GFE技术手册 | 相互作用4 - 通用接触（1）

尺寸为15m×5m×2m的长方体块受直径为1m刚体圆柱壳三点压弯。下部两圆柱壳全固定约束，顶部圆柱壳在1s时间内均匀下压1m，圆柱壳与长方体接触为通用硬接触。分别建立节点规模为2万、30万和87万的有限元模型，采用GFE软件和软件A进行计算，对比其计算效率和计算结果。模型质量密度1.8×10^-3t/m³，弹性模量233000kPa，泊松比0.35。

 有限元模型如图1所示，模型总节点数为19962个，总单元数为14327个，其中四边形刚体单元3696个，二阶四面体单元10631个。Windows10系统下，11代酷睿i7（11th Gen Intel(R) Core(TM) i7-11700F @ 2.50GHz），采用12核心线程计算，软件A双精度计算时长为89秒。Windows10系统下，双精度计算，GFE在NVIDIA GeForce RTX 3060单卡计算时长为200秒。

图1   2万节点模型

选取结构上若干节点，如图2所示，输出其支反力结果进行分析对比。表2给出了所选节点的支反力结果。由表可见，GFE软件与软件A计算得到的位移结果差异小于3%。图3、图4和图5分别给出了结构位移、单元Mises应力和单元E22应变云图。由图可知，两款软件的计算结果吻合较好。

图2   节点编号

表2   圆柱壳参考点反力RF2结果

图3   位移云图

图4   Mises应力云图

图5   E22应变云图

有限元模型如图6所示，模型总节点数为300459个，总单元数为211319个，其中四边形刚体单元3696个，二阶四面体单元207623个。Windows10系统下，AMD Ryzen 5 3600 6-Core Processor处理器下，采用12核心线程计算，软件A双精度计算时长为76 分23秒。Windows10系统下，双精度计算，GFE在NVIDIA GeForce RTX 3060单卡计算时长为26分25秒。GFE计算速度约为软件A的三倍！

图6   有限元模型

选取结构上若干节点，如图7所示，输出其支反力结果进行分析对比。表3给出了所选节点的支反力结果。由表可见，GFE软件与软件A计算得到的位移结果差异小于2%。图8、图9和图10分别给出了结构位移、单元Mises应力和单元E22应变云图。由图可知，两款软件的计算结果吻合较好。

图7  节点编号

表3   圆柱壳参考点反力RF2结果对比

图8   位移云图

图9  Mises应力云图

图10   E22应变云图

有限元模型如图11所示，模型总节点数为875500个，总单元数为623767个，其中四边形刚体单元3696个，二阶四面体单元620071个。Windows10系统下，AMD Ryzen 5 3600 6-Core Processor处理器下，采用12核心线程计算，软件A双精度计算时长为4小时20分39秒。Windows10系统下，双精度计算，GFE在NVIDIA GeForce RTX 3060单卡计算时长为1小时2分46秒。GFE计算效率为软件A的4倍多！

图11   有限元模型

选取结构上若干节点，如图12所示，输出其支反力结果进行分析对比。表4给出了所选节点的支反力结果。由表可见，GFE软件与软件A计算得到的位移结果差异小于6%。图13、图14和图15分别给出了结构位移、单元Mises应力和单元E22应变云图。由图可知，两款软件的计算结果吻合较好。

表4   圆柱壳参考点反力RF2结果对比

图13   位移云图

图14   Mises应力云图

图15   E22应变云图

动图1   位移变化过程

本篇介绍了GFE软件的通用接触功能，并通过一个长方体受三点压弯的接触算例对该功能进行测试验证。结果表明，在不同网格密度下，GFE软件计算结果皆准确，与某国际知名通用有限元软件A的结果基本一致；在模型较小，网格稀疏的情况下，软件A的计算速度较快，但在中等模型和大模型的情况下，GFE软件的计算速度明显更快，为软件A的3-4倍，且模型越大，加速效果越明显。