滚珠与平面接触ANSYS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。
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用一、引言接触问题是工程领域中常见的一个重要问题，它在浩繁实际应用中都具有关键作用。
接触分析能够援助工程师设计和改进各种产品和结构，从而提高其性能和寿命，缩减故障和事故的发生。
ANSYS作为一款强大的工程仿真软件，提供了多种接触分析方法和工具，为工程师们解决接触问题提供了便利。
本文将重点介绍基于ANSYS软件的接触问题分析方法和其在工程中的应用。
二、接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括两种：解析方法和数值模拟方法。
解析方法基于一系列假设和理论分析，能够给出理论解析解，但局限于简易的几何外形和边界条件。
数值模拟方法通过建立几何模型和边界条件，利用数值计算的方法求解接触过程的力学行为和变形状况，可以适用于复杂的几何外形和边界条件。
ANSYS软件接受的是数值模拟方法，它基于有限元法和多体动力学原理，可以使用接触元素来建立模型，模拟接触过程中的互相作用，得到接触点的应力、应变以及变形信息，从而分析接触的性能和行为。
接下来将介绍ANSYS软件中的接触分析方法和其在工程中的应用。
三、接触分析方法1. 接触元素：ANSYS软件提供了多种接触元素供用户选择，包括面接触元素、体接触元素和线接触元素。
用户可以依据详尽的接触问题选择合适的接触元素，建立几何模型来模拟接触行为。
2. 接触定义：在ANSYS软件中，用户可以通过定义接触性质、接触参数和接触约束来描述接触问题。
接触性质包括摩擦系数、接触行为模型等；接触参数包括接触初始状态、接触刚度等；接触约束包括接触面间的约束条件等。
3. 接触分析：通过在ANSYS软件中建立模型，定义接触参数和加载条件，进行接触分析，得到接触点的应力、应变和变形信息。
可以通过分析结果来评估接触性能，发现可能存在的问题，并进行改进和优化。
四、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程领域：在机械工程中，接触问题广泛存在于各种设备和结构中，如轴承、齿轮、支撑结构等。
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。
《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。
球与平面接触问题验证分析
对 本 题 而 言 ， R=8mm,F=188.49N, ������1 = 1000N/ ������������2 , ������1 = 0.3,������2 = ∞； 得到理论解：a=1.0096mm, q=88.2904N/������������2 (MPa)
在此做两个分析模型，完整模型和 Cyclic 模型
图 1.完整模型
图 2. Cyclic模型
图 3.完整模型边界条件
将总的载荷 平均施加给 每个循环体
图 4. Cyclic模型边界条件
注意：
①如果是平面对称结构，比如说模型关于某条线或者 某个面对称，在对称线或者面节点加载力时，载荷数 值为整体结构的一半。如下图所示，此题目也可取半
个球进行建模，此时加载力的大小为2 ；
图 9.接触区域内 X 轴坐标最大的节点是 8 号
图 10.8 号节点沿着 X 轴的位移
整体模型算的结果为： 接触半径 a=(1.0242-0.0167)mm=1.0075mm;(误差 0.2%) 最大接触压力 q=87.217MPa（误差 1.2%）
下面是Cyclic模型：
图 11.形变
图 12.Mises 应力
图 13.接触状态
图 14.接触压强（最大 88.355MPa）
图 15.接触区域内 X 轴坐标最大的节点是 735 号
图 16.735 号节点沿着 X 轴向的位移
Cyclic 模型算的结果为： 半径 a=(1.0272-0.0143)=1.0129mm;(误差 0.3%) 最大接触压力 q=88.355MPa（误差 0.07%）
球与平面赫兹接触问题
对于球与平面赫兹接触问题，有如下理论解： 接触半径a =
3
利用ANSYS软件分析滚动轴承接触问题_韦春翔
（ 上海三一精机有限公司， 上海 201200 ） 摘 要： 轴承作为现代机械传动中重要的一环， 其工况的好坏直接影响整机的运行。 利用有限元分析软件 ANSYS， 建立滚动轴承接触分析的三维有限元模型 ， 并进行工况加载， 模拟得到承载过程中的应力 和变形分布趋势。并利用 Labview 软件对轴承在载荷下的信息进行了采集 ， 验证 ANSYS 分析轴承 接触问题的准确性。 关键词： ANSYS 滚动轴承 有限元 接触问题 文献标识码： B 中图分类号： TG502
施加在内部表面的轴向线的节点上 。 1． 6 有限元分析结果 （ 1 ） 显示结果 通过 ANSYS 后处理分析， 得到最大载荷作用下钢 球同内外圈的接触结果。 图 4 、 图 5 所示的分别是钢 球同内外圈的等效应力和模型的总变形 。模型的接触 应力如图 6 所示。 （ 2 ） 结果分析 从上面 ANSYS 进行有限元分析所得的结果可以 看出， 应力最大的地方发生在钢球与内圈接触处 ， 这与 理论计算中预期的初始接触点一致 。从图 4 可以很清 楚地看出， 两个相同材料接触体内部的接触应力是不 同的， 外圈最大接触应力在与钢球接触的位置 ， 最大应 力为 3 350. 8 MPa。而内圈最大应力发生在内圈滚道 边缘， 最大应力 P = 3 882. 6 MPa。 从图 5 得知， 内圈的接触变形为长轴 a = 1. 854 mm， 短轴 b = 0. 158 mm； 外圈的接触变形为 a = 1. 452 b = 0. 254 mm。 mm，
A study on rolling bearing contact by ANSYS
WEI Chunxiang，LI Weiwei，HUANG Zhiping，YE Dong （ Shanghai Sany Precision Machinery Co． ，Ltd． ，Shanghai 201200 ，CHN） Abstract： As an important part of modern machinery transmission mechanism，the bearing plays a direct effect on machine operation． By use of ANSYS，an finite element software，this paper establishes a 3D finite element model for analyzing rolling bearing contact，and obtains stress and deformation distribution tendency through simulation in working conditions． In addition，data of the bearing under load are gathered by means of Labview to verify the accuracy of ANSYS in dealing with bearing contact． Keywords： ANSYS； Rolling Bearing； Finite Element； Contact 工程实际中广泛存在的接触问题是一种高度非线 性问题， 两接触体间的接触应力随着外载荷的变化而 变化， 接触体的变形和接触边界的摩擦作用使得部分 边界条件随载荷的施加过程不同而变化 。轴承作为现 它依靠内部各构 代机械传动部分中十分重要的一环， 件间的滚动接触来支撑转动零件实现运动和力的传 递， 其工况的好坏直接影响整机的运行。 滚动轴承的 接触问题体现在两方面： （ 1 ） 滚动体与内外圈间的接 触应力大小； （ 2 ） 轴承在载荷下的变形量。 但是接触 问题的求解一般是比较困难的， 目前常用的是数值解 法。而数值解法又分为有限元法、 有限差分法、 边界单 元法等。其中有限元法是在工程上应用最为广泛的方 法， 它可以用来分析较复杂的接触问题。 本文以机械
ANSYS三维面面接触分析实例
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
按钮，将弹出 Library of Element
Types (单元类型库)对话框,如图 20.4 所示。
按钮，将弹出 Volume Sweeping (扫掠体)拾取对话框，单击图形显示窗口中的轴，
将其选中，单击拾取对话框中的
按钮，对轴进行网格划分(关于 Sweep 方式划分网格
的详细讲解可参阅本书第 2 章网格划分部分)。
12．对盘进行网格划分。重复步骤 8～11，将盘周向划分 10 份，径向划分 8 份，轴向
变形及应力分布、变化情况。盘和轴用同一种材料，其性质如下：
弹性模量：
EX=2.1E5
泊松比：
NUXY=0.3
接触摩擦系数 ： MU=0.2
20.1 盘轴结构图
20.2 建立有限元模型
在 ANSYS6.1 中，首先我们通过完成如下工作来建立本实例的有限元模型，需要完成 的工作有：指定分析标题，定义单元类型，定义材料性能，建立结构几何模型、进行网格 划分等。根据本实例的结构特点，我们将首先建立代表盘和轴的两个 1/4 圆环面，然后对 其进行网格划分，得到有限元模型。
划分 3 份，同样用扫掠的方式对其进行网格划分，最后单击分网工具对话框中的
按钮
关闭对话框。至此，完成了盘轴结构的有限元建模的全部工作，通过上面的工作建立的有
限元模型如图 20.13 所示。
20.2.5 创建接触对
图 20.13 盘轴结构的有限元模型
由于轴和盘在连接时是过盈配合，轴的外表面和盘心的表面之间将构成面面接触对。 ANSYS6.1 的接触对生成向导可以使用户非常方便地生成分析需要的接触对。下面我们将 利用接触对生成向导来生成本实例需要的接触对。在生成接触对的同时，ANSYS 程序将自 动给接触对分配实常数号。
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 Mechanical 接触分析
基本概念
接触是状态改变 非线性。也就是说, 系统的刚度依赖于接触状态:
状态 = 开
状态 = 闭合和粘结
状态= 闭合和滑动
基本概念
接触是强非线性，因为随着接触状态的改变，接触表面的法向和切 向刚度都有显著的变化。 刚度方面大的突变通常会导致严重的收敛困难。
开接触
闭接触
F
u
基本概念
使接触分析复杂化的因素包括:
基本概念
接触分类
接触问题通常分为两类:
刚性体 -柔性体 和柔性体 -柔性体
刚性体 - 柔性体
一个或更多的接触表面看作刚性体(一个表面与其它表面相比, 刚度显 然要大得多)，许多金属成形问题可归为此类。 不计算刚性体内的应力
柔性体 - 柔性体
两个或所有的接触体都可变形(所有表面的刚度相近)，螺栓结合凸缘连 接就是柔性体 - 柔性体接触的例子。
接触刚度例子
对Normal Stiffness factors 为0.10, 1.0, 和10.0重复以上分析.
将接触算法 改为 Normal Lagrange进行进一步对比.
接触刚度例子
结论
刚度增加, 渗透减少，而最大压力增加，并且通常会有更多的迭代和 更长运行时间。 指定正确的法向刚度不是一个独立问题，它总是需在结果质量 (精度) 和耗费(运行时间)间寻找平衡。基于这个研究, 法向接触刚度因子为 1.0 是满意的。
SEQV
寻找 FKN 值, 超过此值, 结果 不发生显著的改变
7. 重复步骤 5和6, 直到达到所预期的收敛
FKN
接触刚度
作为一个例子, 对于一个轴上套环的过盈配合分析, FKN 是变 化的，等效von Mises应力的最大值被监控。
ansys-workbench-接触的总结
ansys-workbench-接触的总结①下⾯对⾮对称⾏为接触表⾯的正确选择给出选择指导:–如果⼀凸的表⾯要和⼀平⾯或凹⾯接触，应该选取平⾯或凹⾯为⽬标⾯.–如果⼀个表⾯有粗糙的⽹格⽽另⼀个表⾯⽹格细密，则应选择粗糙⽹格表⾯为⽬标⾯.–如果⼀个表⾯⽐另⼀个表⾯硬，则硬表⾯应为⽬标⾯.–如果⼀个表⾯为⾼阶⽽另⼀个为低阶，则低阶表⾯应为⽬标⾯.–如果⼀个表⾯⼤于另⼀个表⾯，则⼤的表⾯应为⽬标⾯.②法向刚度WB-Mechanical系统默认⾃动设定。
–⽤户可以输⼊“法向刚度因⼦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。
默认 FKN =10 (对于绑定和不分离的接触)默认 FKN=10(其他形式接触) 默认 FKN1.0 (其他形式接触)接触问题法向刚度选择⼀般准则:–体积为主的问题: ⽤“Program Controlled”或⼿动输⼊“Normal Stiffness Factor”为“1”–弯曲为主的问题: ⼿动输⼊“Normal Stiffness Factor”为“0.01”到“0.1”之间的数值。
-在⼤变形问题的⽆摩擦或摩擦接触中建议使⽤“Augmented Lagrange”法向接触刚度 knormal是影响精度和收敛⾏为最重要的参数.–刚度越⼤，结果越精确，收敛变得越困难.–如果接触刚度太⼤，模型会振动，接触⾯会相互弹开。
- 其中update stifness 设置可以控制计算收敛与否。
③-刚度增加, 渗透减少，⽽最⼤压⼒增加. 并且通常会有更多的迭代和更长运⾏时间④不管使⽤了何种接触⾏为 (对称或反对称), 模型的变形和等效应⼒本质是相同的. 对称⾏为可以提⾼收敛. 但对称接触结果不容易解释，为接触⾯与⽬标⾯结果的平均值。
0.0032902 0.0033033 0.0033052 0.0033055 0.0033053565.05Mp a 774.12Mp a 811.34Mp a 816.26Mp a 812.78Mp a0.011864 0.0016253 0.0017035 0.000017138 0.00001998417 17 20 24 57⑤在详细窗⼝中⽤户可以选择“Adjusted to Touch”或“AddOffset”-“AdjstedtoToch”让Simlation 决定需要多⼤的接触偏移量来闭合缝隙建⽴初始接触。
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接触问题处理方法与参数设置
Ansys接触问题处理方法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通过两种算法来实现此法向接触关系：罚函数法和拉格朗日乘子法。
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：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分离的接触体上节点间的距离来计算。
接触刚度越大，则穿透就越小，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避免的，那么可以允许有多大为合适？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，则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,PENE来在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。
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 2面─面的接触单元 3执行接触分析 (3)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 4步骤4：定义刚性目标面 (5)步骤5：定义柔性体的接触面 (8)步骤6：设置实常数和单元关键字 (9)步骤7：控制刚体目标的运动 (19)步骤8：给变形体单元加必要的边界条件 (20)步骤9：定义求解和载荷步选项20第十步：检查结果 (21)点─面接触分析 (23)点─面接触分析的步骤 (24)点－点的接触 (32)接触分析实例（GUI方法） (34)非线性静态实例分析（命令流方式） (37)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。
滚动轴承ANSYS分析陈强
接触力学实训基于ANSYS深沟球轴承有限元分析设计深沟球轴承实物图如图所示，以6300为例进行分析：材料选择GCr15制造，该型号的几何参数为：外径D 为ø60,内径d为ø10，宽度B为11，钢球直径Dw为ø6.4，接触角a为零，钢球的数量z 为7个，材料参数弹性模量E=30700MPa,泊松比u=0.3。
接触面的应力为3472N.观察深沟球轴承接触面的应力。
1.建立模型（1）定义文件名：utility Menu==File==zhoucheng,弹出如图1-3所示的choucheng 对话框，在Enter new jobname 文本框中输入Bearing ，并将New log and error files 复选框选为yes ，点击OK按键。
图1-1 ANSYS开始界面图1-2 命名命令图1-3 命名对话框（2）：定义单元类型：Main Menu==Preprocessor==Element Type==Add/Edit/Delete,弹出Element Types 对话框，如图1-4展现的，点击Add 按钮，出现1-5所示的Library of Element Types 对话框，点击选择Structural Solid 和Brick 8node 185 ,点击OK按键，然后点击Element Types 对话框出现的close按键，退出。
图1-4 Element Types 对话框图1-5 Library of Element Types 对话框（3）：定义材料性质：Main Menu==Preprocessoe==Material Props==Material Models,出现如图1-7所示的 Define Material Model Behavior 对话框，在 Material Models Available 出现的选项中依次点击Structural==Linear==Elastic==Isotropic ,出现如图1-8所示 Linear Isotropic Propertities for Material 对话框，在EX 框中输入3E006，在PRXY 框中输入0.3，点击OK 按键。
ANSYS接触分析
ANSYS接触分析ANSYS是一种广泛使用的工程仿真软件，能够进行各种工程问题的数值分析和模拟。
接触分析是ANSYS中的一种重要分析方法，用于研究和评估两个或多个物体之间的接触行为。
接触分析在机械、土木、汽车、航空航天等领域都有广泛应用，在设计和优化工程系统时提供了重要指导。
接触分析的基本原理是通过建立接触面上的接触条件和力学行为模型，来预测接触过程中的应力、应变和接触面的变形情况。
使用接触分析可以评估接触面上的压力分布、接触面的形状变化、摩擦力和接触面之间的滑动行为等。
接触分析能够帮助工程师优化设计，提高系统可靠性和效率。
ANSYS提供了多种接触分析方法，包括接触与非线性分析（contact and nonlinear analysis）、接触单元分析（contact element analysis）和基于拉格朗日和欧拉方法的接触分析（Lagrange and Euler contact analysis）等。
不同的方法适用于不同的接触问题，例如铰链接触、摩擦接触和完全粘连接触等。
在进行接触分析时，首先需要定义接触区域，即两个或多个物体之间的接触面。
接触面可以是平面、曲面或曲线，可以通过CAD模型导入或手动创建。
接下来，需要定义接触材料的特性，包括弹性模量、泊松比和摩擦系数等。
然后，需要为接触面上的节点或单元分配合适的边界条件，例如约束条件和荷载。
最后，可以运行接触分析并获得结果。
ANSYS的接触分析模块提供了丰富的分析结果和可视化工具，可以帮助用户理解接触行为并进行设计优化。
常见的结果包括两个物体之间的接触面积、接触面的法向压力分布、接触区域的摩擦力和切向位移等。
通过分析这些结果，可以评估接触性能和接触界面的强度。
总结来说，ANSYS接触分析是一种重要的工程仿真方法，可以用于评估两个或多个物体之间的接触行为。
它能够帮助工程师优化设计，提高系统可靠性和效率。
通过定义接触区域、材料特性和边界条件，运行接触分析并分析结果，可以得到关于接触性能和接触界面强度的重要信息。
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接触分析
1. 滚动轴承静力学仿真分析从第二章用赫兹理论求解滚动轴承内部接触应力，它有许多的局限性，即只能求解两个材料相同物体的接触，两接触物体之间没有摩擦（完全光滑），还有两接触面的尺寸相对于接触表面的半径很小等。
可知赫兹接触理论不能给滚动轴承静态接触一个精确解，所以经典的赫兹接触理论根本无法求解一些非线性接触问题，但是有限元软件可以精确的处理非线性接触问题，所以本论文选用有限元软件ANSYS以数值计算的方法去处理滚动轴承的非线性接触问题，求出滚动轴承内部接触应力和变形，并与第二章用赫兹法求解结果对比。
.1 有限元模型建立几何模型的建立根据表 3-1 滚动轴承6310的基本尺寸，首先在SolidWorks中建立三维立体模型，由于边棱和倒角对滚动轴承静力学分析影响很小，建模时忽略掉滚动轴承模型的倒角与边棱，为了符合有限元模拟的需要，建模时设置滚动轴承的径向和轴向游隙都为零。
保持架在滚动轴承中的作用是使得各个滚动体均匀的分布在内外圈之间，而在静力学仿真中保持架对仿真结果影响不大，故建模时略掉。
滚动轴承的各个部件都选为轴承钢GGr15材料，泊松比0.3，弹性模量为207GPa，密度7830Kg/ m3。
网格划分将三维模型导入ANSYS workbench环境中进行网格划分。
网格划分的好坏直接影响有限元模型的好坏，影响电脑计算时间和最后仿真结果的精度。
网格划分的一般步骤是单元类型的选择、材料类型选择、单元尺寸大小设置等，只有进行了正确的设置之后才可以进行网格划分。
对模型进行网格划分有如下几种方法：自由网格划分法、映射网格划分法、扫描网格法和自适应网格法。
本文采用三维实体SOLID单元对模型进行网格划分。
网格划分越细密越能精确的求解轴承赫兹接触问题。
从计算结果精确度和电脑计算时间长两者之间的矛盾出发，整体设置约为网格的大小为接触椭圆短轴长的一半，具体设置为滚动体为0.5mm，内外圈为0.8mm。
而滚动轴承是对称结构，用滚动轴承的四分之一代替整个滚动轴承进行有限元分析。
滚珠与平面接触ANSYS分析
报告内容：单个滚珠与平面接触一接触模型为了验证单个滚珠与平面接触理论，采用ANSYS对滚珠与平面接触进行面-面接触分析，并与参考文献对比，为后面自己的分析作准备。
本次分析所采用的具体模型如图1、图2所示，分别采用四面体单元和六面体单元对滚珠与平面接触进行分析。
图1 四面体单元图2 六面体单元二接触分析方法为了减少计算量只选择半球进行分析。
对平板下表面全部节点施加全约束；在球心位置施加集中载荷，中间平面节点UY方向自由度进行约束，防止出现局部变形；对半球与平板接触点施加UX、UY方向的约束；球下表面与平板上平面建立接触面，球面为接触面，平板上表面为目标面。
本次分析所考查的变量为最大接触应力以及最大径向变形，最大接触应力通过观察接触单元的压力云图而获得，最大径向变形通过获得中间平面上一点的位移而得到。
为了验证刚度对接触压力及径向变形的影响，分别采用不同的法向刚度因子对其进行分析，当接触压力及变形变化小到合理范围内，此时最大接触应力及径向变形即为所求，并把结果绘制曲线并与参考文献对比分析。
三对比结果首先，对最大接触应力的验证，对比图3与图5可以看到，当载荷较小时，最大接触分析得到的最大接触应力的值与参考文献中相差不大，但当载荷较大时，分析得到的最大接触应力的值明显小于参考文献中的值。
采用六面体网格随着载荷的增加呈线性增加，而四面体网格的变化率随着载荷的增加而减小。
径向变形对比。
对图4、图6进行对比验证，可以看到采用四面体网格的变形与参考文献中的径向变形基本一致，从而可以验证分析的正确性；而六面体网格的径向变形普遍小于四面体网格，但总体趋势是一致的，都是随着载荷的增加，径向变形增大，但变化率逐渐减小。
通过对最大接触应力及径向变形对比分析，可以得出，球体采用四面体网格划分，并对接触部分进行局部细化，可以到达计算精度的要求，为此在以后的进一步分析中，对滚珠采用四面体网格划分，并对接触部分进行局部细化的方法进行，这对后面要增加预紧力也是符合的。
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报告内容：单个滚珠与平面接触
一接触模型
为了验证单个滚珠与平面接触理论，采用ANSYS对滚珠与平面接触进行面-面接触分析，并与参考文献对比，为后面自己的分析作准备。
本次分析所采用的具体模型如图1、图2所示，分别采用四面体单元和六面体单元对滚珠与平面接触进行分析。
图1 四面体单元图2 六面体单元
二接触分析方法
为了减少计算量只选择半球进行分析。
对平板下表面全部节点施加全约束；在球心位置施加集中载荷，中间平面节点UY方向自由度进行约束，防止出现局部变形；对半球与平板接触点施加UX、UY方向的约束；球下表面与平板上平面建立接触面，球面为接触面，平板上表面为目标面。
本次分析所考查的变量为最大接触应力以及最大径向变形，最大接触应力通过观察接触单元的压力云图而获得，最大径向变形通过获得中间平面上一点的位移而得到。
为了验证刚度对接触压力及径向变形的影响，分别采用不同的法向刚度因子对其进行分析，当接触压力及变形变化小到合理范围内，此时最大接触应力及径向变形即为所求，并把结果绘制曲线并与参考文献对比分析。
三对比结果
首先，对最大接触应力的验证，对比图3与图5可以看到，当载荷较小时，最大接触分析得到的最大接触应力的值与参考文献中相差不大，但当载荷较大时，分析得到的最大接触应力的值明显小于参考文献中的值。
采用六面体网格随着载荷的增加呈线性增加，而四面体网格的变化率随着载荷的增加而减小。
径向变形对比。
对图4、图6进行对比验证，可以看到采用四面体网格的变形与参考文献中的径向变形基本一致，从而可以验证分析的正确性；而六面体网格的径向变形普遍小于四面体网格，但总体趋势是一致的，都是随着载荷的增加，径向变形增大，但变化率逐渐减小。
通过对最大接触应力及径向变形对比分析，可以得出，球体采用四面体网格划分，并对接触部分进行局部细化，可以到达计算精度的要求，为此在以后的进一步分析中，对滚珠采用四面体网格划分，并对接触部分进行局部细化的方法进行，这对后面要增加预紧力也是符合的。
载荷 F / (N)
最大接触应力 P /( M P a )
-5
载荷 F / (N)
径向变形 δ /( M P a )
图3
载荷-最大接触应力 图4 载荷-径向变形
图5 载荷-最大接触应力对比图 图6 载荷-径向变形对比图
四 接触云图
图7 四面体网格接触压力云图 图8 四面体网格整体应力云图
图9 六面体网格接触压力云图图10 六面体网格整体应力云图从图7~10可以看出接触分析的云图与hertz理论的分析是相符的。
从图7可以看到接触压力云图近似为圆形，这与hertz接触理论球面与平面接触的理论是一致的，即变形区域为圆，接触椭圆的长轴与短轴相等；而图9所示，接触区域为正方形而不是圆形，这与网格划分有关。