ansys高级接触分析高级选项设置
ANSYS高级接触分析资料
§2 接触单元
§2 接触单元
• 3. 点－点接触单元用于模拟单点和另一个确定点 之间的接触。
• 建立模型时必须事先知道确切的接触位置； • 多个点－点接触单元可以模拟两个具有多个单元
表面间的接触； ◦ 每个表面的网格必须是相同的； ◦ 相对滑动必须很小； ◦ 只对小的转动响应有效。 • 例如: 点一点接触可以模拟一些面的接触。如地基
和土壤的接触
§2 接触单元
§3 关于耦合和约束方程的应用
• 如果接触模型没有摩擦，接触区域始终粘在一起，并且分 析是小挠度、小转动问题，那么可以用耦合或约束方程代 替接触。
• 使用耦合或约束方程的优点是分析还是线性的
接触问题的一般特性
• §1 接触刚度
• 1、所有的 ANSYS 接触单元都采用罚刚度（接触刚度）来 保证接触界面的协调性
• 接触面和目标面确定准则
• 如凸面和平面或凹面接触，应指定平面或凹面为目标 面；
• 如一个面上的网格较粗而另一个面上的网格较细，应 指定粗网格面为目标面；
• 如一个面比另一个面的刚度大，应指定刚度大的面为 目标面；
• 如一个面为高阶单元而另一面为低阶单元，应指定低 阶单元面为目标面；
• 如一个面比另一个面大，应指定大的面为目标面。
•
可变形目标面采用
•
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create >
Elements > Surf/Contact > Surf to Surf(ESURF)
• 对于直接生成刚性目标面，在建立目标单元之前需要要指定附加的单元属 性 TSHAP
• 刚性目标面的自动划分不需要 TSHAP。ANSYS 能根据 实体模型确定合适的目标单元形状。
接触参数设置
Superelement usage (超单元用法)接触属性：刚性目标使用Rigid target 标签为接触分析设置以下选项：Boundary condition on target nodes (目标节点上的边界条件)Area elements have (有面单元时)Pilot Node (引导节点)接触属性：热使用Thermal 标签为热接触分析指定以下设置：Thermal Contact Conductance (热接触导热性)Stephan-Boltzmann constant (Stephan-Boltzmann常数)Radiation View factor (辐射视角因子)Emissivity (发射率)Frictional heating factor (摩擦加热因子)Dissipation weight factor (耗散权因子)Thermal contact behavior (热接触行为)如果选择自由面接触行为，ANSYS 在探测到分开的接触时，它是考虑自由面辐射和对流。
对这种情况，在接触面和目标面之间没有对流和辐射热传递。
接触属性(约束类型)：约束Constraint (约束) 标签包含用于基于表面的约束接触对的一般参数。
基于表面的约束用于将接触面节点的运动耦合到目标面上的一个引导节点。
基于表面的约束需要采用：多点约束(MPC) 接触算法(KEYOPT(2) = 2)。
(在使用接触向导创建接触对时，这一KEYOPT 是自动设置的)。
Constraint surface type (约束面类型)Boundary conditions on target (目标面上的边界条件)Constrained DOF set on target (目标面上的约束自由度组)Pilot Node (引导节点)接触属性：编号ID使用Identification 标签指定接触对的ID 编号。
ANSYS高级接触分析
图3-1
• 接触面和目标面确定准则
• 如凸面和平面或凹面接触，应指定平面或凹面为目标 面；
• 如一个面上的网格较粗而另一个面上的网格较细，应 指定粗网格面为目标面；
• 如一个面比另一个面的刚度大，应指定刚度大的面为 目标面；
• 如一个面为高阶单元而另一面为低阶单元，应指定低 阶单元面为目标面；
• 如一个面比另一个面大，应指定大的面为目标面。
• 接触单元就是掩盖在分析模型接触面上 的一层单元。
• 在 ANSYS 中可以承受三种不同的单元 来模拟接触：
•
面一面接触单元；
•
点一面接触单元；
§2 接触单元
• 不同的单元类型具有完全不同的单元特性和分 析过程。
• 1. 面一面接触单元用于任意外形的两个外表接 触
• 不必事先知道接触的准确位置； • 两个面可以具有不同的网格； • 支持大的相对滑动； • 支持大应变和大转动。 • 例如: 面一面接触可以模拟金属成型，如轧制
•
面－面接触单元在面的高斯点处传递压力，这种先进技术使面－面接触
单元具有很多优点：
•
与低阶单元和高阶单元都兼容
•
供给更好的接触结果〔于后处理接触压力和摩擦应力〕
•
可考虑壳和梁的厚度，以及壳的厚度变化
•
半自动接触刚度计算
•
刚性外表由“把握节点 – pilot node”把握
•
热接触特性
•
众多的高级选项来处理简洁问题。
2、摩擦消耗能量，并且是路径相关行为。 为获得较高的精度，时间步长必需很小〔图2-1〕
图2－1
3、ANSYS 中，摩擦承受库仑模型，并有附加选项可 处理简洁的粘着和剪切行为。 库仑法则是宏观模型，表述物体间的等效剪力 FT 不能超过正压力 FN 的一局部： FT <= μ× FN 式中： μ－ 摩擦系数 一旦所受剪力超过 FT，两物体将发生相对滑动。
ansys高级接触分析第6章-高级选项设置
Training Manual
小的强制性位移
May 16, 2005 Inventory #002256
6-14
Advanced Contact & Fasteners
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
• 位移控制
Training Manual
– Load Step 1 • 施加一个小的强制性位移.
接触属性高级选项设置
A. 初始穿透
Training Manual
• ANSYS中提供了几种模拟接触初始穿透的技术，它们需要初始几 何穿透值或/和指定的偏移值.
• 指定偏移值:
May 16, 2005 Inventory #002256
6-4
接触属性高级选项设置
…初始穿透
• 实常数 CNOF表示接触面偏 移.
May 16, 2005 Inventory #002256
6-25
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动4
Training Manual
• 使用接触管理器时，点击Check Contact Status按钮会出现四个 选项，第三个选项Move contact nodes to target可执行 CNCHECK命令
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
Training Manual
• 尽管这些都是有效技巧，但较难使用
– “即将接触法” -由于分网时的取整处理，物体间可能存在小的间隙或 穿透，这可能导致不收敛.
– 动力学方法 -系统在分析结束后没有完全进入静态，仍存在动态效应
– 位移控制法 -在一个复杂加载的情况下，需要强加的位移不好确定.
Training Manual
ANSYS接触问题的参数设置
ANSY能触问题的计算方法及参数设置接触问题的关键在于接触体间的相互关系,此关系又可分为在接触前后的法向关系与切向关系.法向关系：在法向,必须实现两点：1〕接触力的传递.2〕两接触面间没有穿透.ANSYS1过两种算法来实现此法向接触关系：罚函数法和xx日乘子法.1.罚函数法是通过接触刚度在接触力与接触面间的穿透值〔接触位移〕间建立力与位移的线性关系：接触刚度*接触位移=法向接触力对面面接触单元17*,接触刚度由实常数FKN来定义.穿透值在程序中通过别离的接触体上节点间的距离来计算.接触刚度越大,那么穿透就越小,理论上在接触刚度为无穷大时,可以实现完全的接触状态,使穿透值等于零.但是显而易见,在程序计算中,接触刚度不可能为无穷大〔否那么病态〕,穿透也就不可能真实到达零,而只能是个接近于零的有限值.以上力与位移的接触关系可以很容易地合并入整个结构的平衡方程组K*X=F中去.并不改变总刚K的大小.这种罚函数法有以下几个问题必须解决：1〕接触刚度FKN应该取多大2〕接触刚度FKN取大些可以减少虚假穿透,但是会使刚度矩阵成为病态.3〕既然与实际情况不符合的虚假穿透既然是不可防止的,那么可以允许有多大为适宜因此,在ANSYSS序里,通常输入FKN实常数不是直接定义接触刚度的数值,而是接触体下单元刚度的一个因子,这使得用户可以方便地定义接触刚度了,一般FKN取0.1至U 1中间的值.当然,在需要时,也可以把接触刚度直接定义,FKN输入为负数,那么程序将其值理解为直接输入的接触刚度值.对于接近病态的刚度阵,不要使用迭代求解器,例如PCG等.它们会需要更多的迭代次数,并有可能不收敛.可以使用直接法求解器,例如稀疏求解器等.这些求解器可以有效求解病态问题.穿透的大小影响结果的精度.用户可以用PLESOL,CONT,PENEft后处理中查看穿透的数值大小.如果使用的是罚函数法求解接触问题,用户一般需要试用多个FKN值进行计算,可以先用一个较小的FKN值开始计算,例如0.1.由于较小的FKN有助于收敛,然后再逐步增加FKN值进行一系列计算,最后得到一个满意的穿透值.FKN的收敛性要求和穿透太大产生的计算误差总会是一对矛盾.解决此矛盾的方法是在接触算法中采用扩展拉格朗日乘子法.此方法在接触问题的求解限制中可以有更多更灵活的限制.可以更快的实现一个需要的穿透极限.2. xx日乘子法与扩展xx日乘子法拉格朗日乘子法与罚函数法不同,不是采用力与位移的关系来求接触力, 而是把接触力作为一个独立自由度.因此这里不需要进行迭代,而是在方程里直接求出接触力〔接触压力〕来.Kx=F+Fcontact从而,拉格朗日乘子法不需要定义人为的接触刚度去满足接触面间不可穿透的条件,可以直接实现穿透为零的真实接触条件,这是罚函数法所不可能实现的.使用拉格朗日乘子法有以下考前须知：1〕刚度矩阵中将有零对角元,使有些求解器不克使用.只能使用直接法求解器,例如波前法或系数求解器.而PCG之类迭代求解器是不能用于有零主元问题的.2〕由于增加了额外的自由度,刚度阵变大了3〕一个可能发生的严重问题,就是在接触状态发生变化时,例如从接触到别离,从别离到接触,此时接触力有个突变,产生chattering 〔接触状态的振动式交替改变〕.如何限制这种chattering,是纯粹拉格朗日法所难以解决的.因此,为限制chattering, ANSY漏用的是罚函数法与拉格朗日法混合的扩展拉格朗日乘子法.在扩展拉格朗日法中,可以采用实常数TOLN来限制最大允许穿透值.还有最大允许拉力FTOL这两个参数只对扩展拉格朗日乘子法有效.在扩展拉格朗日乘子法里,程序根据罚函数法开始,与纯粹拉格朗日法类似,用TOLN来限制最大允许穿透值.如果迭代中发现穿透大于允许的TOLN值,〔对178单元是TOLN,而对面面接触单元171-174那么是FTOLN那么将各个接触单元的接触刚度加上接触力乘以拉格朗日乘子的数值.因此,这种扩展拉格朗日法是不停更新接触刚度的罚函数法,这种更新不断重复,直到计算的穿透值小于允许值为止.尽管与拉格朗日法相比,扩展拉格朗日法的穿透并不是零,与罚函数法相比,可能迭带次数会更多.扩展拉格朗日法有以下优点：1〕较少病态,个接触单元的接触刚度取值可能更合理.2〕与罚函数法相比拟少病态,与单纯的拉格朗日法相比,没有刚度阵零对角元.因此在选择求解器上没有限制,PCG等迭代求解器都可以应用.3〕用户可以自由限制允许的穿透值TOLN 〔如果输入了TOLN,而使用罚函数法,那么程序忽略它〕切向关系：摩擦的处理与法向接触力类似.由于摩擦是非对称的,使问题变的更为复杂.ANSYSfe省是做对称求解,即使用对称求解器作近似求解.但是可以改变几个选项强迫做非对称求解.非对称求解更精确,但是计算量大许多.参数设置实常数FKN, FTOLN ICON] PINB, PMAX,和PMIN,你既可以定义一个正值也可以定义一个负值.既然程序将正值作为比例因子,将负值作为真实值,程序将下面覆盖原单元的厚度作为ICON FTOLN PINB, PMAX和PMIN的参考值.那么：单位改变后,你只要保证你的FKN, FTOL的物理值大小不变就可以了.作为非线性的接触问题,FKN与FTOLN取值没有公式可套,只能慢慢试出个适宜的值来.由于FKN越小越容易收敛,你可以先用一个比拟小的FKN开始计算,收敛后再改大些,由于接触刚度FKN越大那么穿透越小,结果越合理,因此在适当时应该把FKN改大些重新计算直到一个满意的结果.〔可以用PLESOL,CONT,PENE 来在后处理中查看穿透的数值大小〕注意：FKN与穿透值大小总是一对矛盾,在矛盾中到达合理的平衡是做接触分析的关键.理论上接触问题的穿透应该是零,所以穿透越小那么越精确,也即FKN越大那么越精确,但是实际上不可能使穿透变为零,FKN太大了计算就会不收敛.如果只改FKN得到的穿透值总是太大,不能满意,再加大FKN就不收敛了.那么可以把求解方法改为扩展拉格朗日乘子法.〔用KEYOP政〕,再使用FTOL哙数来限制允许最大穿透值.〔FTOLN只对扩展拉格朗日法有效〕.这样的计算量会大很多,但是可以实现在不大的FKN下限制穿透不至于太大,保证结果的合理性.〔注息：对面面接触单元171-174实常数中的允许穿透值是FTOLN而对178单元那么是实常数TOLN。
ANSYS高级接触分析
• 如凸面和平面或凹面接触，应指定平面或凹面为目标 面；
• 如一个面上的网格较粗而另一个面上的网格较细，应 指定粗网格面为目标面；
• 如一个面比另一个面的刚度大，应指定刚度大的面为 目标面；
• 如一个面为高阶单元而另一面为低阶单元，应指定低 阶单元面为目标面；
• 如一个面比另一个面大，应指定大的面为目标面。
• 接触单元就是覆盖在分析模型接触面上的一层 单元。
• 在 ANSYS 中可以采用三种不同的单元来模拟 接触：
◦
面一面接触单元；
◦
点一面接触单元；
◦
点一点接触单元。
§2 接触单元
• 不同的单元类型具有完全不同的单元特性和分 析过程。
• 1. 面一面接触单元用于任意形状的两个表面接 触
• 不必事先知道接触的准确位置； • 两个面可以具有不同的网格； • 支持大的相对滑动； • 支持大应变和大转动。 • 例如: 面一面接触可以模拟金属成型，如轧制
• 在数学上为保持平衡，需要有穿透值 • 然而，物理接触实体是没有穿透的 • 分析者将面对困难的选择： • 小的穿透计算精度高，因此接触刚度应该大； • 然而，太大的接触刚度会产生收敛困难：模型可能会振荡，接触
表面互相跳开。 • 接触刚度是同时影响计算精度和收敛的最重要的参数。你必须选
定一个合适的接触刚度。 • 除了在表面间传递法向压力外，接触单元还传递切向运动（摩
◦
开始估计时，选用
◦
FKN = 1.0 大面积实体接触
◦
FKN = 0.01-0.1 较柔软（弯曲占主导的部分）
• 另外，也可以指定一个绝对刚度值，单位：（力/ 长度）/ 面积。
• 对于点一点（除 CONTA178）和点－面接触单元需 要为罚刚度 KN 输入绝对值：
ANSYS高级接触问题处理
度KN输入绝对值： • －初始估计时： • 对于大变形: 0.1*E < KN < 1.0*E • 对于弯曲: 0.01*E < KN < 0.1*E • E 为弹性模量
• 3、选取接触刚度的指导：
• Step 1.开场采用较小的刚度值 • Step 2.对前几个子步进展计算 • Step 3.检查穿透量和每一个子步中的平衡
应变、应力和变形，另一外表为软材料构 成是可变形的。 • ·只在一个外表特别刚硬并且不关心刚硬物 体的应力时有效。 • 柔－柔 • 两个接触体都可以变形。
§2 接触单元
• ANSYS采用接触单元来模拟接触问题： • —跟踪接触位置； • —保证接触协调性〔防止接触外表相互穿透〕； • —在接触外表之间传递接触应力〔正压力和摩擦〕。 • 接触单元就是覆盖在分析模型接触面上的一层单元。 • 在ANSYS中可以采用三种不同的单元来模拟接触： • 面一面接触单元； • 点一面接触单元； • 点一点接触单元。
面一面接触单元
• §1 概述 • 面－面接触单元，是模拟任意两个外表间接触的方法。外表可以具有任意形
状。是ANSYS中最通用的接触单元。精度高、特性丰富还可使用接触向导建 模方便。〔其它接触单元目前尚不能用向导〕。 • ·面－面接触单元在面的高斯点处传递压力，这种先进技术使面－面接触单元 具有很多优点： • －与低阶单元和高阶单元都兼容 • －提供更好的接触结果〔于后处理接触压力和摩擦应力〕 • －可考虑壳和梁的厚度，以及壳的厚度变化 • －半自动接触刚度计算 • －刚性外表由“控制节点〞控制 • －热接触特性 • －众多的高级选项来处理复杂问题。 • ·具有众多的高级选项〔20个可用的实常数、2个材料属性和30个可用的单元 选项〕提供了丰富的特征库，能够用于模拟特殊的效果和处理困难的收敛情 况。 • 然而众多的选项的智能缺省选项可以有效求解许多接触问题而不需要用户介 入太多。 • 通常的做法是：开场使用高级选项之前，先试着采用缺省设置：只指定罚刚 度，穿透容差和子步数，然后进展分析。只在采用缺省设置遇到困难时才采 用高级选项。 • ·所有的高级选项也可以通过接触向导来控制。
浅谈ANSYS Workbench接触设置
浅谈ANSYS Workbench接触设置0、引言ANSYS中的接触可涉及位移、电压、温度、磁场等自由度，在这些接触中，涉及位移自由度的接触是比较复杂的。
本文大概介绍了ANSYS中接触求解的原理，并使用ANSYS Workbench计算了两圆柱接触和轮齿接触的接触应力并与赫兹公式进行了对比，最后给使用ANSYS Workbench求解接触时提供了一些建议。
鉴于作者水平有限，难免会存在一些错误，希望广大读者批评指正。
1、ANSYS接触公式理论接触处理往往是复杂的。
可能的话推荐使用程序默认的设置。
因为现实接触体之间不会相互穿透，程序必须在两个表面之间建立一种关系，在分析中阻止彼此穿透。
程序阻止相互穿透的行为被称之为强制“接触兼容性”。
图1 接触穿透示意图为了在接触界面上强制执行兼容性，Workbench Mechanical通常提供了几个接触公式。
这些公式定义了使用的求解方法。
图2 接触算法设置界面•纯罚函数法•增广拉格朗日法•常规拉格朗日法•多点约束（MPC）法•梁(beam)如果穿透在一个接触容差（FTOLN*下层单元的深度）范围内，接触兼容性则是满足的。
接触深度是一个接触对中每个接触单元深度的平均值。
如果程序检测到任意穿透大于这个容差，全局求解仍然认为是不收敛的，即使残余力和位移增量达到了收敛准则。
图3 下层单元深度示意图2、纯罚函数法和增广拉格朗日法接触公式对于非线性实体接触面，可使用纯罚函数公式或者增广拉格朗日法公式。
这两个都是基于罚函数接触公式：F Normal=K Normal*X Penetration有限接触力F Normal，是接触刚度K Normal的函数。
接触刚度越高，接触穿透X Penetration越小，如下图说明：图4 接触刚度与接触穿透的示意图理想的，对于一个无限大的接触刚度K Normal，可以获得一个0穿透。
在基于罚函数方法下这在数值上是不可能的，但是，如果只要X Penetration足够小或者可以忽略，则认为求解结果是精确的。
ANSYS高级接触问题
• 分析中常常需要确定两个或多个相互接触物体的 位移、接触区域的大小和接触面上的应力分布。
• 接触分析存在两大难点： • 在求解之前，你不知道接触区域的范围；表面之
间是接触还是分开是未知的；表面之间突然接触 或突然不接触会导致系统刚度的突然变化。 • 大多数接触问题需要计算摩擦。摩擦是与路径有 关的现象，摩擦响应还可能是杂乱的，使问题求 解难以收敛。
•第6页/共190页
§2 接触单元
•第7页/共190页
§2 接触单元
• 3. 点－点接触单元用于模拟单点和另一个确定点 之间的接触。
• 建立模型时必须事先知道确切的接触位置； • 多个点－点接触单元可以模拟两个具有多个单元
表面间的接触； ◦ 每个表面的网格必须是相同的； ◦ 相对滑动必须很小； ◦ 只对小的转动响应有效。 • 例如: 点一点接触可以模拟一些面的接触。如地基
• §1 接触刚度
• 1、所有的 ANSYS 接触单元都采用罚刚度（接触刚度）来 保证接触界面的协调性
•第11页/共190页
• 在数学上为保持平衡，需要有穿透值 • 然而，物理接触实体是没有穿透的 • 分析者将面对困难的选择： • 小的穿透计算精度高，因此接触刚度应该大； • 然而，太大的接触刚度会产生收敛困难：模型可能会振荡，接触
表面互相跳开。 • 接触刚度是同时影响计算精度和收敛的最重要的参数。你必须选
定一个合适的接触刚度。 • 除了在表面间传递法向压力外，接触单元还传递切向运动（摩
擦）。采用切向罚刚度保证切向的协调性。（图1－2） • 作为初值，可采用：Ktangent=0.01 · Knormal • 切向罚刚度与法向罚刚度以同样的方式对收敛性和计算精度产生
ANSYS高级接触问题处理
• －开始估计时，选用 • FKN = 1.0 大面积实体接触 • FKN = 0.01-0.1 较柔软（弯曲占主导的）部分 • －另外，也可以指定一个绝对刚度值，单位：（力/长度）
/ 面积。 • ·点一点（除CONTA178）和点－面接触单元需要为罚刚
度KN输入绝对值： • －初始估计时： • 对于大变形: 0.1*E < KN < 1.0*E • 对于弯曲: 0.01*E < KN < 0.1*E • E 为弹性模量
ANSYS 高级接触问题
• 接触问题概述 • 在工程中会遇到大量的接触问题，如齿轮的啮合、法兰
联接、机电轴承接触、卡头与卡座、密封、板成形、冲 击等等。接触是典型的状态非线性问题，它是一种高度 非线性行为。接触例子如图1：
• 分析中常常需要确定两个或多个相互接触 物体的位移、接触区域的大小和接触面上 的应力分布。
触
• 3. 点－点接触单元用于模拟单点和另一个确定点 之间的接触。
• －建立模型时必须事先知道确切的接触位置；
• －多个点－点接触单元可以模拟两个具有多个单 元表面间的接触；
• ·每个表面的网格必须是相同的； • ·相对滑动必须很小； • ·只对小的转动响应有效。
• 例如: 点一点接触可以模拟一些面的接触。如地 基和土壤的接触
• 3、选取接触刚度的指导：
• Step 1.开始采用较小的刚度值 • Step 2.对前几个子步进行计算 • Step 3.检查穿透量和每一个子步中的平衡迭代次数
• ·在粗略的检查中，如以实际比例显示整个模型时就能观察到穿透， 则穿透可能太大了，需要提高刚度重新分析。
• ·如果收敛的迭代次数过多（或未收敛），降低刚度重新分析。 • 注意：罚刚度可以在载荷步间改变，并且可以在重启动中调整。 • 牢记：接触刚度是同时影响计算精度和收敛性的最重要的参数。如
Ansys接触分析和设置
Ansys非线性接触分析和设置设置实常数和单元关键选项程序利用20个实常数和数个单元关键选项，来操纵面─面接触单元的接触。
参见《ANSYS Elements Reference》中对接触单元的描述。
实常数在20个实常数中，两个(R1和R2)用来概念目标面单元的几何形状。
剩下的用来操纵接触面单元。
R1和R2 概念目标单元几何形状。
FKN 概念法向接触刚度因子。
FTOLN 是基于单元厚度的一个系数，用于计算许诺的穿透。
ICONT 概念初始闭合因子。
PINB 概念“Pinball"区域。
PMIN和PMAX 概念初始穿透的允许范围。
TAUMAR 指定最大的接触摩擦。
CNOF 指定施加于接触面的正或负的偏移值。
FKOP 指定在接触分开时施加的刚度系数。
FKT 指定切向接触刚度。
COHE 制定滑动抗力粘聚力。
TCC 指定热接触传导系数。
FHTG 指定摩擦耗散能量的热转换率。
SBCT 指定 Stefan-Boltzman 常数。
RDVF 指定辐射观看系数。
FWGT 指定在接触面和目标面之间热散布的权重系数。
FACT 静摩擦系数和动摩擦系数的比率。
DC 静、动摩擦衰减系数。
命令： RGUI：main menu> preprocessor>real constant对实常数 FKN, FTOLN, ICONT, PINB, PMAX, PMIN, FKOP 和 FKT，用户既能够概念一个正值，也能够概念一个负值。
程序将正值作为比例因子，将负值作为绝对值。
程序将下伏单元的厚度作为ICON，FTOLN，PINB，PMAX 和 PMIN 的参考值。
例如 ICON = 说明初始闭合因子是“*基层单元的厚度”。
但是，ICON = 那么表示真实调整带是单位。
若是下伏单元是超单元，那么将接触单元的最小长度作为厚度。
参见图5-8。
图5-8 基层单元的厚度在模型中，若是单元尺寸转变专门大，而且在实常数如 ICONT, FTOLN, PINB, PMAX, PMIN 中应用比例系数，那么可能会显现问题。
ansys接触设置、施加载荷、后处理有限元原理
ansys接触设置、施加载荷、后处理有限元
原理
有限元分析是现代工程设计中必不可少的工具，而在有限元分析软件中，ANSYS更是被广泛使用。
在进行ANSYS分析时，接触设置、施加载荷和后处理是三个非常重要的环节，下面我们来进行一些介绍：
1、接触设置：
接触是指两个物体表面之间的接触，包括摩擦和各种变形。
在ANSYS中，接触问题的处理是非常复杂的。
一般通过指定接触面和接触类型等参数来进行接触分析。
同时，还可以通过设置接触初始距离、接触材料和接触力等参数来精确模拟接触情况，从而得出精确的分析结果。
2、施加载荷：
在进行有限元分析时，施加载荷是必不可少的。
在ANSYS中，可以通过多种方式来施加载荷，比如输入位移、力、压力、温度等等。
同时，在施加载荷时需要考虑不同类型的加载方式，比如静载、动载和瞬态载荷等等。
为了得到准确的分析结果，需要根据实际情况选择合适的加载方式进行分析。
3、后处理：
有限元分析并不是最终的目标，最终的目标是得出准确的分析结果。
然而，对于大多数工程师来说，如何准确分析和解释计算结果是非常困难的。
因此，ANSYS提供了强大的后处理功能，可以对分析结果进行可视化处理和分析。
例如，绘制应力云图、变形云图和动态图等来展现分析结果，并进一步分析数据以得到更准确的结果。
总之，ANSYS是一种非常强大的有限元分析软件，然而，要想得到准确的结果，需要进行准确的接触设置、施加载荷和后处理等细节工作。
因此，在进行ANSYS分析时，需要根据实际情况选择合适的模型和参数，并进行合理的分析处理，以得到更加精确的结果。
ANSYS高级接触问题71103
§2 摩擦
• 1、两个接触体的剪切或滑动行为可以是无摩擦的或有摩 擦的 • 无摩擦时允许物体没有阻力地相互滑动； • 有摩擦时，物体之间会产生剪切力。 • 2、摩擦消耗能量，并且是路径相关行为。 • 为获得较高的精度，时间步长必须小（图2-1）
图2－1
• 3、ANSYS 中，摩擦采用库仑模型，并有附加 选项可处理复杂的粘着和剪切行为。 • 库仑法则是宏观模型，表述物体间的等 效剪力 FT 不能超过正压力 FN 的一部分： FT <= μ × FN • 式中： μ－ 摩擦系数 • 一旦所受剪力超过 FT，两物体将发生相对 滑动。 • 4、弹性库仑摩擦模型：允许粘着和滑动。
例如: 超弹密封
• Step 3. 设置单元选项和实常数 • 接触对由实常数号来定义，接触单元和目标单元必须具有相同的实常数。 • Step 4. 建立目标单元（网格） • 此步中所采用的方法依赖于目标面是刚性的还是柔性的。 • 刚性目标面采用： • 直接生成 (E 命令) • 自动划分 (LMESH, AMEAH) • 可变形目标面采用 • Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Surf/Contact > Surf to Surf(ESURF) • 对于直接生成刚性目标面，在建立目标单元之前需要要指定附加的单元属 性 TSHAP
§2 接触单元
§2 接触单元
• 2. 点一面接触单元用于某一点和任意形状的面的 接触 • 可使用多个点－面接触单元模拟棱边和面的接 触； • 不必事先知道接触的准确位置； • 两个面可以具有不同的网格； • 支持大的相对滑动； • 支持大应变和大转动。 • 例：点面接触可以模拟棱边和面之间的接触
ANSYS高级接触问题73852
• 在数学上为保持平衡，需要有穿透值 • 然而，物理接触实体是没有穿透的 • 分析者将面对困难的选择： • 小的穿透计算精度高，因此接触刚度应该大； • 然而，太大的接触刚度会产生收敛困难：模型可能会振荡，接触
表面互相跳开。 • 接触刚度是同时影响计算精度和收敛的最重要的参数。你必须选
定一个合适的接触刚度。 • 除了在表面间传递法向压力外，接触单元还传递切向运动（摩
§2 接触单元
§2 接触单元
• 2. 点一面接触单元用于某一点和任意形状的面的 接触
• 可使用多个点－面接触单元模拟棱边和面的接 触；
• 不必事先知道接触的准确位置； • 两个面可以具有不同的网格； • 支持大的相对滑动； • 支持大应变和大转动。 • 例：点面接触可以模拟棱边和面之间的接触
和土壤的接触
§2 接触单元
§3 关于耦合和约束方程的应用
• 如果接触模型没有摩擦，接触区域始终粘在一起，并且分 析是小挠度、小转动问题，那么可以用耦合或约束方程代 替接触。
• 使用耦合或约束方程ห้องสมุดไป่ตู้优点是分析还是线性的
接触问题的一般特性
• §1 接触刚度
• 1、所有的 ANSYS 接触单元都采用罚刚度（接触刚度）来 保证接触界面的协调性
擦）。采用切向罚刚度保证切向的协调性。（图1－2） • 作为初值，可采用：Ktangent=0.01 · Knormal • 切向罚刚度与法向罚刚度以同样的方式对收敛性和计算精度产生
影响。
• 2、接触刚度的选取
• 选定一个合适的接触刚度值需要一些经验。
• 对于面一面接触单元，接触刚度通常指定为基体单 元刚度的一个比例因子。
§2 面－面接触单元
• §1 概述
ansys 里的接触如何设置
接触主要是讨论相邻的两个物体之间在法向和切向是否发生位移的问题，ansys里的六种关于接触的设置可以参考如下场景进行设置
（1）法线方向不可分开，切线方向也不可发生相对滑动，则使用boneded。
（2）法线方向不可分开，切线方向可以发生轻微的无摩擦滑动，则使用no separation.
(3) 法线方向可以分开，切线方向不可以发生相对滑动，则用rough.
(4) 法线方向可以分开，切线方向可以发生相对滑动，且没有摩擦力。
则是frictionless。
(5) 法线方向可以分开，切线方向可以发生相对滑动，存在摩擦力。
则是frictional。
ANSYS_高级接触问题解决12
§2 接触单元用于某一点和任意形状的面的 接触 • 可使用多个点－面接触单元模拟棱边和面的接 触； • 不必事先知道接触的准确位置； • 两个面可以具有不同的网格； • 支持大的相对滑动； • 支持大应变和大转动。 • 例：点面接触可以模拟棱边和面之间的接触
例如: 超弹密封
• Step 3. 设置单元选项和实常数 • 接触对由实常数号来定义，接触单元和目标单元必须具有相同的实常数。 • Step 4. 建立目标单元（网格） • 此步中所采用的方法依赖于目标面是刚性的还是柔性的。 • 刚性目标面采用： • 直接生成 (E 命令) • 自动划分 (LMESH, AMEAH) • 可变形目标面采用 • Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Surf/Contact > Surf to Surf(ESURF) • 对于直接生成刚性目标面，在建立目标单元之前需要要指定附加的单元属 性 TSHAP
•
• 3、选取接触刚度的指导：
• Step 1. 开始采用较小的刚度值 • Step 2. 对前几个子步进行计算 • Step 3. 检查穿透量和每一个子步中的平衡迭代次数
• • • • • •
在粗略的检查中，如以实际比例显示整个模型时就能观 察到穿透，则穿透可能太大了，需要提高刚度重新分析。 如果收敛的迭代次数过多（或未收敛），降低刚度重新 分析。 注意：罚刚度可以在载荷步间改变，并且可以在重启动 中调整。 牢记：接触刚度是同时影响计算精度和收敛性的最重要 的参数。如果收敛有问题，减小刚度值，重新分析 在敏感的分析中，还应该改变罚刚度来验证计算结果的 有效性。 在分析中减小刚度范围，直到结果（接触压力、最大 SEQV 等）不再明显改变。
ANSYSWorkbench常用接触属性及选项设置方法介绍
ANSYSWorkbench常⽤接触属性及选项设置⽅法介绍在之前发布的ANSYS Workbench定义部件接触关系的三种⽅式⼀⽂中，已经向读者介绍了在ANSYS Workbench中指定接触关系的三种⽅法。
⽆论采⽤此⽂中何种⽅式创建接触关系，都会在Project树的Connection分⽀下建⽴⼀个Contacts分⽀，在Contacts分⽀下列出具体的接触对分⽀Contact Region。
对于每⼀个Contact Region分⽀，需要在其Details中设置相关的属性选项如下图所⽰。
常⽤的接触属性包括⽬标⾯和接触⾯设置、Type(接触类型)、Behavior(⾏为)、Formulation(算法)、Normal Stiffness(法向刚度)、Pinball Region(接触影响范围)等。
下⾯对这些接触属性或选项的意义进⾏讲解。
(1)接触⾯与⽬标⾯对于⾃动创建的接触⽆需再指定接触⾯和⽬标⾯，⽽对于⼿⼯创建的接触，在其Details列表中的Contact和Target区域中需要分别选择要创建接触关系的两侧部件的表⾯，并分别点Apply确认。
(2)接触类型属性接触的类型通过Type选项来指定，⽬前常见的接触类型有bonded(绑定)、No Separation(法向不分离)、Frictionless(光滑)、Frictional(有摩擦)、Rough(粗糙)等。
这些可以在Type选项中进⾏指定，其中后⾯三种类型属于⾮线性接触类型。
(3)接触⾏为属性接触⾏为可通过Behavior进⾏设置，主要是Asymmetric(⾮对称接触)、Symmetric(对称接触)、Automatic Asymmetric(⾃动⾮对称接触)。
⼀个Contact Region包含⼀个⽬标⾯和⼀个接触⾯，如果接触界⾯的两侧互为接触⾯和⽬标⾯，即所谓接触是对称的，否则是⾮对称的。
(4)接触的算法接触的算法通过Formulation选项设置，可选择的算法包括Augmented Lagrange、PurePenalty、MPC、Normal Lagrange等，对于连接多个部件的装配体接触⼀般多采⽤MPC算法。
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约束才被建立.
May 16, 2005 Inventory #00...处理刚体运动
Training Manual
? 如果求解中两物体发生分离，那么刚度矩阵将变得奇异 .
– ANSYS 将给出警告信息
? ANSYS中提供了几种克服初始未接触体接触问题的方法 :
隙.
? CNOF 可以和几何穿透联合 使用.
Training Manual
Adv
May 16, 2005 Inventory #002256
6-5
接触属性高级选项设置
…初始穿透
Training Manual
? 初始穿透有如下选项设置:
– Include everything: 考虑来自几何上的初始穿透和指定偏移的初始穿 透.
– 在动力学分析中，初始影响阻止刚体运动 .动态地对该问题求解可解决 刚体位移问题.
– 你需要增加质量和阻尼，然后把静态分析转换成动力学分析 .
– 你必须确认系统在分析结束后进入静态.
? 否则，非零的加速度和速度将会产生假的阻尼力从而影响平衡
Adv
May 16, 2005 Inventory #002256
Training Manual
Adv
May 16, 2005 Inventory #002256
6-9
接触属性高级选项设置
B. 处理刚体运动
Training Manual
? 在静力分析中，两个或多个物体初始并没有连接，在接触创建前它 们可能产生刚体运动.
F
左图中，圆柱并无位移约束，
在圆柱和底盘接触后圆柱壳的
Training Manual
? 位移控制
– Load Step 1 ? 施加一个小的强制性位移.
– Load Step 2 ? 使用一个空的载荷步把位移控制转为力控制 .删除上步施加的位移 后施加力进行求解 (该载荷步应该迭代1到2次后就能够收敛).
? ANSYS中提供了几种模拟接触初始穿透的技术，它们需要初始几 何穿透值或/和指定的偏移值.
? 指定偏移值:
Adv
May 16, 2005 Inventory #002256
6-4
接触属性高级选项设置
…初始穿透
? 实常数 CNOF表示接触面偏 移.
– 正CNOF 值增加干扰. – 负CNOF 减少干扰或倒置间
6-13
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
? 位移控制
– 使用强制位移使两物体进入接触状态 . – 然后通过使用一个空的载荷步把位移控制转为力控制 .
Training Manual
小的强制性位移
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May 16, 2005 Inventory #002256
6-14
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
C. 对称与不对称接触 D. 各式调整
– 打开接触刚度 – 不对称接触选择 – 梁/壳 厚度效应 – 自动时间步
E. 一般故障的检查技巧
Training Manual
Adv
May 16, 2005 Inventory #002256
6-3
接触属性高级选项设置
A. 初始穿透
Training Manual
– 用户需用知道即将发生接触的具体位置 .当面为曲面或不规则面时该方 法较困难.
F
由于分网时的取整处理，物体
间可能存在小的间隙或穿透，
Adv
这可能导致不收敛.
May 16, 2005 Inventory #002256
6-12
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
Training Manual
? 动力学分析
第六章
接触属性－高级选项设置
接触属性高级选项设置
Training Manual
? 要成功的模拟接触关系需要很好的掌握 ANSYS中的众多工具，当 程序缺省设置不能满足要求时可使用工具进行调整 .
? 首先我们讨论面－面接触单元和点－面接触单元 (CONTA171-175).
– 点－点接触选项设置放在第九章中讨论 .
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May 16, 2005 Inventory #002256
6-2
接触属性高级选项设置
? 本章节包含以下主题:
A. 初始穿透 B. 处理刚体运动
– 对位移的控制 – 对力的控制 – Full 法瞬态动力学 – 使用弱弹簧 – 关闭间隙 (CNOF, ICONT, PMIN/PMAX, PSOLVE)
6-7
接触属性高级选项设置
…初始穿透
Training Manual
? 对于接触法向经常改变的接触问题，可尝试接触面目标面互换或去 掉有问题的接触单元.
目标面
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接触面
May 16, 2005 Inventory #002256
6-8
接触属性高级选项设置
…初始穿透- Workshop
? 可参考WORKSHOP中的相关章节: ? W6A. 初始穿透.
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可通过KEYOPT(9)设置
May 16, 2005 Inventory #002256
6-6
接触属性高级选项设置
…初始穿透
Training Manual
? 如果模型包含初始几何穿透的话，那么接触力会以阶跃的形式快速 增加到一个很大的值.
– 牢记：突然改变力会导致收敛困难，应该使初始穿透量用斜坡函数施 加.
– 在即将接触位置建立几何模型 – 动力学分析 – 位移控制 – 弱弹簧 – 使用无分离接触 （ KEYOPT(12) ） – 调整初始接触条件
Adv
May 16, 2005 Inventory #002256
6-11
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
Training Manual
? 即将接触
– Exclude everything: 忽略所有的初始穿透效应.
– Include with ramped effects: 逐渐施加穿透量以增加收敛.
– Include offset only: 仅考虑指定偏移带来的初始穿透.
– Include offset only w/ ramp: 仅考虑指定偏移带来的初始穿透，并逐 渐施加穿透量以增加收敛 .
? Include with ramped 选项和 Include offset only w/ ramp 有助于
克服收敛困难（在第一个载荷步中使初始穿透斜坡化） .
– 第一个载荷步中不应再施加其它载荷 .
– 保证 pinball 区域(PINB) 要比初始穿透要大.
Adv
May 16, 2005 Inventory #002256