APDL在Workbench中的创新应用：液压渗透载荷模拟

一 液压渗透载荷Fluid-Pressure-Penetration

主要用于气液密封中，模拟随着接触状态改变，气液压力对结构的作用力变化。气液密封的时候，密封性能取决于密封圈的接触压力。即当施加气液压力越来越大时，接触压力不足以抵抗，接触状态和气液压分布均会改变，

在ANSYS中ramped施加压力载荷，ANSYS通过SFE命令（SFE, ELEM, LKEY, Lab, KVAL, VAL1, VAL2, VAL3, VAL4），将气液压力施加在接触单元上，可以模拟这一过程。

当施加压力大于接触压力时，接触状态打开，打开部分受力为气液压力。

当施加压力小于接触压力时，接触状态仍为接触，接触压力保持不变，气液压力载荷为0。

施加过程：选取接触单元。输入命令

sfe,all,1,pres, ,5            !设定接触单元上施加5的压力

二 定义液压渗透载荷的起点

液压渗透载荷按加载路径扩展。在迭代开始时，程序会自动寻找起始点，结合实际的接触状态确定液压加载点。从起始点施加载荷，一直到实际接触部分。而液压渗透载荷不能越过接触部分，到另一端，模拟密封情况。

有时候得手动定义加载起始点。

sfe,all,2,pres,,-1   !选中所有接触单元，-1表示删除其默认起点

sfe,all,2,pres,,1    !选中起点附近的接触单元，1表示定义起点。

三 两个控制收敛的措施

此类分析涉及接触非线性，材料非线性，需要控制收敛，在不收敛时可以尝试下述两个方法，

1． 牛顿非对称选项

(NROPT,UNSYM): 每一次迭代都更新刚度矩阵，有利于收敛，而且是使用非对阵刚度矩阵。可用于以下场合。

A 压溃分析。

B 非对称材料，就是用TB命令定义的材料。

C 接触分析，非对称的刚度矩阵能够拟合切向法向刚度。

非对称Newton-Raphson算法耗时长，先采用对称算法，如果不收敛，再采用非对称选项。

后续对此算法进行数学上的分析。

2．Stabilize Factor

当摩擦接触时，摩擦力不够时可能会导致刚体位移，导致压力载荷步很小，然而位移很大，无法收敛。此时可以定义Stabilize Factor。提供一个阻尼，防止刚体位移发生。如：

STABILIZE, CONSTANT, ENERGY, 0.01,ANYTIME

类似Weak Spring，需要注意因此产生的能量必须足够小，不能对最终结果产生影响。Ansys给出案例中，stabilization energy是应变能的1/3认为可行。所以应该多次尝试耗散率数值，确保stabilization energy尽可能小。

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