Ansys螺栓联接的接触分析
ANSYS接触分析(中文)
接触问题（参考ANSYS的中文帮助文件）当两个分离的表面互相碰触并共切时，就称它们牌接触状态。
在一般的物理意义中，牌接触状态的表面有下列特点：1、不互相渗透；2、能够互相传递法向压力和切向摩擦力；3、通常不传递法向拉力。
接触分类：刚性体－柔性体、柔性体－柔性体实际接触体相互不穿透，因此，程序必须在这两个面间建立一种关系，防止它们在有限元分析中相互穿过。
――罚函数法。
接触刚度――lagrange乘子法，增加一个附加自由度（接触压力），来满足不穿透条件――将罚函数法和lagrange乘子法结合起来，称之为增广lagrange法。
三种接触单元：节点对节点、节点对面、面对面。
接触单元的实常数和单元选项设置：FKN：法向接触刚度。
这个值应该足够大，使接触穿透量小；同时也应该足够小，使问题没有病态矩阵。
FKN值通常在0.1~10之间，对于体积变形问题，用值1.0（默认），对弯曲问题，用值0.1。
FTOLN：最大穿透容差。
穿透超过此值将尝试新的迭代。
这是一个与接触单元下面的实体单元深度（h）相乘的比例系数，缺省为0.1。
此值太小，会引起收敛困难。
ICONT：初始接触调整带。
它能用于围绕目标面给出一个“调整带”，调整带内任何接触点都被移到目标面上；如果不给出ICONT 值，ANSYS根据模型的大小提供一个较小的默认值（＜0.03＝PINB：指定近区域接触范围（球形区）。
当目标单元进入pinball区时，认为它处于近区域接触，pinball区是围绕接触单元接触检测点的圆（二维）或球（三维）。
可以用实常数PINB调整球形区（此方法用于初始穿透大的问题是必要的）PMIN和PMAX：初始容许穿透容差。
这两个参数指定初始穿透范围，ANSYS把整个目标面（连同变形体）移到到由PMIN和PMAX指定的穿透范围内，而使其成为闭合接触的初始状态。
初始调整是一个迭代过程，ANSYS最多使用20个迭代步把目标面调整到PMIN和PMAX范围内，如果无法完成，给出警告，可能需要修改几何模型。
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。
Ansys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，和柔体－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，和面－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ANSYS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－面的接触问题的典型例子。
ANSYS接触类型分析.
Workbench中提供了5种接触类型，单从字面上很难理解这几种接触的区别，下面将帮助中关于这几个接触类型的描述翻译出来，供参考:1.Bonded（绑定）:这是AWE中关于接触的默认设置。
如果接触区域被设置为绑定，不允许面或线间有相对滑动或分离。
可以将此区域看做被连接在一起。
因为接触长度/面积是保持不变的，所以这种接触可以用作线性求解。
如果接触是从数学模型中设定的，程序将填充所有的间隙，忽略所有的初始渗透。
2.No Separation（不分离）:这种接触方式和绑定类似。
它只适用于面。
不允许接触区域的面分离，但是沿着接触面可以有小的无摩擦滑动。
3.Frictionless（无摩擦）:这种接触类型代表单边接触，即，如果出现分离则法向压力为零。
只适用于面接触。
因此，根据不同的载荷，模型间可以出现间隙。
它是非线性求解，因为在载荷施加过程中接触面积可能会发生改变。
假设摩擦系数为零，因此允许自由滑动。
使用这种接触方式时，需注意模型约束的定义，防止出现欠约束。
程序会给装配体加上弱弹簧，帮助固定模型，以得到合理的解。
4.Rough（粗糙的）:这种接触方式和无摩擦类似。
但表现为完全的摩擦接触，即没有相对滑动。
只适用于面接触。
默认情况下，不自动消除间隙。
这种情况相当于接触体间的摩擦系数为无穷大。
5.Frictional（有摩擦）:这种情况下，在发生相对滑动前，两接触面可以通过接触区域传递一定数量的剪应力。
有点像胶水。
模型在滑动发生前定义一个等效的剪应力，作为接触压力的一部分。
一旦剪应力超过此值，两面将发生相对滑动。
只适用于面接触。
摩擦系数可以是任意非负值。
其他总结：Bonded：无相对位移，如同共用节点。
No Separation：法向不分离，切向可以有小位移。
后面三种为非线性接触。
Frictionless：法向可分离，但不渗透，切向自由滑动。
Rough：法向可分离，不渗透，切向不滑动。
Frictional：法向可分离，不渗透，切向滑动，有摩擦力。
ansys高级接触分析第11章-螺栓预紧
螺栓预紧
...一般过程
• 可以进行如下操作删除预拉伸单元:
– Preprocessor > Modeling > Delete > Pre-tens Elemnts
• ANSYS会自动删除预拉伸单元并在切割处合并节点.
– 然而,预拉伸节点K并没有被删除
预载荷方 向
• 可以是任意位置.
• 有一个自由度: UX.
• 用来定义预载荷FX或UX. • 作用线为预拉伸载荷方向
K
节点 I 预拉伸面
螺栓 — 实体, 壳 或梁
May 16, 2005 Inventory #002256 11-5
螺栓预紧
…PRETS179单元
• 预拉伸单元特征:
– 预载荷方向固定 – 旋转时仍保持不变 – 无材料属性或关键选项 – 和螺栓相连接的单元可以是实体、壳体或梁，高阶的或低阶的 – 使用GUI方式自动生成单元
• 下面我们详细讨论3、4两步.
May 16, 2005 Inventory #002256 11-7
螺栓预紧
...一般过程
创建预拉伸单元 • 在所有结构都划分好网格后的下一步创建预拉伸单元. – 使用PSMESH
• 紧固件必须作为一个零件划分网格.
• 两个选项:
• PSMESH将把紧固件切割成两部分并使用预拉伸单元生成预拉伸截面.
…螺栓预紧
• 尽管预拉伸单元存在接触问题，但该章节我们主要讲解如何预拉伸 螺栓
• 该章包括以下几个主题:
A. PRETS179 单元 B. 一般过程 C. Workshop
May 16, 2005 Inventory #002256 1
ANSYSWorkbench软件中两种螺栓连接仿真方法的研究
螺距 为 １ ． ５ ｍｍ ， 半螺纹 角 为 ３ ０ 。预 紧 力 是 螺 栓 结 构 模 拟 中重 要 的 一 方 面 ， 它传递 模型 中的 负载 ， 同 时 维 持
一
中， 不 要 求模 型 有 详细 的 螺纹 几 何形 状 ， 计算 速 度 快 ，
但 是 可 能 存 在 接 触 区 域 丢 失 的 问 题 。螺 纹 区 域 法 具 有 接 近 真 实 螺 栓 模 型 精 度 的 简 化 模 型 ，不 需 要 准 确 的 几 何 细节 和精 细 网格 ， 属 于廉价计 算 方法 ， 采 用基 于高斯
积 分 的 接 触 探 测 ， 能 有 效 避 免 锐 角 相 交 时 接 触 方 向 的
小 部 分 螺 栓 上 的
外 部 负 载 。螺 栓 上
的 预 紧 力 由 螺 栓 紧 固引起 ， 将 盖 板 紧 固 到基 板上 。 笔者 分析 仿 真 的 是 ３ ． ６级 性 能 螺 栓 ，材 料 选 取
ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｂ ｏ ｌ ｔ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｂ ｏ ｔ ｈ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｄ ｏ ｎ ｏ ｔ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｉ ｆ ｎ ｅ ｇ ｒ ｉ ｄ，
了各 自的特 点与适 用场合 。
关键 词 ： 螺栓
计算 机
仿真
文献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ０ — ４ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ６ － ０ ０ ５ ９ － ０ ４
中图分 类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ １ ． ３
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ＡＮＳ ＹＳ Ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ＭＰ Ｃ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｆ ｉｅ ｌ ｄ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ
Ansys workbench 螺栓接触实例操作
8例1 螺栓连接件分析如图所示为一螺栓连接的法兰连接件简图，法兰一端及内侧面固定约束。
载荷1为螺栓预应力1000N载荷2为螺栓预应力1500N载荷3为螺栓预应力2000N根据实际情况，自己设定接触类型，其中摩擦类型接触对时，摩擦系数为0.1 为方便设置，材料均取钢材，求其变形及应力。
边界条件螺栓连接件分析1 导入几何模型，进入DS模块2 材料设置选择默认的材料：Structural Steel3 设置接触螺栓与螺母的接触类型为Bonded螺栓杆与法兰的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1螺栓杆与垫片内壁的接触类型为Frictional，摩擦系数为0.1其余接触类型为No Separation4 网格划分5 选择分析类型·在“New Analysis”中选择结构静力学分析“Static Structural”；6 施加约束与载荷1）施加固定约束·点击“Static Structural”，在“Supports”中选择固定约束“Fixed Support”·选择法兰一端及内侧面固定约束；2）施加载荷·选择载荷1处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1000N ·选择载荷2处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为1500N ·选择载荷3处螺栓杆表面，添加螺栓预应力“Bolt Pretension”大小为2000N5 设定求解类型1）求解变形·点击“solution”，点击“Deformation”选择“Total”，求解变形·点击“Stress”，选择“Equivalent (V on-Mises)”，求解等效应力6 单击“Solve”求解7 观察求解结果·点击“Total Deformation”查看变形·点击“Equivalent Stress”查看应力分布例2卡紧散热片的不锈钢扣件受力分析扣紧件是一个不锈钢的卡子，因为散热片同功率部件之间的接触力同最终的散热有很大关系，因此研究力的大小是很有意义的。
ANSYS有限元分析_高级接触问题
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
· 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。 • －对于瞬态分析，冲击时必须使用足够数 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。
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螺栓联接的接触分析
第一篇 ANSYS结构分析第1章接触分析1.1 螺栓和法兰联接的接触分析在各种机械结构中，螺栓联接是一种简单而普遍的联接形式。
螺栓联接的研究历史悠久，一个世纪以来，各种科研机构均对其进行过深入细致的研究，多采用两种常用的方法，理论解析法和有限单元法。
由于理论解析法要对结构进行简化，忽略了结构中许多非线性因素影响，如：螺栓联接结构的螺栓预紧作用和被联接法兰面之间的接触等非线性行为均不能模拟，分析的结果误差较大。
ANSYS有限元分析软件具有很强的非线性接触行为模拟能力，同时还能利用新开发的Pretention179单元模拟螺栓的预紧作用。
下面结合一个实际例子模拟说明螺栓和法兰之间的联接。
水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件，连接着水轮发电机主轴和转子支架。
在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。
如果联轴螺栓联接不可靠，被联接法兰间存在间隙，必将会导致机组振动过大，影响机组的正常稳定运行。
情况严重时将导致联轴螺栓断裂，主轴脱落，产生不可挽回的损失。
下面的例子重点分析了主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘的接触状态，利用ANSYS的APDL（ANSYS Parametric Design Language）脚本编程语言，编制程序进行参数化优化设计，这样就可以快捷地分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。
该方法具有相当的通用性，适用于模拟多种螺栓联接结构。
图1-1 主轴联轴螺栓结构有限元剖分示意图图1-2 主轴联轴螺栓结构边界条件针对上面结构的模型，采用了参数化编程语言编制了APDL程序，建立了螺母和圆盘，螺母和主轴，圆盘和主轴之间的接触对，详细讲述了接触对的建立方法。
同时还详述了螺栓预紧单元（Pretention179）的建立方法和预紧单元的加载方法以及求解中需要注意的事项。
下面结合APSL程序说明模拟过程，重要步骤给出GUI操作方式。
ANSYS软件版本选用ANSYS6.1。
!**********************************************************! 设置结构基本参数（参数可以按不同结构改变）! 参数单位为力：N，长度：mm，弹性模量：N/mm2，密度：tons/mm3!***********************************************************SET,RAD_I,1250/2 !主轴内半径*SET,RAD_PANI,705 !圆盘内半径*SET,RAD_O,2450/2 !主轴外半径*SET,RAD_PANO,1830 !圆盘外半径*SET,RAD_B,180/2 !螺栓孔径*SET,M_BOLT,160 !螺栓最小直径*SET,M_BH1,350+170+50 !螺栓在主轴方向长度*SET,M_BH2,350+170+250 !螺栓在圆盘方向长度*SET,M_NUT,280/2 !螺母大半径,六面体对角线长度*SET,H_NUT,170 !螺母高*SET,RAD_DRILL,2140/2 !螺栓节圆半径*SET,RAD_M,750+150 !主轴内止口半径*SET,H_M,18 !主轴内止口高度*SET,RAD_BI,1950/2 !螺栓孔划平处内径*SET,RAD_BO,2330/2 !螺栓孔划平处外径*SET,RAD_BH,5 !螺栓孔划平处高度*SET,F_RAD,45 !主轴与划平处过渡圆角半径*SET,FH_RAD,1855/2 !螺栓孔划平处内半径*SET,R_FILLT,125 !主轴过渡圆角*SET,N,15 !螺栓分度数*SET,KEY_W,290 !切向定位键宽*SET,KEY_H,130 !切向定位键高*SET,TH,200 !主轴轴壁最薄处厚度*SET,FLANG_H1,350 !主轴法兰高度*SET,FLANG_H2,350 !圆盘高度*SET,H_SHAFT,350+490 !主轴上倾斜部分高度*SET,H_SH,H_SHAFT+500 !主轴总高度*SET,PI,ACOS(-1) !PI值*SET,ELEMSIZE,60 !拉伸单元大小（可根据结构尺寸调节）/GRAPHICS,POWER !Activate PowerGraphics!****************************************! 加载参数!*****************************************SET,DISP_B,0.75 !螺栓预紧的伸长量*SET,ZMAX,H_SH !轴向方向最高处,加轴向力位置*SET,F_EXT,22.9215E+5*12 !总的轴向力*SET,F_EEF,30.827E+5*12 !半数磁极短路时在BOLT中引起的拉力*SET,R_OUT,RAD_PANO !圆盘外半径*SET,T_W,375 !圆盘被约束宽度*SET,U_R,R_OUT-T_W !圆盘被约束处内半径!****************************************! 准备建立模型!****************************************/PREP7 !进入ANSYS前处理器ET,1,185 !定义实体单元类型为三维8节点Solid185块体单元 GUI操作路径：ANSYS M ain Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add → select Solid Brick 8node 185 →OK →Close (the Element Type window) MP,EX,1,2.06E5 MP,NUXY,1,0.29MP,DENS,1,7.85E-9 !定义主轴材料为材料1GUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models → Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.06e5, PRXY:0.29 → OKANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models → Structural →Linear →Density →input DENS:7.85e-9 → OKMP,EX,2,2.06E5MP,NUXY,2,0.29MP,DENS,2,7.85E-9 !定义圆盘材料为材料2GUI操作路径：同上。
螺栓连接 ansys有限元分析
螺栓联接的有限元分析问题描述如图所示，两个长方形平板通过两个螺栓连接在一起，具体几何尺寸如下：L1=0.05m,L2=0.03,L3=0.03,L4=0.09,W=0.07,板子的厚度H=0.008m，螺母半径R1=0.008m，螺母厚度H1=0.004，两个螺栓的中心距L=0.03m，螺杆半径R2=0.05，模型采用SOLID186单元模拟板子，采用接触向导定义接触对，材料参数：板材的弹性模量为2.1E11pa,泊松比0.3，应力应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度为400Mpa,切线模量为2E10pa,螺栓的弹性模量为 2.1E11pa,泊松比为0.32，应力-应变关系为双线性等向强化，其中屈服强度600Mpa,切线模量为2E10pa。
载荷及边界条件：螺栓连接模型承受螺栓预拉伸应力和外拉伸两种载荷，因此计算中采用两个载荷步进行加载，第一个载荷设置螺栓的预拉伸力为1000N，第二个载荷步设置板子的右端承受60Mpa的拉力固定约束在板子左端一、建立有限元模型（1）定义单元类型本实例分析的问题中涉及到大变形，故选用Solid186单元类型来建立本实例的模型。
本接触问题属于面面接触，目标面和接触面都是柔性的，将使用接触单元TARGE170和CONTA174来模拟接触面。
接触单元在分析过程中使用接触向导时可以自动添加，这里就不再添加。
下面为定义单元类型的具体操作过程。
1．选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types (单元类型)对话框。
单击对话框中的Add按钮，将弹出Library of Element Types (单元类型库)对话框。
2．在单元类型库对话框中，靠近左边的列表中，单击“Structural Solid”一次，使其高亮度显示，指定添加的单元类型为结构实体单元。
然后，在靠近右边的列表中，单击“Brick 8node 186”一次，选定单元类型Solid186 为第一类单元。
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。
4基于ANSYS经典界面的单个螺栓联接的分析-1
4基于ANSYS经典界面的单个螺栓联接的分析-1螺栓联接是机械联接中的一种常见方式。
在对机械装配体进行有限元分析时，经常涉及到螺栓联接的分析问题。
那么如何对螺栓联接进行分析呢？方法很多，这主要取决于问题本身的性质及分析的目的。
本文以单个螺栓联接分析为例，说明如何在ANSYS经典界面中进行有预紧的螺栓联接分析。
之所以选择经典界面，是为了清晰地说明ANSYS进行螺栓分析的实质。
虽然在WB中也可以方便的进行螺栓预紧的分析，但是那里只能看到表面现象，而对于弄清楚其建模的实质帮助不大。
该例子来自于《ANSYS机械工程应用精华50例》的第47个例子。
【（第三版），高耀东，刘学杰主编，电子工业出版社，2011.】，本文主要对其加强了显示部分和讲解部分，以便用户能更清晰地理解其分析过程。
本篇对于螺栓联接使用完整的三维建模方式，第二篇使用简化建模方式。
=============================================================================== 【问题描述】一个连接结构由上连接板，下连接板，一个螺栓，一个螺母构成。
如下图所示。
该图只绘制了整个连接的四分之一，因为对称的缘故，只分析四分之一就足够。
该联接很简单，就是一个螺栓加上一个螺母把上下两块连接板固定在一起。
现在给螺栓施加5000N的预紧力，然后施加1000N的工作载荷，要求施加该预紧力及施加工作载荷后，螺栓中的应力分布状态，以及两块连接板的应力状态。
【问题分析】1. 几何建模。
由于问题简单，直接在ANSYS中进行建模，对于螺栓分成四个空心圆柱体，而螺母是一个空心圆柱体（蓝色），它们之间均使用粘接的方式进行连接。
2. 预紧力的施加。
首先需要创建一个预紧截面，并对此截面划分网格，从而生成预紧单元。
这里对螺栓的与其轴线垂直的中截面生成预紧截面，并在此截面上创建预紧单元。
这些单元形成以后，在其上施加预紧力就可以。
Ansys15.0螺纹接触分析(经典版和WB版)
赵九峰 作品
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给选择的接触面节点组赋接触单元属性，如选择单元174， 截面为bol，即第三步建立的截面；并划分出接触单元。
同理，选择的目标面节点组赋目标单元属性（目标单元不用指 定截面），并划分出目标单元。
赵九峰 作品
未经作者同意，请勿转载或用于商业用途
螺栓在大型设备中，载荷形式复杂，可利用子模型分析， 对局部进行螺纹分析；
本讲仅对三维模型进行分析，二维螺纹分析雷同，可比较 练习。
赵九峰 作品 未经作者同意，请勿转载或用于商业用途
谢谢！
赵九峰 ：河南平顶山人，09年大连理工大学工程机械硕士毕业， CAD/CAE工程师，仿真论坛Ansys WB 版主；主要从事游乐设备设计、 计算、有限元仿真，3D建模、CAD制图、撰写设计计算说明书、申报鉴 定文件，并对游乐设备设计、制造、申报鉴定流程提供指导。
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1.1 建立接触面节点组和目标面节点组
建立节点组的目的，是为了方便划分接触单元和目标单 元，提前建立节点组，为第四步划分单元提供便利。
划分网格后（选择实体单元、赋材料属性、划分网格不再累述），选 择接触面上的节点，建立节点组，并命名，如sur；同理，选择目标 面节点，建立节点组，命名如tar。
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定义螺纹连接的接触摩擦系数。如定义摩擦系数为0.15。
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1.3 建立螺纹截面，并赋截面属性
螺纹截面属性包括截面ID号、截面类型；螺纹的公称直径、 螺距、升角以及螺纹的长度。 所图例，ID号为2、界面类型为Bolt，即螺栓。
Ansys 做接触分析
对于接触面的选择的指导原则：1、对于点对面有：1）如果一个面的接触部分四平的或凹的，另一个面的接触部分是尖的或凸的，则平、凹面是目标面。
2）如果两个面都是平的，则任意选择3）如果两个面都是凸的，则较平的的面作为目标面。
4）如果一个接触部分有尖边，另一个没有，则有尖边的面作为目标面。
平的通常为2、对于面对面有：1）如果一个凸面与一个平面或凹面接触，平面或凹面是目标面；2）如果一个面比另一个面硬，则较硬的面应该为目标面；3）如果一个面比另一个面大，则较大的面应该为目标面；4）如果一个面上的网格比较粗，另一个面的网格较细，则较粗的面应该是目标面；5）如果一个面是高阶，另一个面是低阶，低阶面应该是目标面。
总结:弱小的、宽容的、差的通常为目标面3、接触单元常数（ ET,K,169 !K - 指定的单元编号 ET,K+1,172）目标单元（刚性）——targe 169 or targe 170Targe 单元的实常数有：R1、R2 定义目标单元几何形状CONTA单元的实常数包括：No. Name Description1 R1 Target circle radius（刚性环半径）2 R2 Superelement thickness（单元厚度）*3 FKN Normal penalty stiffness factor（法向接触刚度因子）*4 FTOLN Penetration tolerance factor（最大允许的穿透）*5 ICONT Initial contact closure（初始闭合因子）6 PINB Pinball region（“Pinball”区域）*7 PMAX Upper limit of initial allowable penetration（初始穿透的最大值）*8 PMIN Lower limit of initial allowable penetration（初始穿透的最小值）*9 TAUMAX Maximum friction stress（最大的接触摩擦）*10 CNOF Contact surface offset（施加于接触面的正或负的偏移值）11 FKOP Contact opening stiffness or contact damping*12 FKT Tangent penalty stiffness factor（切向接触刚度）13 COHE Contact cohesion（滑动抗力粘聚力）14 TCC Thermal contact conductance（热接触传导系数）15 FHTG Frictional heating factor（摩擦耗散能量的热转换率）16 SBCT Stefan-Boltzmann constant17 RDVF Radiation view factor18 FWGT Heat distribution weighing factor19 ECC Electric contact conductance20 FHEG Joule dissipation weight factor21 FACT Static/dynamic ratio（静摩擦系数和动摩擦系数的比率）22 DC Exponential decay coefficient（摩擦衰减系数）23 SLTO Allowable elastic slip24 TNOP Maximum allowable tensile contact pressure25 TOLS Target edge extension factor附注：+值作为比例因子，-值作为绝对值；带*号的实常数比较重要，关乎接触分析的收敛；一般实常数可为缺省值。
ansys接触分析讲解
关于使用节点对表面接触单元的详细信息请参看 ANSYS结构分析指 南 (ANSYS Structural Analysis Guide) .
October 20, 2000
8-20
接触刚度
• 点对点(接触12单元和接触52单元)和节点对表面(接触48单元和接 触49单元)接触单元都要求给出罚刚度.
• 注意点对点接触只能用于低次单元.
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节点对节点接触过程
接触12单元和接触52单元既能用直接生成法创建, 也能在重合节点 处创建单元.
前处理器 -> 创建 -> 单元 -> 在重合节点 ( Preprocessor -> Create -> Elements -> At Coincid Nd)
8-9
接触协调条件
将罚函数法和拉格朗日乘子法结合起来施加接触协调条件合称为增 强的拉格朗日法. 在迭代的开始, 接触协调条件基于惩罚刚度决定. 一旦达到平衡, 就检 查许可侵入量. 这时, 如果有必要, 接触压力增大, 继续进行迭代.
F
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许可侵入量
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接触问题提出两个重要的挑战:
• 在多数接触问题中接触区域是未知的. 表面与表面会突然接触 或突然不接触, 这会导致系统刚度的突然变化.
• 多数接触问题包括摩擦. 摩擦是与路径有关的现象, 这要求精 确的加载历史. 摩擦的响应还可能是杂乱的, 使求解难以收敛.
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关于耦合和约束方程的注释
用于罚刚度, 可以这样估算: k = fE
ANSYS接触分析精华
ANSYS接触分析精华ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以帮助工程师进行各种结构和材料的力学性能分析。
在ANSYS中，接触分析是一个重要的模块，它可以模拟在不同物体之间的接触行为。
本文将介绍ANSYS接触分析的精华内容及其应用。
1. 接触分析的基本原理接触分析是通过建立不同物体之间的节点接触来模拟物体间的接触行为。
在ANSYS中，通过采用节点到节点的接触关系，来模拟物体之间的接触和相互影响。
接触分析的基本原理是基于虚功原理和平衡方程，利用迭代计算方法求解出物体之间的接触压力、接触应力分布、接触区域等参数。
2. 接触问题的分类在ANSYS中，接触问题可分为无接触和有接触两类。
无接触问题是指物体之间不存在接触行为，而有接触问题则包括有限元模型中物体间的相互接触。
有接触问题又可细分为针对不同接触类型的分析，如点对面接触、面对面接触或多物体接触等。
ANSYS提供了不同类型接触分析的功能模块，可以根据实际情况选择合适的接触类型进行模拟。
3. 接触分析的关键步骤3.1 几何建模：在进行接触分析前，需要首先进行几何建模。
ANSYS提供了丰富的几何建模工具，可以创建各种复杂形状的模型。
3.2 网格划分：在进行接触分析前，需要将模型进行网格划分。
合适的网格划分能够保证分析结果的准确性和计算效率。
3.3 材料属性定义：在ANSYS中，需要对物体的材料属性进行定义，包括材料的弹性模量、泊松比、压力限制等。
3.4 边界条件设定：在接触分析中，需要对物体的边界条件进行设定，包括约束条件和加载条件等。
3.5 接触参数设定：在进行接触分析前，需要对接触参数进行设定，如摩擦系数、接触模型类型等。
3.6 求解与后处理：设置好模型后，可以进行求解和后处理。
ANSYS提供强大的求解器用于求解接触问题，并可根据需要进行后处理和结果分析。
4. ANSYS接触分析的应用领域ANSYS接触分析广泛应用于机械、土木、航空航天、汽车等工程领域。
ANSYS中的接触分析教程
一般的接触分类 (2)ANSYS接触能力 (2)点─点接触单元 2点─面接触单元 3面─面的接触单元 3执行接触分析 (4)面─面的接触分析 4接触分析的步骤： 4步骤1：建立模型，并划分网格 (4)步骤2：识别接触对 (4)步骤2：指定接触面和目标面 5步骤4：定义刚性目标面 (5)步骤5：定义柔性体的接触面 (9)步骤6：设置实常数和单元关键字 (11)步骤7：控制刚体目标的运动 (20)步骤8：给变形体单元加必要的边界条件 (21)步骤9：定义求解和载荷步选项21第十步：检查结果 (22)点─面接触分析 (25)点─面接触分析的步骤 (26)点－点的接触 (35)接触分析实例（GUI方法） (38)非线性静态实例分析（命令流方式） (41)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。
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第一篇ANSYS结构分析第1章接触分析1.1 螺栓和法兰联接的接触分析在各种机械结构中，螺栓联接是一种简单而普遍的联接形式。
螺栓联接的研究历史悠久，一个世纪以来，各种科研机构均对其进行过深入细致的研究，多采用两种常用的方法，理论解析法和有限单元法。
由于理论解析法要对结构进行简化，忽略了结构中许多非线性因素影响，如：螺栓联接结构的螺栓预紧作用和被联接法兰面之间的接触等非线性行为均不能模拟，分析的结果误差较大。
ANSYS有限元分析软件具有很强的非线性接触行为模拟能力，同时还能利用新开发的Pretention179单元模拟螺栓的预紧作用。
下面结合一个实际例子模拟说明螺栓和法兰之间的联接。
1.1.1 主轴联轴螺栓作用水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件，连接着水轮发电机主轴和转子支架。
在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。
如果联轴螺栓联接不可靠，被联接法兰间存在间隙，必将会导致机组振动过大，影响机组的正常稳定运行。
情况严重时将导致联轴螺栓断裂，主轴脱落，产生不可挽回的损失。
下面的例子重点分析了主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘的接触状态，利用ANSYS的APDL（ANSYS Parametric Design Language）脚本编程语言，编制程序进行参数化优化设计，这样就可以快捷地分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。
该方法具有相当的通用性，适用于模拟多种螺栓联接结构。
12图1-1 主轴联轴螺栓结构有限元剖分示意图 图1-2 主轴联轴螺栓结构边界条件 1.1.2 主轴联轴螺栓分析流程针对上面结构的模型，采用了参数化编程语言编制了APDL 程序，建立了螺母和圆盘，螺母和主轴，圆盘和主轴之间的接触对，详细讲述了接触对的建立方法。
同时还详述了螺栓预紧单元（Pretention179）的建立方法和预紧单元的加载方法以及求解中需要注意的事项。
下面结合APSL 程序说明模拟过程，重要步骤给出GUI 操作方式。
ANSYS 软件版本选用ANSYS6.1。
!**********************************************************! 设置结构基本参数（参数可以按不同结构改变）! 参数单位为力：N ，长度：mm ，弹性模量：N/mm 2，密度：tons/mm 3!***********************************************************SET,RAD_I,1250/2 !主轴内半径*SET,RAD_PANI,705 !圆盘内半径*SET,RAD_O,2450/2 !主轴外半径*SET,RAD_PANO,1830 !圆盘外半径*SET,RAD_B,180/2 !螺栓孔径*SET,M_BOLT,160 !螺栓最小直径*SET,M_BH1,350+170+50 !螺栓在主轴方向长度*SET,M_BH2,350+170+250 !螺栓在圆盘方向长度*SET,M_NUT,280/2 !螺母大半径,六面体对角线长度*SET,H_NUT,170 !螺母高*SET,RAD_DRILL,2140/2 !螺栓节圆半径*SET,RAD_M,750+150 !主轴内止口半径*SET,H_M,18 !主轴内止口高度*SET,RAD_BI,1950/2 !螺栓孔划平处内径*SET,RAD_BO,2330/2 !螺栓孔划平处外径*SET,RAD_BH,5 !螺栓孔划平处高度*SET,F_RAD,45 !主轴与划平处过渡圆角半径*SET,FH_RAD,1855/2 !螺栓孔划平处内半径*SET,R_FILLT,125 !主轴过渡圆角*SET,N,15 !螺栓分度数*SET,KEY_W,290 !切向定位键宽*SET,KEY_H,130 !切向定位键高*SET,TH,200 !主轴轴壁最薄处厚度*SET,FLANG_H1,350 !主轴法兰高度*SET,FLANG_H2,350 !圆盘高度*SET,H_SHAFT,350+490 !主轴上倾斜部分高度*SET,H_SH,H_SHAFT+500 !主轴总高度*SET,PI,ACOS(-1) !PI值*SET,ELEMSIZE,60 !拉伸单元大小（可根据结构尺寸调节）/GRAPHICS,POWER !Activate PowerGraphics!****************************************! 加载参数!*****************************************SET,DISP_B,0.75 !螺栓预紧的伸长量*SET,ZMAX,H_SH !轴向方向最高处,加轴向力位置*SET,F_EXT,22.9215E+5*12 !总的轴向力*SET,F_EEF,30.827E+5*12 !半数磁极短路时在BOLT中引起的拉力*SET,R_OUT,RAD_PANO !圆盘外半径*SET,T_W,375 !圆盘被约束宽度*SET,U_R,R_OUT-T_W !圆盘被约束处内半径!****************************************! 准备建立模型!****************************************/PREP7 !进入ANSYS前处理器ET,1,185 !定义实体单元类型为三维8节点Solid185块体单元GUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK →Close (the Element Type window) MP,EX,1,2.06E5MP,NUXY,1,0.29MP,DENS,1,7.85E-9 !定义主轴材料为材料1GUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Elastic →Isotropic →input EX:2.06e5, PRXY:0.29 → OKANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear →Density →input DENS:7.85e-9 → OKMP,EX,2,2.06E5MP,NUXY,2,0.29MP,DENS,2,7.85E-9 !定义圆盘材料为材料2GUI操作路径：同上。
MP,EX,3,2.06E5MP,NUXY,3,0.29MP,DENS,3,7.85E-9 !定义螺栓和螺母材料为材料3GUI操作路径：同上。
MP,MU,4,0.15 !定义接触摩擦系数为材料4GUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →3Structural →Linear →Friction Coefficient →input MU:0.20→ OK注意：之所以定义不同的材料号，因为这样便于选择相应的部件，ANSYS的单元选取功能是很强大的。
!****************************************! 建立结构关键点!****************************************K,1,RAD_I,0,H_M,K,2,RAD_M,0,0,!********************此书尚未出版，为尊重作者劳动，此处省略 5 行指令流。
!********************!********************此书尚未出版，为尊重作者劳动，此处省略 5 行指令流。
!********************!********************此书尚未出版，为尊重作者劳动，此处省略 5 行指令流。
!********************!********************此书尚未出版，为尊重作者劳动，此处省略 5 行指令流。
!********************K,22,FH_RAD,0,FLANG_H1+H_SHAFTK,23,FH_RAD,0,FLANG_H1!****************************************! !通过关键点连线!****************************************L,8,20L,20,5L,21,22LFILLT,1,2,125,GUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling→Create →Lines →Line Fillet→拾取1#和2#线输入倒角值125→OKLSTR,1,10!********************此书尚未出版，为尊重作者劳动，此处省略 5 行指令流。
!********************!********************此书尚未出版，为尊重作者劳动，此处省略 5 行指令流。
!********************!********************此书尚未出版，图1-3 LSLA命令解释4为尊重作者劳动，此处省略 5 行指令流。
!********************LPTN,ALLGUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate →Booleans →Partition →Lines (pick all) →OK!布尔操作：将所有的线相交，这样可以让线与线之间互相共享连接，效果等同于粘接!****************************************! 通过线建立结构的剖面，为旋转拉伸生成体做准备!****************************************AL,7,8,9,10AL,1,22,21,16,6,10AL,5,11,12,13,18,16A,5,4,21,23!****************************************! 清除建模过程中多余的点和线!****************************************ALLS !提示：ALLSEL的缩写，所有ANSYS命令均可以只写前4个字母LSLA !选择依附于被选择面上的线（见图1-3）LSEL,INVERT !反选线，即选择了和面无关的线LDELE,ALL !删除这些无用的线KSLLKSEL,INVERTKDELE,ALL !删除无用的点!****************************************! 旋转剖面生成体!****************************************ALLSCSYS,1 !转换到极坐标系GUI操作路径：ANSYS Utility Menu: Workplane →Change Active CS to →Global cylindrical →OKKGEN,2,1, , , ,N, , ,0GUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Copy →Keypoints拾取1#关键点，DY输入N→OKL,1,3 !生成拉伸路径弧GUI操作路径：ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines→In Active Coord 拾取1#和3#点→OK注意：连线时要选择In Active Coord这样就会直接生成一条弧，而不是一条直线VDRAG,ALL, , , , , ,2 !沿生成的线拉伸面生成体（见图1-4）!******************************************! 通过布尔操作挖出螺栓孔和定位键槽（见图1-5）!******************************************CSYS,0CYL4, , ,RAD_BI, ,RAD_BO, ,RAD_BHVSBV,4,5!********************此书尚未出版，为尊重作者劳动，此处省略 5 行指令流。