07 ANSYS13.0 Workbench 结构非线性培训 作业 摩擦接触解析
ANSYSWorkbench接触分析案例详解
ANSYSWorkbench接触分析案例详解本⽂由Workbench⼩学⽣授权转载这篇⽂章囊括了接触分析中常见的问题，并通过思考和验证，给出了解决⽅案和经验总结，相信朋友们按照这篇教程完整的⾛⼀遍分析过程，会对接触分析的理解更近⼀步。
1.建模。
条件：⼀个圆盘与⼀个矩形板，⽣成壳体。
注意：两者分析之前未接触。
2.选取材料。
进⼊材料库，选取⾮线性材料中的铝合⾦（Aluminum Alloy NL）注意：NL表⽰Nonlinear ，译为⾮线性。
3.进⼊分析模块，调出Properties选项4.修改分析类型，将Analysis type由3D改为2D5.双击Model进⼊分析界⾯，修改矩形板的材料为Aluminum Alloy NL，圆盘默认为结构钢（Structural Steel）6.参数设置（1）根据左侧outline依次向下添加（由于此分析不⽤添加局部坐标系，因此修改完材料属性后，直接添加接触）（2）⼯况：矩形板与圆盘为摩擦接触（也可使⽤⽆摩擦接触，读者可以亲⾃尝试）（3）接触⾯为圆盘外圆周，⽬标⾯为矩形板顶边，设置摩擦系数为0.15（4）由于模型为刚-柔接触，因此修改behavior为⾮对称（Asymmetric）（5）在advanced中将接触算法设置为增⼴拉格朗⽇（Augmented Lagrange）（6）探测⽅法设置为⾼斯点探测（on Gauss point ）注意：①由于两者的材料都是⾦属，因此摩擦系数 ≤0.2②⾮线性分析中默认的接触算法为增⼴拉格朗⽇（Augmented Lagrange），线性默认为纯罚函数（Pure penalty）③纯罚函数的收敛性很好，接触刚度对其影响⼤，但是它的穿透性不可控制，⽽增⼴拉格朗⽇收敛性表现为穿透较⼤，迭代次数较多，但其可以在⼀定程度上控制穿透性④⾼斯点与节点探测的区别：⾼斯点：适合⼤多情况，⽹格密度⼩、更精确节点：仅适⽤于⾓接触⑤局部坐标系的添加：如果全局坐标系不是所需要的，就必须添加局部坐标系作为附属坐标系7.划分⽹格（Mesh），选中图中模型，根据模型⾃动划分⽹格8.分析设置（Analysis Setting）（1）打开⾃动时间步（Anto Time Stepping）与⼤变形（Large Deflection）（2）修改载荷⼦步依次为50,50,100后，其他均默认9.添加边界条件（Load or Supports）（1）选中矩形板的下边线，将其设置为Displacement（2）X⽅向数值设置为-15mm，Y⽅向数值设置为0（3）选中圆盘的外圆周，将其设置为Fixed support思考：为什么打开⼤变形开关？答：因为在静⼒学中，极限转动⾓度为10°，⼤位移或者⼤转动即视为⾮线性分析，当受⼒物体的变形与其⼏何尺⼨相⽐较⼤，且线性叠加原理不再适⽤时，可视作⼤变形。
workbench的接触解析(1)
WorkBench接触解析1.接触的基本概念1.1. 接触的定义两独立表面相互接触并相切，则称之为接触.一般物理意义上, 接触的表面包含如下特性:不会渗透.可传递法向压缩力和切向摩擦力.通常不传递法向拉伸力.可自由分离和互相移动.接触是状态改变非线性. 也就是说, 系统刚度取决于接触状态, 即part之间是接触或分离.1.2. workbench接触类型1)Bonded（绑定）: 这是Workbench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，可以将此区域看作被连接在一起，类似于共结点。
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。
即法向不分离，切向可以有小位移，也只用于线性接触。
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。
法向可分离，但不渗透，切向自由滑动。
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，法向可分离，不渗透，切向不滑动。
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。
法向可分离，但不渗透，切向滑动，有摩擦力。
03 ANSYS13.0 Workbench 结构非线性培训 概述
… 非线性类型
• 当然, 所有这三种非线性通常是同时遇到.
– Workbench Mechanical 可容易地处理综合非线性效应.
Training Manual
Rubber Boot Seal
非线性几何 (大应变和大 变形), 材料非线性 (橡 胶), 和状态非线性 (接触
)的例子.
1-7
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities Overview
Newton-Raphson 方法:
• • 不保证所有状况收敛! 只有开始构造在收敛半径范围内的会收敛.
Training Manual
力 发散!
力
收敛
F
F
ustart
u
位移
ustartu
位移
在收敛半径外开始
1-11
在收敛半径内开始
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities Overview
B. 线性求解器的非线性求解
• Workbench Mechanical 如何对刚度的变化进行求解?
– 非线性分析中, 响应不能直接由一系列线性方程预测. – 然而, 非线性结构分析使用一系列的修正的线性近似迭代.
Training Manual
– ANSYS 使用 Newton-Raphson Method迭代过程. 每次迭代是一个平衡迭代.
– 材料非线性:非线性的 stress-strain 关系, 如右图所示 的金属塑性是另一个非线性来源.
– 接触: “状态改变”的非线性, 是当物体相互接近或分 离的时会出现刚度的突变而导致的非线性.
1-6
06 ANSYS13.0 Workbench 结构非线性培训 高级接触解析
• Tolerance Type, Tolerance Value, and Tolerance
Slider: CAD 系统创建的装配体可能没有精确装配, 导致两 体间的接触区域有小的重合或间隙. 可指定接触探测容差 来解决任何的不精确 (只适用于自动接触探测).
4-7
Workbench Mechanical - Advanced Contact
– 如图所示，当前指针位置出现一圆.
图示说明用户定义的接 触探测容差值 CAD 部件间存在的 间隙
4-8
Workbench Mechanical - Advanced Contact
...自动接触探测选项
• 实体和面体间可得到的接触探测类型:
– 面/面: 不同体面间的接触 – 面/边: 不同体的面和边间的接触 – 边/边: 不同体边间的接触
4-6
Workbench Mechanical - Advanced Contact
...自动接触探测选项
Training Manual
• 接触默认设置和自动探测能力对大多接触问题有效. 然而, 可以执行这些额外 控制来放宽分析的接触范围 :
• Generate Contact on Update:若该选型设为Yes ，输入 模型(最新的)时自动创建面/面接触区域. 设置为 „No‟ 仍然 允许手动激活自动生成接触, 或手动构建接触区域.
...自动接触探测选项
Training Manual
• 优先权: 对非常大的模型，接触对的数量有时候是过剩的，特别是当允许多 种接触类型时.
• 209个部件 • 450 个对称接触对 • 115万个自由度
4-10
Workbench Mechanical - Advanced Contact
ANSYS Workbench接触实例培训
• 本章描述的性能通常适用于ANSYS Structural 或以上的license
3-2
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
Training Manual
• 另外值得一提的是算法不同，接触探测不同:
– Pure Penalty 和 Augmented Lagrange 公式使用积分点探测. 这导致更多的探 测点。(在左侧的例子中有10个)
... 接触公式
Training Manual
• 对于特定的“绑定”和“不分离”两个面间的接触类型,可用多点约束
(MPC) 算法.
– MPC 内部添加约束方程来“联结”接触面间的位移 – 这种方法不基于罚函数法或Lagrange乘子法 .它是直接处理绑定接触接触区域
相关接触面的方式。
– MPC算法支持大变形效应
– 两种方法都是基于罚函数方程:
Training Manual
F k x normal
normal penetration
– 这里对于一个有限的接触力 Fnormal, 存在一个接触刚度的knormal的概念，接触刚 度越高，穿透 量 xpenetration越小，如下图所示
– 对于理想无限大的knormal , 零穿透. 但对于罚函数法，这在数值计算中是不可能 ，但是只要xpenetration 足够小或可忽略，求解的结果就是精确的。
ansys非线性接触分析中的接触行为
ansys非线性接触分析中的接触行为ansys非线性接触分析中接触行为接触是状态改变非线性，经典ANSYS版本中共提供了7种接触行为，每一种都有其特点及相应的应用范围，在选用的时候应该谨慎。
（1）标准接触行为（standard）该接触行为包括了法向接触闭合和分开行为，在该接触模式中既考虑粘着摩擦同时也考虑了滑动摩擦。
如图上，AB与BC本来是分开的，中间通过B点连接，当在A点施加力F，AB慢慢贴近BC，最终靠在一起。
但F撤销后，AB在恢复力的作用下慢慢回复到初始分开状态。
标准接触行为包括了分开状态→闭合状态→分开状态。
当AB与BC靠在一起时，既存在正压力，同时还有沿BC圆弧切线方向的摩擦力。
（2）粗糙接触行为（rough）该接触行为包括了法向接触闭合和分开行为，但滑动行为在此是不会发生的。
原因是所有参与接触的表面都被假定为非常粗糙，以致于可以认为摩擦力无穷大而不能够产生相对滑动。
在这种接触行为中，接触的两个物体或部件之间，除了存在正压力外，还有切向摩擦力，但是接触部分之间不可以产生相对滑动。
（3）绑定接触行为（bonded）是指一旦接触关系建立，那么目标面及接触面就被假定为粘结在一起（不可以分开）。
（4）绑定接触行为（始终）（bonded（always））任何初始时在许可接触容差范围内探测到的接触点或者是那些即将进入接触的点在后续的分析中将被绑定在一起。
这种接触行为的典型应用，如在组装分析中将两种不同网络的组件“加”在一起。
线性静态分析也可以用该种接触行为来解决，虽然由于有接触单元的存在，分析中将会提示为非线性分析，但往往只要一步迭代就完成了。
（5）绑定接触行为（初始接触）（bonded（initial））绑定仅发生在初始状态下就接触的面上，初始状态下没有接触的部分将继续保持分开。
典型的例子是通过焊接连接在一起的两个物体，焊接部分始终保持连接，没有焊接的部分保持分离状态。
（6）不分开型（no separation）一旦接触关系建立，目标面及接触面便被约束在一起了，但还是允许接触面之间有滑动。
ansys非线性接触分析
第五章接触分析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。
11 ANSYS13.0 Workbench 结构非线性培训 作业 面体接触诊断工具
Workshop Supplement
• 再次求解
WS7A-15
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 7A: 诊断
• 从求解信息中看到, 已正常接触, 但几次迭代后收敛失败.
Workshop Supplement
WS7A-16
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
– 这可以通过对接触单元添加一个如下命令来校正: KEYOPT,cid,11,1 (参见 单元手册中的 CONTA174 和帮助中KEYOPT 命令) – 这个命令包括壳厚度的调整.
WS7A-21
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 7A: 诊断
WS7A-3
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 7A: 诊断
项目示图区应如右图所示.
– 从示图区, 可看到已定义了Engineering (材料) Data 和Geometry (绿色对号标记). – 接下是在Mechanical中建立和运行有限元模型 Mechanical – 打开 Engineering Data (高亮并双击 或点击鼠标右 键并选择Edit) 来校正材料属性. – 检验单位是公制 (Tonne,mm,…) 系统. 如果不是, 点击… • Utility Menu=>Units=>Metric(Tonne, mm,..)
…作业 7A: 诊断
头两个收敛子步代表两部件间小间隙正在闭合，接触还没建立.
ANSYS非线性接触问题分析汇总
ANSYS 分线性接触问题分析汇总接触非线性是一门复杂的学科，ANSYS 关于计算非线性接触的设置选项多只又多，很多人摸不到头脑，本文就基于ANSYS 模拟过的几个接触实例，研究了相关设置选项对接触结果的影响。
实例1：橡胶密封圈配合接触研究—非线性求解设置对结果的影响密封圈配合模型简图见图1，左右两端为刚体，中间圆部分为橡胶密封圈，将刚体2沿刚体1方面移动，从而实现橡胶圈密封作用，采用plane182单元，设置轴对称行为，建立橡胶密封圈与刚体接触模型，见图2。
图1 密封圈配合模型简图 图2 密封圈配合有限元模型图接触对采用默认设置，摩擦系数取0.10，研究非线性求解器设置对收敛方面的影响，大变形静态（Large Displacement Static ）效应打开，自动时间步长（Automatic time stepping ）打开，子步数（Number of substeps ）设置为50，线性搜索（Line search ）打开。
1 收敛准则对结果的影响此实例收敛准则默认采用力收敛结合力矩收敛准则（基于L2范数），收敛容差（Tolerance ）默认为0.001，工程上认为0.05的收敛容差足够满足要求。
表 1 收敛容差对计算结果的影响收敛容差 最大应力/ MPa报错与否？ 0.001 4.12364报错 0.05 4.12785 报错 0.14.12996报错查看报错信息，见图3，表示单元过于扭曲，建议提高子步数或降低时间步长，需要提高网格质量，也要考虑材料属性，接触对及约束方程的合理性，若在第一步迭代就如此，需要预先执行单元形状检查。
图3 报错信息刚体1刚体2密封圈橡胶密封圈配合Von Mises应力云图见图4。
图4 橡胶密封圈配合Von Mises应力2 子步数对结果的影响此实例子步数设置为50、100、200、500，收敛容差（Tolerance）默认为0.001，研究子步数对收敛的影响。
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第1天课程1.接触分析综述1.1概述1.2接触分析典型应用1.3接触类型1.4接触分析基本过程；1.5接触分析中的实常数与关键字简介1.6范例：球体-平面赫兹接触第2天课程2.接触基本设置选项2.1接触算法2.2接触刚度2.3穿透容差2.4 Pinball区域2.5接触作用方式2.6初始接触状态判断与调整2.7工程实例工程实例1：液压阀结构的接触有限元分析工程实例2：过盈配合结构有限元分析第3天课程3.非线性方程求解方法3.1非线性方程求解方法3.2非线性收敛准则3.3预测器3.4自适应下降3.5线性搜索3.6弧长法3.7 工程实例：非线性屈曲接触有限元计算第4天课程4.摩擦接触4.1摩擦模型；4.2摩擦参数；4.3自定义摩擦系数；4.4切向法刚度；4.5切向滑动容差4.6摩擦生热4.7工程实例工程实例1：齿轮接触的摩擦有限元计算工程实例2：轮胎地面滚动摩擦接触有限元计算第5天课程5.接触分析插入的命令流5.1 接触单元关键字插入的命令5.2 接触单元实常数插入的命令5.3 接触模型插入的命令5.4 工程实例工程实例1：圆柱转动摩擦生热有限元分析工程实例2：界面开裂失效有限元分析第6天课程6.接触分析后处理6.1 接触工具6.2 联合ANSYS经典版进行后处理6.3 接触分析后处理可查看的选项6.4 判断接触分析精度的方法6.5 接触单元的单元表6.7工程实例：双耳结构接触有限元分析第7天课程7.接触分析高级功能7.1刚-柔接触7.2实体-壳体的连接7.3螺栓预紧连接7.4点焊结构分析7.5接触裁剪7.6对称与非对称接触7.7稳态阻尼系数7.8壳体接触厚度效应7.9接触时间步控制7.10工程实例工程实例1：点焊连接结构有限元分析工程实例2：薄壁冲压接触有限元分析工程实例3：轮盘轮毂螺栓预紧连接接触有限元计算第8天课程8.热接触分析8.1热接触行为与接触状态8.2接触热传导8.3工程实例：多材料接触导热有限元计算。
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 Workbench 结构非线性培训 作业 接触界面处理
WS4A-13
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4A: 接触界面处理
• 高亮显示Solution Branch
– 右击 > Insert > Contact Tool…
• 高亮显示最新插入的 Contact Tool
• 高亮显示最新插入的Contact Tool 中的初始 信息
– 右击> Generate Initial Contact Results
• 应产生如下表定义的接触区域的初始件:
Workshop Supplement
WS4A-11
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
• 校正三个预定义接触区域的初始条件
– 高亮显示 Connections – 右击> Insert >Contact Tool
Workshop Supplement
WS4A-10
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4A: 接触界面处理
纹细节没有建模) 的绑定接触
Workshop Supplement
WS4A-3
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4A: 接触界面处理
模型描述 (绪) • 热边界:
A. 热歧管 @ 220C B. 冷歧管板 @50C C. 喷嘴尖端带状加热器 @ 80 Watts
…作业 4A: 接触界面处理
Workshop Supplement
ANSYS在求解带摩擦接触问题中的应用
2 ANSYS 求解赫兹接触问题
通过求解两长圆柱体在平行于轴线方向上 带摩擦接触问题, 可以对有限元分析结果和传 统的赫兹理论的计算结果进行比较。 211 几何模型
131 043
131068
01 000
01000
01000
01 000
01 000
- 01 737E- 02 - 01142E- 01 - 01203E- 01 - 01 248E- 01 - 01 270E- 01
- 01 229
- 01236
- 01247
- 01 264
- 01 285
01 209E- 01 01 194E- 01 01170E- 01 011340E- 01 01 859E- 02
直径分别为 D 1= 20 mm 和 D 2 = 26 mm 的 两个长圆柱体, 材料均为 GCr15 制造, 在平行于 轴线方向上带摩擦接触, 单位长度上的作用力 F = 3 200 N/ mm, 该力将两长圆柱压在一起( 如 图 1 所示) , 求取接 触椭圆尺 寸和应 力、变形。 对于本例中, 接触椭圆的长轴和短轴半径相等, 接触区为圆, 另外, 通过调整不同的接触刚度值 比较结果, 说明在接触分析中法向接触刚度是 否合理选取严重影响计算的精确性和问题的收 敛性。
第 11 卷 第 4 期 2003 年 12 月
北京石油化工学院学报 Journal of Beijing Institute of
Petro- chemical Technology
ANSYSWorkbench五种接触类型浅析
ANSYSWorkbench五种接触类型浅析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。
以上描述可能有点长，如果难以理解，下面有其他朋友总结的：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。
【VIP专享】ANSYS Workbench 接触非线性有限元专题培训
接触非线性有限元专题培训（张老师培训）深入讲解接触非线性计算的基本原理，设置方法，重点解决接触非线性计算不收敛的难题，加入培训QQ群可以参加课程的免费试听一次，免费试听内容为第一天课程，试听时间定于10月30日，晚上19:30开始。
培训QQ群： 311735634培训费用：500，10月30日前缴费的，优惠50，仅收450.支付方式：支付宝或网上银行转账培训软件：ANSYS15.0，ANSYS Workbench环境培训时间：11月4日，每天晚上19:30到21:30,持续9天课程特点：原理+操作+实例+工程经验+技巧，重点是讲解如何处理接触分析常见不收敛的问题。
第1天课程1.接触分析综述1.1概述1.2接触分析典型应用1.3接触类型1.4接触分析基本过程；1.5接触分析中的实常数与关键字简介1.6范例：球体-平面赫兹接触第2天课程2.接触基本设置选项2.1接触算法2.2接触刚度2.3穿透容差2.4 Pinball区域2.5接触作用方式2.6初始接触状态判断与调整2.7工程实例工程实例1：液压阀结构的接触有限元分析工程实例2：过盈配合结构有限元分析第3天课程3.非线性方程求解方法3.1非线性方程求解方法3.2非线性收敛准则3.3预测器3.4自适应下降3.5线性搜索3.6弧长法3.7 工程实例：非线性屈曲接触有限元计算第4天课程4.摩擦接触4.1摩擦模型；4.2摩擦参数；4.3自定义摩擦系数；4.4切向法刚度；4.5切向滑动容差4.6摩擦生热4.7工程实例工程实例1：齿轮接触的摩擦有限元计算工程实例2：轮胎地面滚动摩擦接触有限元计算第5天课程5.接触分析插入的命令流5.1 接触单元关键字插入的命令5.2 接触单元实常数插入的命令5.3 接触模型插入的命令5.4 工程实例工程实例1：圆柱转动摩擦生热有限元分析工程实例2：界面开裂失效有限元分析第6天课程6.接触分析后处理6.1 接触工具6.2 联合ANSYS经典版进行后处理6.3 接触分析后处理可查看的选项6.4 判断接触分析精度的方法6.5 接触单元的单元表6.7工程实例：双耳结构接触有限元分析第7天课程7.接触分析高级功能7.1刚-柔接触7.2实体-壳体的连接7.3螺栓预紧连接7.4点焊结构分析7.5接触裁剪7.6对称与非对称接触7.7稳态阻尼系数7.8壳体接触厚度效应7.9接触时间步控制7.10工程实例工程实例1：点焊连接结构有限元分析工程实例2：薄壁冲压接触有限元分析工程实例3：轮盘轮毂螺栓预紧连接接触有限元计算第8天课程8.热接触分析8.1热接触行为与接触状态8.2接触热传导8.3工程实例：多材料接触导热有限元计算。
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Target
WS4B-9
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 确认分析设置
– Large deflection 为 On – 两个载荷步具有不同的自动时间步定义
Workshop Supplement
WS4B-2
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
步骤:
•
Workshop Supplement
如已在前面的运行中打开了Workbench, 通过 Utility Menu>File>New…启 动新的分析
•
浏览并打开 “W4b-Oring.wbpj” 项目文件.
…作业 4B: 摩擦接触
• 求解. 多次迭代和几个二分后，求解收敛.
Workshop Supplement
WS4B-12
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 查看总变形结果. 观察O-ring几何变形结果动画
Workshop Supplement
– 检验单位是公制 (Tonne,mm,…) 系统. 如果不是, 点击… • Utility Menu=>Units=>Metric(Tonne, mm,…)
WS4B-4
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 回到项目示图区
– “Unit > Metric (mm,kg,N,s,mV,mA)”
Workshop Supplement
活塞-圆柱装配体为一个 2D 轴对称模型，并施加了必要的边界条件和载荷. 接 下的是定义接触对，设定求解分析设置，求解并对结果进行后处理. 展开 model 分支，确认每个部件的材料分配, 边界条件, 载荷和分析设置.
WS4B-10
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 确认在第二载荷步10mm 的位移施加到圆柱上.
Workshop Supplement
WS4B-11
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
WS4B-3
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
项目示图区应如右图所示. • 高亮显示 Engineering Data 点击鼠标右键并选择 Edit打开并校正预定义材料属性
• 橡胶和结构钢
Workshop Supplement
Workshop Supplement
• 双击(或 RMB=>Edit…) Model 打开 FE模型(Mechanical Session)
WS4B-5
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• • • 一旦已进入 Mechanical 程序, 检查工作单位制
WS4B-14
– Formulation = Augmented Lagrange – Pinball Radius = 2mm
WS4B-8
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
Workshop Supplement
• 通过高亮显示 Connections 并右击>Insert>Manual Contact 在O-ring 和圆柱壁 间手动插入一额外的接触区域. 如下图定义这个新接触区域.
WS4B-13
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 高亮显示Solution 并右击 >Insert>Contact Tool
插入并对接触状态，压力，摩擦应力和渗透进行后处理
Workshop Supplement
Workshop Supplement
Piston O-ring
模型描述
– – – – 2D 轴对称 活塞是约束的. 圆柱在模拟装配上移动 材料:
• 活塞和圆柱为钢 • O-Ring为橡胶 Cylinder
– 第1载荷步使活塞和O-ring内径的交界面协调 – 第2载荷步使圆柱在活塞-O-ring 组件上滑动.
WS4B-6
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
Workshop Supplement
注意: 自动接触探测没有对模型建立合适的接触关系. 默认只创建一对绑定接触， 这不足以描绘装配.
WS4B-7
Workbench Mechanical – Structural Nonlinearities
…作业 4B: 摩擦接触
• 如下重新定义O-ring与活塞接触区域 :
– 修正如图所示的O-ring凹槽三个 表面的目标面定义. – Type 改为 Frictional Contact • Friction Coefficient = 0.05
Workshop Supplement
target
– 转换为 Asymmetric behavior
作业 4B 摩擦接触
Workbench- Mechanicalanical – Structural Nonlinearities
作业 4B: 摩擦接触
目标
– 三个部件间创建接触对 (活塞, 圆柱和封条). – 运行2个载荷步来分析三个部件的装配. – 装配部件轴向力后处理.