最新ANSYS高级接触分析
ansys高级接触分析高级选项设置
Adv
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.
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。
《2024年基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用》范文
《基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用》篇一一、引言随着现代工程技术的快速发展，接触问题在各种工程领域中扮演着越来越重要的角色。
ANSYS软件作为一种强大的工程仿真工具，被广泛应用于解决各种复杂的工程问题，包括接触问题。
本文将详细介绍基于ANSYS软件的接触问题分析，并探讨其在工程中的应用。
二、ANSYS软件接触问题分析1. 接触问题基本理论接触问题是一种高度非线性问题，涉及到两个或多个物体在力、热、电等作用下的相互作用。
在ANSYS软件中，接触问题主要通过定义接触对、设置接触面属性、设定接触压力等参数进行模拟。
2. ANSYS软件中接触问题的分析步骤（1）建立模型：根据实际问题，建立相应的几何模型和有限元模型。
（2）定义接触对：在ANSYS软件中，需要定义主从面以及相应的接触类型（如面-面接触、点-面接触等）。
（3）设置接触面属性：根据实际情况，设置接触面的摩擦系数、粘性等属性。
（4）设定载荷和约束：根据实际情况，设定载荷和约束条件。
（5）求解分析：进行求解分析，得到接触问题的解。
3. 接触问题分析的难点与挑战接触问题分析的难点主要在于高度的非线性和不确定性。
此外，还需要考虑多种因素，如接触面的摩擦、粘性、温度等。
这些因素使得接触问题分析变得复杂且具有挑战性。
三、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程中的应用在机械工程中，ANSYS软件被广泛应用于解决各种接触问题。
例如，在齿轮传动、轴承、连接件等部件的设计和优化中，ANSYS软件可以模拟出部件之间的接触力和应力分布，为设计和优化提供有力支持。
2. 土木工程中的应用在土木工程中，ANSYS软件可以用于模拟土与结构之间的接触问题。
例如，在桥梁、大坝、建筑等结构的分析和设计中，ANSYS软件可以模拟出结构与土之间的相互作用力，为结构的设计和稳定性分析提供依据。
3. 汽车工程中的应用在汽车工程中，ANSYS软件被广泛应用于模拟汽车零部件之间的接触问题。
ANSYS高级接触分析
ANSYS高级接触分析ANSYS是一种工程仿真软件，可以用于进行各种结构、流体和多物理场的仿真分析。
其中，高级接触分析是ANSYS的一项强大功能，可以用于模拟两个或多个物体之间的接触行为，包括刚性接触、弹性接触和非线性接触。
本文将介绍ANSYS高级接触分析的基本原理、应用领域和实例。
ANSYS高级接触分析的基本原理是通过数值方法来求解接触问题。
其基本思想是将接触问题分解为两个或多个物体之间的几何约束和力学方程，并通过离散化和迭代求解来得到接触状态和接触力。
在求解过程中，可以考虑物体之间的几何形状、材料特性、摩擦力和接触刚度等因素，以模拟真实接触行为。
ANSYS高级接触分析的应用领域非常广泛，例如机械工程、汽车工程、电子工程和生物医学工程等。
在机械工程领域，可以用于模拟齿轮传动、轴承接触和摩擦等问题。
在汽车工程领域，可以用于模拟刹车片与刹车盘之间的接触行为。
在电子工程领域，可以用于模拟芯片与散热器之间的接触热阻。
在生物医学工程领域，可以用于模拟骨骼和关节之间的接触力和摩擦力。
下面以模拟齿轮传动为例，介绍ANSYS高级接触分析的实例。
假设有两个齿轮，需要分析它们之间的接触行为。
首先，在ANSYS中建立齿轮的几何模型，并定义材料特性和接触边界条件。
然后，设置求解器和参数，运行仿真计算。
最后，通过结果分析和后处理，得到齿轮之间的接触力、接触应力和接触变形等信息。
在该实例中，ANSYS高级接触分析可以帮助工程师评估齿轮传动的安全性和可靠性。
通过模拟齿轮之间的接触行为，可以得到接触力的分布和接触应力的大小，进而判断齿轮是否会发生磨损、疲劳和断裂等问题。
如果发现问题，可以进一步优化齿轮设计，以提高传动效率和使用寿命。
总的来说，ANSYS高级接触分析是一种强大的工程仿真技术，可以用于模拟各种接触问题。
通过该技术，工程师可以评估接触行为的性能和可靠性，优化设计方案，提高产品的质量和竞争力。
因此，掌握ANSYS高级接触分析技术对于工程师来说是非常重要的。
最新ansys 接触分析
a n s y s接触分析ansys 接触分析接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。
一般的接触分类接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，半柔体─柔体的接触，在刚体─柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触，另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。
ANSYS接触能力ANSYS支持三种接触方式：点─点，点─面，平面─面，每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。
为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个结点。
如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于ANSTS使用的接触单元和使用它们的过程，下面分类详述。
点─点接触单元点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，你需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）如果两个面上的结点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─与的接触问题的典型例子。
ANSYS高级接触问题73852
• 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。
§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）
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
• Step 1. 建立基体有限元模型
• 设置基体单元类型、实常数、材料特性
• 给基体分网：
• 命令：AMESH
•
VMESH
• Step 2. 指定接触面和目标面
• 对于刚一柔接触，目标面总是刚性面；
• 对于柔－柔接触，目标面和接触面的不同选择会产生 不同的穿透（图3-1），并且影响求解精度。
图3-1
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)
一个合理的时间载荷增量，需要在接触预测中选择此 项。适用于静态分析和连续接触时瞬态分析。 • 3－最小值：该选项为下一子步、预报时间增量的最 小值（计算费用十分昂贵，建议不用）。这个选项在 碰撞和断续接触分析中是有用的。
ANSYS_最新接触技术分析_MPC
4． 三维梁-梁接触
ANSYS提供了一种新的线－线接触单元 (CONTA176)可以用来模拟三维梁或管之间的大 变形接触，包括一根管在另一根管内部滑动的 管接触、相邻两根近似平行梁之间的外部接触、 两根交叉梁之间的外部接触等各种形式。
ANSYS数十年来一直根据高级分析的需要而不断地开发最新的接触算法和技术，确保在接 触分析方面始终处于行业领先地位，下面简要概述ANSYS接触分析功能的几个主要特色。
1． 丰富的接触算法
ANSYS软件包括丰富的接触算法，如拉格朗日乘子法、罚函数法、增广拉格朗日法、MPC 多点约束算法等，这些接触算法适用于不同分析问题，正确使用这些算法可以有效的帮助用户解 决接触数值计算中出现的过约束、穿透量控制、接触力平衡和接触应力计算精度等棘手的问题。
6． 结构－热－电－磁耦合接触 ANSYS可以独特地模拟结构－热－电－磁耦合接触问题（如点焊过程的模拟），热接触面
之间的传导、对流、辐射、摩擦生热量分配、焦耳热分配等参数，以及电/磁接触面之间的导电/ 导磁参数等均可根据接触状态自动定义或人工定义。另外，利用ANSYS独有的双向流固耦合分 析功能，还可模拟装配缝隙在流体压力作用下的涨开和流体泄漏等。
2． 独特的基于高斯点的接触探测
ANSYS的接触单元从一开始就独特地采用了基于高斯点的接触算法，具有非常强的优势： 可完美地与诸如20节点六面体、10节点四面体、8节点面等高阶单元结合使用，这是其它接触算 法无法做到的，这也是为什么很多有限元分析程序在作接触分析时都要求用户最好采用低阶单 元，而这在模拟复杂结构时要想有效地获得高精度是非常困难的。
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高级接触问题处理
§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（防止接触表面相互穿透）； • —在接触表面之间传递接触应力（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。
“红领巾”真好
ANSYS高级接触问题处理
厦门市松柏第二小学 吴小蔚
• 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、表面之 间是接触或分开是未知的，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。
面上其它节点约束。控制点能控制目标面的运动。
• 对Seal.dat施加的边界条见图3－3。
• Step 7.定义求解选项和载荷步，以下是默认 设置
• ·推荐使用N.L求解自动控制 • ·使用不带自适应下降的full Newton-
Raphson法求解 • ·时间步必须足够小。使用自动时间步。 • ·子步数的最大值（NSBMX）应较大，最小值
面一面接触单元
• §1 概述 • 面－面接触单元，是模拟任意两个表面间接触的方法。表面可以具有任意形
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 • －刚性表面由“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：开始使用高级选项之前，先试着采用缺省设置：只指定罚刚 度，穿透容差和子步数，然后进行分析。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。
ANSYS接触类型分析
ANSYS接触类型分析ANSYS接触类型分析是指通过使用ANSYS软件进行接触问题的模拟和分析。
接触问题是工程和科学中一个非常重要的领域，包括各种材料之间的接触和摩擦现象。
接触类型分析可以用于研究材料之间的接触压力、接触应力、接触面形变等现象，对设计和优化接触表面的摩擦和力学性能具有重要意义。
在ANSYS中，接触类型分析可以通过以下几个步骤进行：1.几何建模：首先需要对接触系统进行几何建模。
这包括对接触物体的几何形状进行建模，并确定接触点的位置和接触面的形状。
在ANSYS中可以使用3D建模工具进行几何建模。
2.材料定义：接下来需要为接触物体定义其材料属性。
材料属性包括弹性模量、泊松比等力学特性。
在ANSYS中可以通过材料库或自定义材料参数来定义材料属性。
3.网格划分：在进行接触类型分析之前，需要对几何模型进行网格划分。
网格划分对接触分析结果的准确性和计算效率有很大影响。
ANSYS提供了不同类型和密度的网格生成工具，并根据需要选择适当的网格划分方法。
4.接触定义：在ANSYS中，可以通过多种方式定义接触类型。
最常用的是基于节点间的接触定义，即定义接触区域和接触材料的属性。
可以选择不同的接触模型，如无限平面接触、接触解脱接触等，以满足不同的接触问题需求。
5.边界条件：在进行接触类型分析时，需要定义适当的边界条件。
边界条件可以包括施加的力、位移限制等。
在ANSYS中，可以通过施加边界条件来模拟不同的工况和载荷情况。
6.求解器设置：在进行接触类型分析之前，需要选择合适的求解器，并设置相应的求解参数。
ANSYS提供了多种求解器选项，可以根据需要选择合适的求解器。
7.后处理：当接触类型分析计算完成后，可以进行后处理，包括结果的可视化、提取关键数据和分析结果。
ANSYS提供了丰富的后处理工具来分析和展示接触分析结果。
除了基本的接触类型分析，ANSYS还提供了一些高级功能和扩展模块，以满足复杂接触问题的模拟和分析需求。
ANSYS高级接触问题73852
◦
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。
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
•
所有的高级选项也可以通过接触向导来控制。
§2 面－面接触单元
• 使用面－面接触单元计算刚－柔、柔－柔接触分析。 • 把一个面指定为目标面（Target），另一个面指定为接触
面（contant），合起来叫接触对。 • 接触单元被约束不能侵入目标面，然而目标单元能侵入接
触面。 • 2D目标单元 • TARGE169 :
§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。
力和变形，另一表面为软材料构成是可变形的。
ANSYS高级接触问题73852资料
◦
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
◦
刚性表面由“控制节点 – pilot node”控制
◦
热接触特性
◦
众0 个可用的实常数、2 个材料属性和 30 个可用
• 检查外法线方向（这在自动划分刚性目标面时非常重要） 图 3-3
• 打开单元坐标系标志并重绘单元
/PSYMS,ESYS,1 • 目标单元外法线方向应该指向接触面。如果单元法向
不指向接触面，用命令使之反转：
ESURF,,REVE
图3-3
• 例：Seal.dat (图3-3)
• Step 5. 建立接触面单元
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。
过程。
§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
§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。
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1-3
• ·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）
表面
• CONTA172 2D、3节点高阶单元，可用于带中间节点的二维实体单 元表面
• ·3D目标单元
• TARGE170
§3 面一面接触分析步骤、实例 （不通过接触向导创建接触对）
• Step 1.建立基体有限元模型
• 设置基体单元类型、实常数、材料特性
• 给基体分网：
• 命令：AMESH
•
VMESH
不再明显改变。
§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。
面上其它节点约束。控制点能控制目标面的运动。
• 对Seal.dat施加的边界条见图3－3。
• Step 7.定义求解选项和载荷步，以下是默认 设置
• ·推荐使用N.L求解自动控制 • ·使用不带自适应下降的full Newton-
Raphson法求解 • ·时间步必须足够小。使用自动时间步。 • ·子步数的最大值（NSBMX）应较大，最小值
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
·接触分析中自动时间步的其它注意事项：
• 与所有其它非线性分析一样，对接触问题，时间步长是非 常有力的提高收敛性的工具。
• 采用足够小的时间步长以获得收敛。 • 对于冲击瞬态分析，必须使用足够数量的计算步以描
述表面间的动量转移。 • 对于路径相关现象（如接触摩擦），相对较小的最大
时间步长对计算精度是必须的。
• 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
• 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。
§3 自动时间步、控制
接触单元的 Keyopt（7）选项控制时间步的预报。 • 0－无控制：不影响时间步尺寸。当自动时间步开关
◦
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。
打开时，对于静态问题通常选此项。 • 1－自动缩减：如果接触状态改变较大，将时间步二
分。对于动态问题，自动缩减通常是充分的。 • 2－合理的：比自动缩减花费时间更长的算法。为保
持一个合理的时间载荷增量，需要在接触预测中选择 此项。适用于静态分析和连续接触时瞬态分析。 • 3－最小值：该选项为下一子步预报时间增量的最小 值（计算时间很长，建议不用）。这个选项在碰撞和 断续接触 (接触状态不断改变) 分析中是有用的。
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
§2 面－面接触单元
• §1 概述
• 面－面接触单元，是模拟任意两个表面间接触的方法。表面可以具有任意形 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：
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。
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。
◦
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
◦
刚性表面由“控制节点 – pilot node”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
§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
ANSYS高级接触分析
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。
◦
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ห้องสมุดไป่ตู้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：
◦
初始估计时：
◦
对于大变形: 0.1*E < KN < 1.0*E
§2 摩擦
1、两个接触体的剪切或相互滑动行为可以是无摩擦的， 也可以是有摩擦的
• 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 (摩擦力)。 2、摩擦消耗能量，并且是路径相关行为。 • 为获得较高的精度，时间步长必须很小（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。
• 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。