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单元详解CONTA172
CONTA172:二维三节点面－面接触单元
CONTA172单元描述
CONTA172用来定义一个二维目标面(TARGE169)和一个可变形表面间的接触和滑动单元。

这个单元可以用于二维的结构、和耦合接触分析。

本单元覆盖与二维实体单元表面，有中间节点（(PLANE2, PLANE121, PLANE183, SHELL209, HYPER74, PLANE82, HYPER84(with KEYOPT(1) = 1), VISCO88, VISCO108, PLANE35, PLANE77, PLANE53, PLANE223, PLANE230, or MATRIX50).它与它连接的实体单元表面有相同的几何特征(see Figure 172.1: "CONTA172 Geometry").。

当单元表面渗透到指定的目标面上时，接触现象发生，库仑应力和摩擦剪应力是允许的。

输入数据：
单元几何形状和节点位置,单元通过三个节点定义（单元所附的实体单元有中间节点），如果单元所附的实体单元没有中间节点，用CONTA171（你也可以继续使用CONTA172但必须停止中间节点）。

单元的X轴沿着I-J方向。

接触单元的正确的节点顺序对正确的接触方向来说是重要的。

如图所示，当从接触单元的第一个节点移向第二个节点时，必须是使目标面位于接触单元的右侧。

See Generating Contact Elements in the ANSYS Contact Technology Guide for more information on generating elements automatically using the ESURF command.
二维表面接触单元是通过共用一个实常数来和二维目标面单元(TARGE169)相联系的。

Ansys实通过相同的实常数来寻找面间的接触的。

对于刚体－柔体接触或者柔体－柔体的接触，其中可变形的面必须用接触面代表。

See Designating Contact and Target Surfaces in the ANSYS Contact Technology Guide for more information.
如果多于一个的目标面将要和同一个实体单元的边界发生接触，你必须定义
几个接触单元，这些接触单元共享同样的几何形状，但是和不同的目标面相联系（目标面必须定义不同的实常数），或者你必须合将两个目标面结合成一个（两个有相同的实常数）。

这个单元支持多种二维应力状态，包括平面应力，平面应变，和轴对称状态，应力状态会根据所覆盖的实体单元的应力状态自动探测。

然而，所覆盖的实体单元是超单元，你必须用KEYOPT(3)来说明应力状态
A summary of the element input is given in "CONTA172 Input Summary". A general description of element input is given in Element Input.
CONTA172输入摘要
节点
I,J,K
自由度
UX,UY(if KEYOPT(1) = 0)
UX,UY,TEMP(if KEYOPT(1) = 1)
TEMP(if KEYOPT(1)=2)
UX,UY,TEMP,VOLT(if KEYOPT(1)=3)
TEMP,VOLT(if KEYOPT(1)=4)
UX,UY,VOLT(if KEYOPT(1)=5)
VOLT(if KEYOPT(1)=6)
AZ(if KEYOPT(1)=7)
实常数
R1,R2,FKN,FTOLN,ICONT,PINB,
PMAX,PMIN,TAUMAX,CNOF,FKOP,FKT,
COHE,TCC,FHTG,SBCT,RDVF,FWGT,
ECC,FHEG,FACT,DC,SLTO,TNOP,
TOLS
See Table 172.1: "CONTA172 Real Constants" for descriptions of the real constants.
材料属性
DAMP,MU,EMIS
面荷载
Convection, Face 1 (I-J-K)
Heat Flux, Face 1 (I-J-K)
特别说明
非线性
大变形
单元生死
KEYOPTs
Presented below is a list of KEYOPTS available for this element. Included are links to sections in the ANSYS Contact Technology Guide where more information is available on a particular topic.
KEYOPT(1)
选择自由度
0--UX,UY
1--UX,UY,TEMP
2--TEMP
3--UX,UY,TEMP,VOLT
4--TEMP,VOLT
5--UX,UY,VOLT
6--VOLT
7--AZ
KEYOPT(2)
接触算法:
0--扩增的拉格朗日算法(缺省)
1--罚函数方法
2--多点约束Multipointconstraint(MPC);
see Chapter 7: "Multipoint Constraints and Assemblies" in the ANSYS
Contact Technology Guide for more information
3--Lagrange multiplier on contact normal and penalty on tangent 4--Pure Lagrange multiplier on contact normal and tangent
KEYOPT(3)
出现超单元时的应力状态
0--使用H单元(无超单元)
1--轴对称（有超单元）
2--平面应力、平面应变（有超单元）
3--有厚度输入的平面应力（有超单元）
KEYOPT(4)
接触探测点的位置
0--在高斯点(对大多数情况)
1--在接触面法向节点上
2--在目标面法向节点上
注意：只有点－面接触时才能使用节点位置
注意：当用多点约束定义接触面的约束时，用以下方法定义KEYOPT(4)：对分布力表面设置KEYOPT(4)＝1，对刚性约束表面设置KEYOPT(4)＝2。

Surface-based Constraints有更详细的叙述。

KEYOPT(5)
CNOF/ICONT自动调节:
0--不自动调节
1--关闭空隙自动CNOF。

Close gap with auto CNOF
2--减少穿透自动CNOF自动CNOF
3--关闭空隙、减少穿透
4--自动ICONT
KEYOPT(7)
单元时间步长控制
0--不控制
1--自动二等分
2--对下一个子步预测一个合理的时间增量
3--对下一个子步预测一个最小的时间增量
注意：对于KEYOPT(7)=2or3，包括自动二等分增量.只有SOLCONTROL被激活，设置ON在程序标准ON at the procedure level.（不知道如何翻译）KEYOPT(8)
非对称接触选项:
0--没有作用
2--Ansys在求解过程中选择非最成接触对（只有当对称接触被定义时使用）KEYOPT(9)
初始穿透或缝隙的影响
0--包括由初始几何形状和接触表面偏移量引起的缝隙和穿透
1--排除由初始几何形状和接触表面偏移量引起的缝隙和穿透
2--包括由初始几何形状和接触表面偏移量引起的缝隙和穿透,有渐变效应3--包括由用户指定的接触表面偏移量，排除由初始几何形状引起的缝隙或穿透。

4--包括由用户指定的接触表面偏移量，排除由初始几何形状引起的缝隙或穿透。

由渐变效应。

注意：
对于KEYOPT(9)=1,3,or4,，如果KEYOPT(12)=4or5.表明初始缝隙效应被考虑了。

KEYOPT(10)
接触刚度矩阵更新：
0--若在荷载步中FKN被重新定义，则每一荷载步更新一次接触刚度(pairbased)。

1--根据所附实体单元的前一个子步的平均应力(pairbased).
2--每次根据当前所附单元的平均应力迭代(pairbased).
3--若在荷载步中FKN被从新定义，则每一荷载步更新一次接触刚度矩阵
(individual element based).
4--根据所附实体单元的前一个子步的平均应力(individual element based).
5--每次根据当前所附单元的平均应力迭代.(individual element based).
注意：KEYOPT(10)=0,1,and2是pair based,刚度和ICONT,FTOLN,PINB,PMAX, and PMIN的设置是根据接触对中的接触单元平均的。

对KEYOPT(10)=3,4,and5,刚度和ICONT,FTOLN,PINB,PMAX,andPMIN的设置是根据每一个接触单元平均的。

（几何和材料特性）。

KEYOPT(11)
梁、壳厚度影响
0--不考虑
1--考虑
KEYOPT(12)
接触面状况
0--标准
1--粗糙
2–不分离但可以滑动
3--粘结
4--不分离
5--总是粘结
6--初始粘结（初始接触）
Table 172.1 CONTA172 Real Constants
CONTA172数据输出
单元的求解输出包括以下两方面： 节点位移包括的全部节点解中；
其它输出信息见Table 172.2: "CONTA172 Element Output Definitions"
在"结果输出"中给出了对于结果输出的一般说明。

查看的方法见"ANSYS基本分析指南
单元输出定义表使用如下标记:
在名称列中的冒号(：)表示该项可以用分量名方法[ETABLE,ESOL]处理；O 列表示该项可用于Jobname.OUT文件；R列表示该项可用于结果文件。

无论O列或R列，Y表示该项总是可用的，一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号"-"表示该项不可用。

CONTA172 Output Data
Table 172.2: "CONTA172 Element Output Definitions"给出了单元输出。

在结果文件中，节点解是从最近积分点获得的。

1.STAT和OLDST可能的值：
0=分开没有相近的接触Open and not near contact
1=分开接近于接触Open but near contact
2=接触并且滑动Closed and sliding
3=接触并且粘结Closed and sticking
2.ANSYS将评估模型来探测初始条件ANSYS will evaluate model to detect initial conditions.
3.当接触发生时只有累加的划移
4.接触单元力在笛卡儿坐标系统中定义。

5.只能在质心应用*GET命令。

6.FDDIS=(接触摩擦应力)×（每个子步的滑动距离）/（每个子步的步长增量）
注：
如果ETABLE被用在CONT条目中，那么报告的数据是穿过单元的平均值。

Table 172.3: "CONTA172 Item and Sequence Numbers"中列出了在后处理中可通过ETABLE命令加参数及数字序号的方法定义可列表察看的有关变量的细则。

详细参见《ANSYS基本分析指南》中有关“The General Postprocessor (POST1)”和“The Item and Sequence Number Table”部分。

下面是表格的一些使用说明：
Name
输出量在Table 172.2: "CONTA172 Element Output Definitions"定义
Item
命令ETABLE中使用的参数。

E
sequence number for single-valued or constant element data
I,J,K
节点I,J,...,P所对应的数字序号。

单元状况＝单元内积分点最大值的状况
1.Element Status = highest value of status of integration points within the element
2.穿透＝正值，缝隙＝负值
Penetration = positive value, gap = negative value
3．接触单元力是在笛卡儿坐标系中定义的。

你可以通过几个POST1处理器命令来显示或者列出接触结果。

PLNSOL, PLESOL, PRNSOL, 和PRESOL条目的特别说明在下面的表中列出。

CONTA172假设和限制
✧2-D接触单元必须在X-Y平面内定义，并且Y轴必须是对称或者轴对称的轴线。

✧轴对称的结构应该在+X象限被模拟。

✧这个2-D接触单元可以和你的模型中任何3-D单元共同工作。

✧不要在包含轴对称协单元（axisymmetric harmonic element）的模型中使用此单元。

✧节点号码必须和所附实体单元外表面号码一致，或者和最初包含的超单元一致。

✧这个单元是非线性的，无论是否指定大或小挠度都需要fullNewton迭代法。

✧法向接触刚度因子(FKN)不能太大，以导致数值不稳定。

✧FTOLN,PINB,和FKOP可以在荷载步之间或者从启动时期被改变。

✧当用拉格朗日乘法时，FKN的值要小一些，TOLN必须使用。

✧你可以用这个单元进行非线性静态和非线性全舜态分析。

此外，你可以用它进行模态分析，特征值分析（eigenvaluebucklinganalyses）和谐分析。

对这些分析类型，程序假定的单元初始情况（例如：在完成静态预应力分析的情况）请不要改变。

✧当节点探测被使用并且在接触节点在对称分析的对称轴上时，在这个节点上的接触压力是不准确的，由于这个节点的面积是零。

在这种情况下接触力是正确的。

✧此单元可以使用单元生死，并且此单元的生死是随着所附实体单元或者目标单元的生死的。

CONTA172 产品限制
当使用以下所列出的产品时,除了在高一级的章节中总的假定和限制，规定的产品特别限制应用于此单元，
Ansys专业版
•MU材料属性不能使用。

•单元生死特殊情况不能使用。

•DAMP材料不能使用。

ANSYS Structural.
Ansys结构版本
•VOLTDOF(KEYOPT(1)=3through6)不能使用。

•AZDOF(KEYOPT(1)=7)不能使用。

ANSYS机械版
•VOLTDOF(KEYOPT(1)=3through6)不能使用。

•AZDOF(KEYOPT(1)=7)不能使用。