知识盛宴 | 有限元计算：滑动接触与GAP单元深度对比

在有限元计算中，时常会遇到因为滑动接触的存在大大增加了整个仿真过程的计算时间，因此我们使用GAP单元来代替滑动接触进行仿真计算，这一操作可以将这部分模型转化为一个线性的、便于计算的有限元模型。下面是针对这两种方式的具体介绍。这两种模型都在Hyperworks软件中的Optistruct模块下进行计算。

我们使用了一个简易的只包含一个轴和一个轴套的小模型，这个小模型的有限元模型如图1所示。轴的外表面和轴套的内表面之间存在0.1mm的间隙。约定轴的长度方向为模型的Z方向，具体坐标系 示意如图1所示。

轴和轴套的材料都为钢材，整体模型采用六面体单元进行网格划分 ，滑动接触和GAP单元的位置相同，都位于轴的外表面和轴套的内表面重合的部分，具体位置如图2所示。

整体模型的约束和加载方式如图3所示，在轴的两侧分别施加10000N的X正方向的力，在轴套的外表面约束六个方向的自由度。

提交计算后，两种模型的应力和位移计算结果基本一致，证明在模型中可以使用GAP单元替代滑动接触的方式进行有限元计算。具体的计算结果如图所示。

两个模型的整体运动过程如下所示，整体模型的位移放大了10000倍。

滑动接触整体运动过程：

00:21

GAP单元整体运动过程：

00:19