ANSYS—接触单元说明
ANSYS接触属性简介
ANSYS接触属性简介ANSYS 接触属性简介(1)使用 ANSYS 进行接触分析时，如何正确设置接触属性以保证计算收敛和精度是一个相当复杂的问题。
这里从 ANSYS 帮助文件中翻译有关内容，对不同接触单元的属性及其设置做一些简单介绍，希望对需要进行接触分析的朋友有所帮助。
以下为ANSYS 中用于创建接触对的接触属性对话框中的标签：Basic –基本属性Friction –摩擦Initial Adjustment –初始调整Misc –杂项Rigid target –刚性目标Thermal –热Electric –电Magnetic –磁Constraint –约束ID –标识符注解：上述标签不是任何时候都是可用的。
在GUI 方式中出现的标签和每个标签显示的选项取决于所定义的接触对的种类，以及访问接触属性对话框的位置 (从 Contact Wizard 或 Contact Manager)。
接触属性：基本属性基本属性标签包含有关接触行为和收敛的一般属性。
首先应该尝试使用默认设置执行接触分析，然后根据分析中遇到的具体困难和特殊情况修改设置。
使用如下问题和解答帮助确定是否需要根据特殊情况修改任何默认的设置。
这些问题只是作为一种提示，引导用户确定如何调整接触属性的设置，但并不包含这些参数的所有可能的应用。
建议用户阅读有关的章节(后面列出)，即使该问题并未直接用于你的情况。
有关的章节给出了如何使用相关参数的更完整的说明。
在这一对话框中，选项表示选择一个默认值；the factor radio 按钮表示设置一个比例因子；the constant radio 按钮表示设置一个常数比例因子。
有关单元：CONTA171, CONTA172, CONTA173, CONTA174, CONTA175 接触属性：摩擦摩擦 (Friction) 标签包含有关接触界面上的静摩擦和动摩擦的参数。
首先应该尝试使用默认设置执行接触分析，然后根据分析中遇到的具体困难和特殊情况修改设置。
ansys接触单元类型
ansys接触单元类型
在ANSYS软件中，接触单元类型有多种，以下是部分介绍：
-Bonded：适用于所有的接触区域（实体接触，面接触，线接触）。
使用绑定以后，在接触面或者接触边之间不存在切向的相对滑动或者法向的相对分离。
-No separation：在接触面或者接触线之间不允许发生法向的相对分离，但是允许发生少量的切向无摩擦滑动。
-Frictionless：用于模拟无摩擦的单边接触。
当外力发生改变时，接触面之间可能会分开，也可能会闭合。
这种情况下假设摩擦系数为零，即当发生切向相对滑动时，没有摩擦力。
-Rough：模拟非常粗糙的接触，保证两个物体之间只是发生静摩擦，而不会发生切向的滑移，从而不会产
生滑动摩擦。
它相当于在两个物体之间施加了无限大的摩擦系数。
-Frictional：有摩擦的接触。
两个接触面之间既可以法向分离，也可以切向滑动。
当切向外力大于最大静摩擦力后，发生切向滑动。
一旦发生切向滑动后，会在接粗面之间出现滑动摩擦力，该滑动摩擦力要根据正压力和摩擦系数来计算。
此时需要用户输入摩擦系数。
-Forced frictional sliding：该选项只对刚体动力学适用。
【精品】ansys绑定接触-contact
December 5, 2005 Inventory #001970 9-6
接触分析
…典型步骤
创建接触对
• •
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
接触体划分网格之后，下一步是创建接触对，它由目标表面单元和接触表 面单元组成。 接触向导工具条提供了很方便的方法。
典型步骤创建接触对?接触体划分网格之后下一步是创建接触对它由目标表面单元和接触表面单元组成
第9章
绑定接触
9. 绑定接触
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
• 在工程分析中，两物体之间的接触是最经常遇到的现象之一。 • 它也是最难解决的非线性问题之一。因为随着两物体的接触或脱离 ，刚度发生突变。
Training Manual
December 5, 2005 Inventory #001970 9-14
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
接触分析
…典型步骤
•
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
演示：
– 恢复 contact.db 数据库（包括铝制材料的两部分，用 PLANE82单元进行网格划
接触分析
…典型步骤
• 首先在接触对上点击目标表面。
Training Manual
December 5, 2005 Inventory #001970 9-9
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
接触分析
…典型步骤
• 接着拾取接触表面的另外部分。
ANSYS Mechanical 接触分析
--这是一个相对因子，一般变形问题建议使用1.0. 对弯曲支配情况， 如果收敛困难的话，小于 0.1的值可能是有用的。 --接触刚度在求解中可自动调整。如果收敛困难，刚度自动减小。
接触刚度
接触刚度WB-Mechanical系统默认自动设定。
– 用户可以输入“接触刚度因子Normal Stiffness Factor” (FKN) 它是计算刚 度代码的乘子。因子越小，接触刚度就越小。
然而, 值太大会引起收敛困难.
基本概念
如果接触刚度太大, 一个微小的穿透将会产生一个过大的 接触力, 在下一次迭代中可能会将接触面推开。
F
F
F接触
F
迭代 n
迭代 n+1
迭代 n+2
用太大的接触刚度通常会导致收敛振荡, 并且常会发散。
基本概念
接触协调 – Lagrange乘子法
另外一种方法, Lagrange乘子 法, 增加一个附加自由度 (接触压力)，来 满足不可穿透条件。
F
基本概念
接触协调 – 增广 Lagrange法
多数 ANSYS 接触单元可以将罚函数法和 Lagrange乘子法结合起来强 制接触协调，称之为增广 lagrange法。 在迭代的开始, 接触协调基于惩罚刚度确定。一旦达到平衡, 检查穿 透容差。此时, 如果有必要, 接触压力增加, 迭代继续。
ANSYS主要的接触问题
• Step 7.求解 • solve • Step 8.后处理 • 接触分析的结果主要包括位移、应力、应变和接触信息。 • 接触信息包括：接触压力、单元的现在和过去状态： • 分开（没有接触） • 接触粘合状态 • 接触滑动状态 • 粘合 = 1；滑动 = 2或 -2；分开 = 3或4 • ·两个表面间的距离，如果是正值，两表面是分开的（STAT = 3或
Component
• Component name = CONTACT
• Component is made of = nodes • 【OK】 • 命令：CM,CONTACT,node
• ·KEYOPT(1):选择自由度 • ·KEYOPT(2):选择罚函数的方法 • 0－Penalty function罚函数法 • 1－Penalty function + Lagrange multiplier
（罚函数＋拉格朗日法）
• 缺省情况下单元采用罚函数法保证接触协调性。 也可以选择混合罚函数和拉格朗日法,此方法还要 指定一个穿透容差，单位为长度。
• NSEL,S,NODE, …
! 在接触面上选择一组节点
• CM,CONTACT,NODE “CONTACT”
! 将所有节点定义成组元
• NSEL,S,NODE, … 点
! 在目标单元上选择一组节
• CM,TARGET,NODE, “TARGET”
! 将所选节点定义成组元
• NSEL,ALL
! 选中所有节点
触检查点，在角点处会呈现过渡穿透。在此情况下，可以混合使用面 一面接触单元和点－面接触单元(图1-1)
图1-1
• ·点－面接触单元不必知道接触 面的位置。
ANSYS中的接触
ANSYS中的接触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。
点─⾯接触单元点─⾯接触单元主要⽤于给点─⾯的接触⾏为建模，例如两根梁的相互接触。
如果通过⼀组结点来定义接触⾯，⽣成多个单元，那么可以通过点─⾯的接触单元来模拟⾯─⾯的接触问题，⾯即可以是刚性体也可以是柔性体，这类接触问题的⼀个典型例⼦是插头到插座⾥。
使⽤这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，接触⾯之间也不需要保持⼀致的⽹格，并且允许有⼤的变形和⼤的相对滑动。
Contact48和Contact49都是点─⾯的接触单元，Contact26⽤来模拟柔性点─刚性⾯的接触，对有不连续的刚性⾯的问题，不推荐采⽤Contact26因为可能导致接触的丢失，在这种情况下，Contact48通过使⽤伪单元算法能提供较好的建模能⼒。
⾯─⾯的接触单元ANSYS⽀持刚体─柔体的⾯─⾯的接触单元，刚性⾯被当作“⽬标”⾯，分别⽤Targe169和Targe170来模拟2─D和3—D的“⽬标”⾯，柔性体的表⾯被当作“接触”⾯，⽤Conta171,Conta172,Conta173,Conta174来模拟。
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接触问题的参数设置
ANSYS接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。
ANSYS提供了多种算法来实现此法向接触关系，其中常用的两种方法是：罚函数法和拉格朗日乘子法。
1．罚函数法通过接触刚度在接触力与接触面间的穿透值（接触位移）之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。
在程序中通过分离的接触体上节点间的距离来计算穿透值。
接触刚度越大，穿透值就越小，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（否则病态），穿透也就不可能真实达到零，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到整个结构的平衡方程组 [K] * {X} = {F} 中去，并不改变总刚度矩阵 [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 取大一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是不可避免的，那么可以允许有多大的虚假穿透为合适？因此，在ANSYS 程序里，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 到10 中间的值。
当然，在需要时，也可以直接定义接触刚度，FKN输入为负数，则程序将其数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,PENE" 命令，在后处理中查看穿透的数值大小。
ANSYS收敛性问题-接触单元
ANSYS收敛性问题-接触单元
ANSYS在计算过程中偶尔存在收敛性问题，往往问题出现时，无法判断具体原因，另分析人员十分困惑和无奈。
这种收敛性问题在计算混凝土极限承载力或桩基承载力时出现的概率比较多。
笔者最近在求解桩土相互作用时，遇到了收敛性问题，下面仅讲述我调试过程中的一些思路，供大家参考。
桩土分析模型主要特点是含有很大的接触面积，需要考虑桩土摩擦力，同时土壤材料使用DP材料。
桩和土体使用接触单元处理彼此间力的相互作用。
在计算初期，计算需要很长时间的迭代无法收敛。
我想可能是来自于以下几方面原因：
（1）上层土体强度太低，变形程度太大，网格发生畸变；
（2）接触区域太长，属于那种细长比很大的情况，接触关系无法较好的模拟；
（3）网格不够细密，桩深度方向无法较好的模拟摩擦。
通过对以上几个原因进行反复测试，偶尔会出现收敛的情况，但方案变了还是会存在不收敛的情况。
最后，笔者采用变量的方式设置所有接触对的接触刚度和渗透容差，将接触刚度设置为0.5，渗透容差因子设置为2，结果模型在求解任何方案时均具有良好的收敛性。
这也表明，接触刚度和渗透容差是影响收敛性的关键问题。
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接触分析_学习手记
◆前提：◇有限元模型。
◇已识别接触面及目标面。
（*可应用自由度耦合来替代接触。
）选择目标面和接触面的准则：1.凸面和凹面或平面接触是，选平面或凹面为目标面。
2、接触的两个面网格划分有粗细的话，选粗网格所在面为目标面。
3两个面刚度不同时，选择刚度大的面为目标面4如果两个面为一个高阶单元，一个为低阶单元，选低阶单元为目标面 5.如果一个面比另一个面大选大的面为目标面。
2.◆定义接触单元及实常数◇（刚性）目标单元—— TARGE169 TARGE170 ；◇（柔性）接触单元—— CONTA171~CONTA172。
***Commands***ET,K,169 !K - 指定的单元编号ET,K+1,172*** ****◇实常数——一个接触对对应同一个实常数号。
TARGE单元的实常数包括：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接触单元CONTA48
CONTA48：2-D点-面接触单元描述CONTA48可用来描述二维空间中两个面之间（或节点和面之间）的接触和滑动。
单元的每个节点有两个自由度：X和Y方向上的位移。
当接触节点渗入目标线后发生接触，沿目标线划动时允许弹性库仑摩擦和刚性库仑摩擦，由于接触而产生的热传导也可以建模。
此单元的更多信息见ANSYS, Inc. Theory Reference，其它接触单元如CONTAC12, CONTAC26, COMBIN40, CONTAC49, CONTAC52等也可用。
Figure 48.1. CONTAC48 二维点-面接触单元数据输入单元的几何形状和节点位置见上图，该单元为三角形，以一个面上（称为目标面）的两个节点之间的线段为一条边，对应顶点是另一个面（称为接触面）上的节点。
目标面上的线段称为目标线，目标线两端的节点成为目标节点；接触面上与目标线构成三角形的节点称作接触点。
单元的几何图形给出了目标线和接触节点（星号）。
可用GCGEN命令自动建立CONTAC48单元，具体方法参考ANSYS Structural Analysis Guide。
节点I和J定义目标线，节点K是接触节点。
与目标线相切从I指向J的单位矢量作为表面切矢量，表面法向矢量定义为与目标线垂直且指向左（从I看向J）的单位矢量。
应指定节点I、J以使从I看向J时目标面在你的右侧（如CONTAC48所示）。
初始时刻节点K可能离节点I、J很远，或与它们共线，或已经渗入目标面。
当K沿目标线的法线方向运动到目标线上时发生接触。
罚函数法用法向接触硬度KN确定触点压力，KN 有力/长度单位，与目标面法线方向的罚函数硬度(penalty stiffness)相符。
通过限制接触节点向目标线的渗透，KN的使用得到位移容差。
如使用罚函数法(KEYOPT(2) = 0)，通常需要KN较大以得到容差，罚函数加拉格朗日乘子法(KEYOPT(2) = 1)中用较小的KN值，在某些情况下（如初始干涉分析、不收敛或过渗透）需要将KN值随载荷步变化或在重启动时改变以获得精确收敛的解。
ansys 接触分析详解
ansys 接触分析详解ansys是一种广泛使用的有限元分析软件，可用于许多工程领域，包括接触问题的解决。
接触分析是模拟不同组件之间的接触和相互作用的过程，包括机械接触问题、磨损问题和摩擦问题等。
在这篇文章中，我们将深入探讨ansys接触分析的基础知识和应用。
首先，ansys的接触分析功能主要是基于两个主要的接触算法：拉格朗日法和欧拉法。
拉格朗日法是一种基于位移的方法，它根据接触点的相对位移计算接触力，并将其应用于固体上。
欧拉法是一种基于速度的方法，它通过基于刚体动力学计算接触力。
两种方法各有优缺点，应根据具体问题选择合适的方法。
接下来，我们将介绍ansys中用于接触分析的工具和技术：1. 接触配对：在模拟接触问题时，需要对参与接触的两个组件进行配对。
ansys可以自动完成这个过程，并且用户可以通过手动指定匹配方式来进行更精确的模拟。
2. 接触条件：ansys支持多种接触条件，包括无摩擦、粘滞、线性弹簧和非线性弹簧。
用户可以根据实际情况选择合适的接触条件，并根据需要进行调整。
3. 接触分析类型：ansys支持两种接触分析类型：静态接触分析和动态接触分析。
静态接触分析用于研究静止状态下的接触问题，而动态接触分析用于模拟动态接触问题，例如冲击和振动。
4. 接触网格：接触分析需要对网格进行紧密的划分，以准确地表示接触面的几何形状。
为此，ansys提供了多种接触网格工具，包括自动网格划分、手动网格划分和基于接触表面的划分。
用户可以根据需要使用这些工具。
5. 接触后处理：完成接触分析后，还需要进行结果的后处理。
ansys提供了多种接触后处理工具，例如接触力分布图、接触区域和应力分布。
用户可以使用这些工具对结果进行深入的分析。
最后，ansys接触分析的应用范围非常广泛，例如机械工程、航空航天、汽车、船舶、建筑和医疗设备等领域。
ansys的接触分析功能可以帮助工程师准确地模拟接触问题，并提供精确的结果，从而帮助他们做出更好的决策和设计。
ANSYS—接触单元说明
ANSYS—接触单元说明参考ANSYS的中文帮助文件接触问题（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 中使用接触向导定义多个接触对详细实例(图文)
ANSYS中如何使用接触向导定义接触对在ANSYS中定义接触通常有两种方法：1.用户自己手工创建接触单元和目标单元。
这种方法，在定义接触和目标单元时还比较简单，但是在设置或修改单元属性和定义实常数时却比较复杂。
需要用户对接触有较深刻的理解和通过实践积累丰富的经验。
2.即接触本文将化。
图6mm一、1.和几何模型有关。
比如，对三维面模型，可以划分壳体单元，后面直接以壳体面作为创建接触对的基础；而三维体模型，可以划分实体单元，后面则以实体单元的表面作为创建接触对的基础。
2. 在使用接触管理器(接触向导) 创建接触对时，可以选为接触面或目标面的对象有：线、面、节点、节点组(component)等。
如果模型比较复杂，临时选择不太方便，建议将准备创建接触的实体边界(面、线)分别建为单独的实体组 (Component)，或者分别取出其包含的节点(使用NSLA、NSLL命令)，建为单独的节点组件(Component)。
二、打开接触管理器在前处理中，点击GUI屏幕上命令输入小窗口右边的第三个小图标，就可以打开接触管理器：器(在创置。
三、创建接触对下面来创建接触对。
需要创建两个接触对，分别为两个平板与上下两个圆半球之间可能接触的部位。
为了便于创建接触对，先创建4个组件，分别包含上下平板与球之间的两个接触对的可能接触面。
图4中名为A1、A2、A3和A4的四个不同颜色的Component分别为相应的四个组件：然后创建接触对。
在接触向导窗口中，点击左上角第一个按钮“ContactWizard”：。
然后点击选择上半球的4个小球面作为“目标面”：对话框变为选择“接触面”，在其中，将ContactSurface设置为Areas；ContactElementType 设置为Surface-to-Surface。
然后点击“PickContact…”按钮选择接触面：点击Next，对话框变为如下形式：1.系数。
或者，还可以在材料ID中输入一个未定义过的材料编号，程序会自动创建新的材料编号，并定义摩擦系数值。
ANSYS命令流学习笔记3-Solid单元的接触分析
!ANSYS命令流学习笔记3-Solid 单元的接触分析背景说明：两个半径均为100mm，的正交圆柱体发生正接触，作用在两圆柱接触体法线方向上的压力总和1000N，两圆柱体均为钢制分析两圆柱的接触情况。
分析思路：对模型进行对称约束，施加载荷后要进行节点自由度耦合，使加载面的所有节点能在承载后具有相同的Y方向位移，并且在变形后仍然保持为水平平面。
总结：1. 如果不进行节点耦合，结构变形会产生刚性位移，造成不收敛。
但是节点耦合造成了变形不符合实际情况，即忽略了施力面的泊松比造成的影响。
2. 由面网格生成体网格，几何只有面，有限元模型是体，需要定义网格单元，定义拉伸的目标单元，对拉伸选项做出设置。
3. 接触部分的细分十分重要，也是收敛的影响因素。
可以把下列文字，直接粘贴到TXT文档修改，更为方便。
! 本次学习重点：!1、命令流的复杂建模!重点学习下建模。
因为前处理尽可能用WB，所以这里也是规则模型。
还是太不好用了。
我选择狗带。
!2、接触的定义。
!Ansys 依据实常数识别接触对，接触对要具有同样的实常数定义。
而且命令流是根据选择的单元来定义接触单元。
GUI 操作，也不麻烦。
!3、分析步数的设定!非线性分析时步数设置，线性搜索，自动步长，定义子步。
!求解解析解finish/clearf=1000e=200r=100 ! 命令不区分大小写，参数也不区分大小写。
p=2.45*(f*e**2*((r+r)/(r*r))**2)**(1/3) !接触应力的解析解61.73，有限元法结果59.9MPa!正式分析命令流finish/clear/prep7 !进入前处理et,1,solid185et,2,mesh200keyopt,2,1,6 !查看help 中关于mesh200 和keyopt 的解释，KEYOPT, ITYPE, KNUM, VALU。
E 此处意思为定义了mesh(2)为4 nodes 的四边形单元(1,6)。
ANSYS中的接触问题
点－点的接触在ANSYS程序中提供了三种点－点的接触单元，在此，我们主要介绍前二种：[$#8226] CONTAC12[$#8226] CONTAC52[$#8226] COMBIN40我们可以在预先知道接触位置的单点接触问题中使用点－点的接触单元。
也可以在接触面网格完全相同的情况，例如过盈装配问题中，用点－点的接触元来模型两个面之间的接触。
CONTAC12：2－D点－点的接触单元这个单元是通过总体坐标系X－Y平面内的二个结点来定义的，可以用于2－D平面应力，平面应变和轴对段分析中。
程序通过一个相对于总体坐标X轴的输入角Q（用度表示）来定们接触面，接触面不一定垂直于结点I，J的连线，并且结点I，J可以位于同一位置。
CONTAC12的单元坐标系是这样定义的，总体坐标的X轴逆时针旋转Q角便得到正的滑动方向，法向方法N垂直于S，正的法向位移有张开缝隙的作用。
我们可以用下面二种方法来定义初始过盈量或缝隙。
[$#8226] 明确定义实常数INTF，这时单元关键字K4必须设置成“Real Consttant”（这是这个选项的缺省值）。
一个负的INTF值表示处于初始张开的缝隙状态。
[$#8226] 让程序以初始节点位置为基础计算初始过盈量或缝隙，这时单元关键字k4必须设置为“Initnodelocats”。
初始分开的结点定义了初始张开的缝隙。
一个实常数，初始单元状态（START）一旦被定义，程序将忽略由INTF给定的条件，有效的开始条件是：[$#8226] START＝0：由INTF决定缝隙状态[$#8226] START＝1：缝隙是关闭的，且没有滑动[$#8226] START＝2：缝隙是关闭的，且有方向的滑动[$#8226] START＝－2：缝隙是关闭的，且有负方向的滑动[$#8226] START＝3：缝隙是张开的一个对开始条件的好的估计将有助于问题的收敛。
CONTAC12的实常数：界面角THETA－定义接触面方位的角度法向刚度KN－在法线方向的接触刚度位移过盈量INTF－初始过盈量基缝隙初始单元状态START粘附刚度KS－在滑动方向的接触刚度KS缺省到KNCONTAC12的单元关键字：摩擦类型K1 弹性库仑刚性库仑方位角来源于 K2 实常数THETA运动方向过盈量或缝隙基于 K4 实常数INTF初始接触的位置接触时间预测目标 K7 最小的时间增量合理的增量使用CONTAC12时的一些注意点：1、检查单元坐标系，保证使所定义的是一个间隙而不是一个钩子。
ANsys 接触
组合在一起（仅节点component有效），然后用下面的输入列表，说明如何使用EDCGEN 命令在component之间定义接触，如第四章例题的球和球棒表面间的component.NSEL，S，NODE，．．．．！在球面上选择节点CM，BALLSURF，NODE！把被选的节点放在component BALLSURF中NSEL，S，NODE，．．．．！选择球面上的节点CM，BATSURF，NODE！把被选节点放在component BATSURF中EDCGEN，NTS，BALLSURF，BATSURF，．25，．23！在组元component BALLSURF和component BATSURF间定义为节点-表面接触。
此外，还可以用有限元模型内当前定义的部件号或部件集合号来定义接触表面。
部件集合号可以用EDASMP命令定义。
下面的命令行说明了怎样使用EDCGEN命令在模型中定义不同部件或部件集合间的接触；EDCGEN，STS，1，2，．25，．23！在部件1和部件2间生成面面接触另外，结合PART/部件集合和组元定义，也可以定义接触和目标表面间的接触，表述如下：EDCGEN，NTS，N1，2，．3，．28！在组元N1和PART2间生成点面接触EDCGEN，ESTS，1，N2，．15，．15！在PART1和组元N2间生成侵蚀面面接触EDCGEN，STS，1，1，．1，．1！在PART1间生成面面接触如下例所述，也可以用EDCGEN命令定义部件集合间的接触：EDCGEN，STS，5，6，．3，．28！在部件集合5和6间生成面面接触在一些特定的单面接触类型（ASCC，AG，ESS，和SS）中无需定义contact和target 表面，在本章后面将提及到，单面接触时最常用的接触类型，模型的全部外表面在整个分析中任一点都可能发生接触。
程序在单面接触中将忽略任何contact和target表面的定义，并在执行EDCGEN命令时发出一个警告信息，一个典型单面接触命令如下：EDCGEN，ASSC，，，．34，．34！在整个模型中生成自动单面接触注--在显式分析中定义接触实体时，不允许有初始穿透。
ansys接触规则
ansys接触规则在ANSYS中进行接触分析时，接触面和目标面的定义规则以及接触算法对于模型的收敛效率具有重要意义。
以下是一些接触规则和设置建议：1. 接触面和目标面的定义：-接触面：在接触分析中，接触面是指可能会与其他物体接触的表面。
接触面不能穿透到目标面，而目标面可以穿透到接触面之中。
-目标面：目标面是与接触面相互作用的表面。
在接触分析中，需要确定哪个表面是刚体，哪个是柔性体。
2. 接触对定义：-刚-柔接触分析：将刚体定义为目标面，柔性体定义为接触面。
-柔-柔接触分析：-凸面对凹面（或平面）：凸面定义为接触面。
-精细网格对粗糙网格：精细网格定义为接触面。
-软硬不同的材料接触：软的定义为接触面。
-高阶单元对低阶单元：高阶单元面定义为接触面。
-一个面大于另外一个面：小面定义为接触面。
3. 接触算法：-罚函数法：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。
接触刚度越大，穿透就越小。
但接触刚度不可能为无穷大，因此会产生虚假穿透。
-拉格朗日乘子法：在法向方向上实现接触力的传递和两接触面间无穿透。
这种算法需要计算法向和切向刚度矩阵。
4. 接触设置：-在ANSYS中，可以通过“Preprocessor/LS-DYNA Options/Contact/Define Contact”菜单来定义接触对。
-接触算法选择：罚函数法和拉格朗日乘子法。
根据具体问题选择合适的算法。
-接触检测点的位置：设置接触检测点以检测接触和分离状态。
5. 接触非线性算法：-完全罚函数法：计算时需要提供法向和切向刚度矩阵。
完全罚函数的主要缺点是两个接触面之间的穿透量取决于这个刚度矩阵。
过高的刚度值会减小穿透总量，但会使刚度矩阵成为病态。
遵循这些接触规则和设置，有助于在ANSYS中进行接触分析时提高模型收敛效率。
ANSYS接触单元pinball?region的作用
ANSYS接触单元pinball region的作用ANSYS接触单元pinball region的作用1、作用一：pinball region可用于判别接触单元的接触状态，接触状态分为四种：•STAT = 0 Open far-field contact•STAT = 1 Open near-field contact•STAT = 2 Sliding contact•STAT = 3 Sticking contactA contact element is considered to be in near-field contact when its integration points (Gauss points or nodal points) are within a code-calculated (or user-defined) distance to the corresponding target surface. This distance is referred to as the pinball region. The pinball region is a circle (in 2-D) or a sphere (in 3-D) centered about the Gauss point.当接触单元的积分点位于pinball region之内时，可认为其处于接触近区；pinball region在2D问题中为圆，在 3D问题中位球体，中心均位于目标单元的高斯点上。
The computational cost of searching for contact depends on the size of the pinball region. Far-field contact element calculations are simple and add little computational demands. The near-field calculations (for contact elements that are nearly or actually in contact) are slower and more complex. The most complex calculations occur once the elements are in actual contact.搜索接触单元所耗费的计算时间依赖于pinball region的大小。
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参考ANSYS的中文帮助文件接触问题（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。
TAUMAX：接触面的最大等效剪应力。
给出这个参数在于，不管接触压力值多大，只要等效剪应力达到最大值TAUMAX，就会发生滑动。
该剪应力极限值通常用于接触压力会变得非常大的情况。
CNOF：指定接触面偏移。
+CNOF增加过盈、-CNOF减少过盈或产生间隙、CNOF能与几何穿透组合应用。
FKOP：接触张开弹簧刚度。
针对不分离或绑定接触模型，需要设置实常数FKOP，该常数为张开接触提供了一个刚度值。
FKOP阻止接触面的分离；FKOP默认为1.0，用于建立粘结模型，用一个较小值（1e-5）去建立软弹簧模型。
FKT：切向接触刚度。
作为初值，可以采用－FKT＝0.01*FKN，这是大多数ANSYS 接触单元的缺省值。
COHE：粘滞力。
即没有法向压力时开始滑动的摩擦应力值。
FACT，DC：定义摩擦系数变化规律MU＝MUK*（1+（FACT-1）EXP（－DC*vtfs/deltaT））式中：MUK＝动摩擦系数（用户自己定义）FACT＝MUS/MUK（用户自己定义）MUS＝静摩擦系数DC＝衰减系数（用户自己定义）Vtfs/deltaT＝表面间的相对速度注意：动摩擦系数由被指定为材料属性（MU），由MP命令或GUI定义。
缺省值：FACT＝1，MUS＝MUK＝0，DC＝0Keyopt的介绍，以Target170,Conta173为例：首先介绍170的KeyoptKEYOPT（3）：定义接触行为KEYOPT（1）：单元阶数（是否含有中节点）KEYOPT（1）＝0：低阶单元（不含中节点）KEYOPT（1）＝1：高阶单元（含中节点）KEYOPT（2）：刚体目标面约束条件＝0时，自动约束选项，每一个载荷步的末尾，程序内部将是性面重新设置约束。
满足以下条件，刚性面则缺省为自动约束没有明确定义边界条件；目标面与其它单元没有联系；没有定义耦合或约束方程。
＝1时，用户定义选项。
Conta173的Keyopt：KEYOPT（1）：自由度选项。
＝0时，结构：UX，UY，和UZ；＝1时，结构和热；＝2时，TEMP（用于纯热接触问题）KEYOPT（2）：选择接触算法。
＝0时，增广的拉格朗日法（缺省选项），推荐于一般应用，它对罚刚度不太敏感，但是也要求给出一个穿透容差。
＝1时，罚函数法。
它推荐应用于单元非常扭曲、大摩擦系数和用增广的拉格朗日法收敛行为不好的问题。
KEYOPT（4）：选择接触检查点。
＝0时，高斯点（缺省选项，推荐）；＝1时，节点；ANSYS面对面单元默认用高斯积分点作为接触检查点。
KEYOPT（5）：自动CNOF调整。
允许ANSYS基于初始状态自动给定CNOF 值――导致“刚好接触”配置。
＝0时，不进行自动调整；＝1时，闭合间隙；＝2时，减小穿透；＝3时，闭合间隙/减小穿透。
KEYOPT（7）：时间步控制选项。
（只有在Solution Control中打开基于接触状态变化的时间步预测，此选项才起作用。
Solution>Unabridged Menu>Load Step Opts>Solution Ctrl＝0时，不控制，不影响自动时间步长。
对静力问题自动时间步打开时此选项一般是足够的。
＝1时，自动二分，如果接触状态变化明显，时间步长将二分，对于动力问题自动二分通常是足够的；＝2时，合理值。
比自动细分更耗时的算法；＝3时，最小值。
此选项为下一子步预测最小时间增量（很耗机时，不推荐）。
KEYOPT（8）：防止伪接触选项。
＝0时，不防止；＝1时，检测并忽略伪接触。
KEYOPT（9）：初始穿透间隙控制。
＝0时，包括几何穿透/间隙和CNOF；＝1时，忽略几何穿透/间隙和CNOF；＝2时，包括几何穿透/间隙和CNOF，且在第一个载荷步中渐变；＝3时，忽略几何穿透/间隙，包括CNOF；＝4时，忽略几何穿透/间隙，包括CNOF，且在第一个载荷步中渐变。
KEYOPT（10）：接触刚度更新控制。
＝0，闭合状态的接触刚度不进行任何更新；＝1，每一载荷步更新闭合状态的接触刚度（FKN或FKT，由用户指定）；＝2，与＝1同，此外，在每一子步，程序自动更新接触刚度（根据变形后下伏单元的刚度）。
KEYOPT（11）：壳、梁单元厚度影响。
如果已经创建了一个梁或壳单元模型，接触表面能够偏置，用于考虑梁或壳的厚度。
＝0，在中面接触（默认）；＝1，在指定表面的顶部或底部。
注意：当用SHELL181单元时，由于大应变变形引起的厚度改变也被考虑。
KEYOPT（12）：创立不同的接触表面相互作用模型。
＝0，标准的接触行为，张开时法向压力为0；＝1，粗糙接触行为，不发生滑动（类似无限摩擦系数）；＝2，不分离，允许滑动；＝3，绑定接触，目标面和接触面一旦接触就粘在一起；＝4，不分离接触（总是），初始位于pinball区域内或已经接触的接触检查点在法向不分离；＝5，绑定接触（总是），初始位于pinball区域内或已经接触的接触检查点总是与目标面绑定在一起；＝6，绑定接触（初始接触），只在初始接触的地方采用绑定，初始张开的地方保持张开。
5.1 概述接触问题是一种高度非线性行为，需要较多的计算机资源。
为了进行切实有效的计算，理解问题的物理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，在用户求解问题之前，用户通常不知道接触区域。
随载荷、材料、边界条件和其它因素的不同，表面之间可以接触或者分开，这往往在很大程度上是难以预料的，并且还可能是突然变化的。
其二，大多数的接触问题需要考虑摩擦作用，有几种摩擦定律和模型可供挑选，它们都是非线性的。
摩擦效应可能是无序的，所以摩擦使问题的收敛性成为一个难点。
注意--如果在模型中，不考虑摩擦，且物体之间的总是保持接触，则可以应用约束方程或自由度藕合来代替接触。
约束方程仅在小应变分析( NLGEOM，off)中可用。
见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》中的§12，Coupling and Constraint Equations。
除了上面两个难点外，许多接触问题还必须涉及到多物理场影响，如接触区域的热传导、电流等。
5.1.1 显式动态接触分析能力除了本章讨论的隐式接触分析外，ANSYS还在ANSYS/LS-DYNA中提供了显式接触分析功能。
显式接触分析对于短时间接触-碰撞问题比较理想。
关于ANSYS/LS-DYNA的更多的信息参见《ANSYS/LS-DYNA User"s Guide》。
5.2 一般接触分类接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，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，可以假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触。
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(有相似的刚度)。
柔体─柔体接触的一个例子是栓接法兰。
5.3 ANSYS接触分析功能ANSYS支持三种接触方式：点─点，点─面，面─面接触。
每种接触方式使用不同的接触单元集，并适用于某一特定类型的问题。
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节点。
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，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，后面会分类详述，然后论述ANSYS接触单元和他们的功能。
参见《ANSYS Elements Reference》和《ANSYS Theory Reference》。
表5-1 ANSYS接触分析功能5.3.1 面─面的接触单元ANSYS支持刚体─柔体和柔体─柔体的面─面的接触单元。
这些单元应用“目标”面和“接触”面来形成接触对。
分别用TARGE169或TARGE170来模拟2D和3D目标面。
用CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174来模拟接触面。
为了建立一个“接触对”，给目标单元和接触单元指定相同的实常数号。
参见§5.4。
这些面-面接触单元非常适合于过盈装配安装接触或嵌入接触，锻造，深拉问题。
与点─面接触单元相比，面─面接触单元有许多优点:支持面上的低阶和高阶单元(即角节点或有中节点的单元)；支持有大滑动和摩擦的大变形。
计算一致刚度阵，可用不对称刚度阵选项；提供为工程目的需要的更好的接触结果，如法向压力和摩擦应力；没有刚体表面形状的限制，刚体表面的光滑性不是必须的，允许有自然的或网格离散引起的表面不连续；与点─面接触单元比，需要较少的接触单元，因而只需较小的磁盘空间和CPU时间，并具有高效的可视化；允许多种建模控制，例如：绑定接触，不分离接触，粗糙接触；渐变初始穿透；目标面自动移动到初始接触；平移接触面(考虑梁和单元的厚度)，用户定义的接触偏移；死活能力；支持热-力耦合分析。