分析期间当解遇到收敛困难时自动减小步长。

结果和讨论

结果显示在两个时间点：2.5E-4秒和3.35E-4秒。

2.5E-4秒时的结果

2.5E-4秒时的以下结果如图所示：

（a）刚性冲头的位移和夹具的变形形状

（b）等效塑性应变；最大值位于握把的上边缘，因为它与刚性冲头接触

（c）求解期间面-面和边缘-面接触的接触状态图

3.35E-4秒时的结果

图中显示了3.35E-4秒时的以下结果：

（a）刚性冲头的位移和握把的最终变形形状

（b）等效塑性应变；最大值在抓地力处

（c）求解期间面-面和边缘-面接触的接触状态图

下图（a）显示了最终在变形结束时形成的B形卷曲的横截面图。观察把手是否完全折叠在电线周围并与电线接触。图（b）显示了电线的最终变形形状及其平面外挤压。

下面的动画显示了夹点在一段时间内的变形，因为它被刚性冲头围绕导线折叠以形成B形卷曲。

建议

设置通用接触分析时，请考虑以下提示和建议：

• 仔细考虑GCGEN命令中使用的特征角度。选择一个将生成所需接触曲面和边的值。

• 当使用GCDEF命令上的排除选项以及节点组件（以识别表面）时，使用_FACE组件名称扩展名仅排除表面接触。否则，默认情况下将排除曲面和边缘单元。

• 始终检查刚性表面目标单元的法线方向。