ansys高级接触分析第6章-高级选项设置
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。
Dyna接触界面设置
001322 10 JAN 2000 6-8
面面接触
• • • •
Training Manual
Explicit Dynamics with ANSYS/LSDYNA
当一个物体的面穿透另一个物体的面时，使用面面接触算法. 面面接触是完全对称的，因此接触面与目标面的选择是任意的. 对于面面接触, 需要用节点组元和PART号来定义接触面和目标面.节点可以 从属于多个接触面. 面面接触是一种通用算法 ，通常用于在已知的接触对象是较大的面时.
Training Manual
001322 10 JAN 2000 6-2
Explicit Dynamics with ANSYS/LSDYNA
接触面 – 概述
Training Manual
Explicit Dynamics with ANSYS/LSDYNA
• ANSYS/LS-DYNA 不使用单元定义接触. • 在 ANSYS/LS-DYNA 中使用接触面定义接触. • 通过多达 22 种不同的接触描述, ANSYS/LS-DYNA 可以 处理绝大多数会遇到的接触问题 • 要 定义 ANSYS/LS-DYNA的接触,用户只需要指定接触面 ，接触类型和一些相关参数即可.
001322 10 JAN 2000 6-17
接触面定义 - Step 2
STEP 2: 定义接触实体
• •
Training Manual
除了单面接触 (ASSC, AG, SS, ESS, and SE), 所有的 ANSYS/LS-DYNA 接 触选项要求定义接触和目标面. 定义接触与目标面有两种方法 :
自动与普通接触
• • • • 自动接触与普通接触的区别在于对壳单元接触力的处理方式不同 普通接触在计算接触力时不考虑壳的厚度. 自动接触允许接触出现在壳元的两侧 两种接触类型中的壳元接触力按照如下方法计算: penetrating node penetrating node
ANSYS-第六章热边界条件
6-21
使用外部模板定义 APDL表格(续)
•
•
用户可以给EXCEL数据加上题目，而且空白行可以使得数据更加容 易识别。 在ANSYS中, 定义数组使用 Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Define/Edit>Add
this is a 3-D Table
6-27
通过 GUI施加操作表格
在 GUI, 当用户选择加载并 单击APPLY, 对话框可以让 用户指出施加的方式: – 常数或 – 现存的表格或 – 新表格
6-28
检查通过表格输入的边界条件
•
•
当表格边界条件施加到实体模型或有限元模型上后，在前处理器中 列出边界条件时表格名将出现。 如果使用SBCTRAN (Solution>Loads>Operate>Transfer to FE) 命令将载荷传递到有限元模型上时, 在求解器中可以列出或绘制出结 点和单元的表格边界条件数值。如果表格边界条件是时间的函数， 显示的是TIME = 0的数值.。如果载荷步文件 (jobname.SXX) 是在 传递以后写的，结点和单元的载荷步文件边界条件 (实体模型载荷不 存储在LS文件中) 还是由表格引用，而不是数值。
•
6-9
定义ANSYS表格
表格可以使用下面的方法定义: – ANSYS 命令 (*DIM) – 在 GUI, 使用 Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Define/Edit – 在 GUI, 在施加边界条件时，软件允许使用现有的表格或定义新的表 格。
6-15
2-D 表格例子
2-D 表格 PQ 可以解释如下: PQ(1,1.5) 表示 3.5 (2.8 和4.2的中间数值) PQ(3.5,1.3) 表示 14.88 (42.0 和-4.5平均, 9.7 和2.0平均,然后 乘上 30% 加到 42.0和-4.5的平均值上)。
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第6章-模态分析
第6章 模态分析 模态分析主要用于确定结构和机器零部件的振动特性（固有频率和振型）也是其他动力学分析（如谐响应分析、瞬态动力学分析以及谱分析等）的基础。
利用模态分析可以确定一个结构。
本章先介绍动力学分析中较为简单的部分★ 了解模态分析。
6.1 模态分析概述模态分析（Modal Analysis ）亦即自由振动分析，是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
模态分析的经典定义是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。
坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。
对于模态分析，振动频率i ω和模态i φ是由下面的方程计算求出的：[][](){}20i iK M ωφ−= 模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报、结构动力特性的优化设计提供依据。
模态分析应用可归结为：评价现有结构系统的动态特性。
在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计。
诊断及预报结构系统的故障。
控制结构的辐射噪声。
识别结构系统的载荷。
ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通受不变载荷作用产生应力作用下的结构可能会影响固有频率，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构，因此在某些情况下执行模态分析时可能需要考虑预应力的影响。
进行预应力分析时首先需要进行静力结构分析（Static Structural Analysis ），计算公式为：[]{}{}K x F =得出的应力刚度矩阵用于计算结构分析（[][]0S σ→），这样原来的模态方程即可修改为：[][]()2i K S M ω+− {}0iφ= 上式即为存在预应力的模态分析公式。
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：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。
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高级接触分析
• 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。
§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形状的两个表面接 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
• 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
◦
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。
• 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：
接触参数设置
Superelement usage (超单元用法)接触属性：刚性目标使用Rigid target 标签为接触分析设置以下选项：Boundary condition on target nodes (目标节点上的边界条件)Area elements have (有面单元时)Pilot Node (引导节点)接触属性：热使用Thermal 标签为热接触分析指定以下设置：Thermal Contact Conductance (热接触导热性)Stephan-Boltzmann constant (Stephan-Boltzmann常数)Radiation View factor (辐射视角因子)Emissivity (发射率)Frictional heating factor (摩擦加热因子)Dissipation weight factor (耗散权因子)Thermal contact behavior (热接触行为)如果选择自由面接触行为，ANSYS 在探测到分开的接触时，它是考虑自由面辐射和对流。
对这种情况，在接触面和目标面之间没有对流和辐射热传递。
接触属性(约束类型)：约束Constraint (约束) 标签包含用于基于表面的约束接触对的一般参数。
基于表面的约束用于将接触面节点的运动耦合到目标面上的一个引导节点。
基于表面的约束需要采用：多点约束(MPC) 接触算法(KEYOPT(2) = 2)。
(在使用接触向导创建接触对时，这一KEYOPT 是自动设置的)。
Constraint surface type (约束面类型)Boundary conditions on target (目标面上的边界条件)Constrained DOF set on target (目标面上的约束自由度组)Pilot Node (引导节点)接触属性：编号ID使用Identification 标签指定接触对的ID 编号。
ANSYSWorkbench常用接触属性及选项设置方法介绍
ANSYSWorkbench常⽤接触属性及选项设置⽅法介绍在之前发布的ANSYS Workbench定义部件接触关系的三种⽅式⼀⽂中，已经向读者介绍了在ANSYS Workbench中指定接触关系的三种⽅法。
⽆论采⽤此⽂中何种⽅式创建接触关系，都会在Project树的Connection分⽀下建⽴⼀个Contacts分⽀，在Contacts分⽀下列出具体的接触对分⽀Contact Region。
对于每⼀个Contact Region分⽀，需要在其Details中设置相关的属性选项如下图所⽰。
常⽤的接触属性包括⽬标⾯和接触⾯设置、Type(接触类型)、Behavior(⾏为)、Formulation(算法)、Normal Stiffness(法向刚度)、Pinball Region(接触影响范围)等。
下⾯对这些接触属性或选项的意义进⾏讲解。
(1)接触⾯与⽬标⾯对于⾃动创建的接触⽆需再指定接触⾯和⽬标⾯，⽽对于⼿⼯创建的接触，在其Details列表中的Contact和Target区域中需要分别选择要创建接触关系的两侧部件的表⾯，并分别点Apply确认。
(2)接触类型属性接触的类型通过Type选项来指定，⽬前常见的接触类型有bonded(绑定)、No Separation(法向不分离)、Frictionless(光滑)、Frictional(有摩擦)、Rough(粗糙)等。
这些可以在Type选项中进⾏指定，其中后⾯三种类型属于⾮线性接触类型。
(3)接触⾏为属性接触⾏为可通过Behavior进⾏设置，主要是Asymmetric(⾮对称接触)、Symmetric(对称接触)、Automatic Asymmetric(⾃动⾮对称接触)。
⼀个Contact Region包含⼀个⽬标⾯和⼀个接触⾯，如果接触界⾯的两侧互为接触⾯和⽬标⾯，即所谓接触是对称的，否则是⾮对称的。
(4)接触的算法接触的算法通过Formulation选项设置，可选择的算法包括Augmented Lagrange、PurePenalty、MPC、Normal Lagrange等，对于连接多个部件的装配体接触⼀般多采⽤MPC算法。
ANSYS高级接触问题处理
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
• 3、选取接触刚度的指导：
• Step 1.开场采用较小的刚度值 • Step 2.对前几个子步进展计算 • Step 3.检查穿透量和每一个子步中的平衡
应变、应力和变形，另一外表为软材料构 成是可变形的。 • ·只在一个外表特别刚硬并且不关心刚硬物 体的应力时有效。 • 柔－柔 • 两个接触体都可以变形。
§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〔防止接触外表相互穿透〕； • —在接触外表之间传递接触应力〔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。
面一面接触单元
• §1 概述 • 面－面接触单元，是模拟任意两个外表间接触的方法。外表可以具有任意形
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 • －刚性外表由“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：开场使用高级选项之前，先试着采用缺省设置：只指定罚刚 度，穿透容差和子步数，然后进展分析。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。
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高级接触问题
• 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
• 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
• 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。 • 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。
§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<= × FN
§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（Targe），另一个面指定为接触 面（conta），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 :
ansys高级接触分析第6章-高级选项设置
接触属性高级选项设置
…初始穿透
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
• 对于接触法向经常改变的接触问题，可尝试接触面目标面互换或去 掉有问题的接触单元.
目标面
接触面
May 16, 2005 Inventory #002256 6-8
接触属性高级选项设置
…初始穿透- Workshop
• 可参考WORKSHOP中的相关章节: • W6A. 初始穿透.
Training Manual
May 16, 2005 Inventory #002256 6-9
Advanced Contact & Fasteners
接触属性高级选项设置
B. 处理刚体运动
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小的强制性位移
May 16, 2005 Inventory #002256 6-14
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
• 位移控制
– Load Step 1
• 施加一个小的强制性位移. – Load Step 2
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Advanced Contact & Fasteners
– 点－点接触选项设置放在第九章中讨论.
May 16, 2005 Inventory #002256 6-2
接触属性高级选项设置
Training Manual
•
本章节包含以下主题:
A. 初始穿透
Advanced Contact & Fasteners
B. 处理刚体运动
– – – – – 对位移的控制 对力的控制 Full 法瞬态动力学 使用弱弹簧 关闭间隙 (CNOF, ICONT, PMIN/PMAX, PSOLVE)
ansys 里的接触如何设置
接触主要是讨论相邻的两个物体之间在法向和切向是否发生位移的问题，ansys里的六种关于接触的设置可以参考如下场景进行设置
（1）法线方向不可分开，切线方向也不可发生相对滑动，则使用boneded。
（2）法线方向不可分开，切线方向可以发生轻微的无摩擦滑动，则使用no separation.
(3) 法线方向可以分开，切线方向不可以发生相对滑动，则用rough.
(4) 法线方向可以分开，切线方向可以发生相对滑动，且没有摩擦力。
则是frictionless。
(5) 法线方向可以分开，切线方向可以发生相对滑动，存在摩擦力。
则是frictional。
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小的强制性位移
May 16, 2005 Inventory #002256
6-14
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接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
• 位移控制
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– Load Step 1 • 施加一个小的强制性位移.
接触属性高级选项设置
A. 初始穿透
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• ANSYS中提供了几种模拟接触初始穿透的技术，它们需要初始几 何穿透值或/和指定的偏移值.
• 指定偏移值:
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6-4
接触属性高级选项设置
…初始穿透
• 实常数 CNOF表示接触面偏 移.
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6-25
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动4
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• 使用接触管理器时，点击Check Contact Status按钮会出现四个 选项，第三个选项Move contact nodes to target可执行 CNCHECK命令
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
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• 尽管这些都是有效技巧，但较难使用
– “即将接触法” -由于分网时的取整处理，物体间可能存在小的间隙或 穿透，这可能导致不收敛.
– 动力学方法 -系统在分析结束后没有完全进入静态，仍存在动态效应
– 位移控制法 -在一个复杂加载的情况下，需要强加的位移不好确定.
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• 对于接触法向经常改变的接触问题，可尝试接触面目标面互换或去 掉有问题的接触单元.
目标面
接触面
May 16, 2005 Inventory #002256
6-8
接触属性高级选项设置
…初始穿透- Workshop
• 可参考WORKSHOP中的相关章节: • W6A. 初始穿透.
6-20
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动2
实常数ICONT可以指定目标面周围 的调整范围.
– 任何处于调整范围内的点都会移动 到目标面上.
– ICONT的值太大的话会产生不连续. 可使用程序缺省值（7.0后为零）
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May 16, 2005 Inventory #002256
– Load Step 2 • 使用一个空的载荷步把位移控制转为力控制.删除上步施加的位移 后施加力进行求解 (该载荷步应该迭代1到2次后就能够收敛).
– Load Step 3 • 继续施加用户需要的载荷.
May 16, 2005 Inventory #002256
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– 正CNOF 值增加干扰. – 负CNOF 减少干扰或倒置间
隙.
• CNOF 可以和几何穿透联合 使用.
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6-5
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Advanced Contact & Fasteners
– Include offset only: 仅考虑指定偏移带来的初始穿透.
– Include offset only w/ ramp:仅考虑指定偏移带来的初始穿透，并逐 渐施加穿透量以增加收敛.
可通过KEYOPT(9)设置
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6-6
Advanced Contact & Fasteners
第六章
接触属性－高级选项设置
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接触属性高级选项设置
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• 要成功的模拟接触关系需要很好的掌握ANSYS中的众多工具，当 程序缺省设置不能满足要求时可使用工具进行调整.
• 首先我们讨论面－面接触单元和点－面接触单元(CONTA171-175).
• 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
May 16, 2005 Inventory #002256
6-13
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接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
• 位移控制
– 使用强制位移使两物体进入接触状态. – 然后通过使用一个空的载荷步把位移控制转为力控制.
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接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
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• 即将接触
– 用户需用知道即将发生接触的具体位置.当面为曲面或不规则面时该方 法较困难.
F
由于分网时的取整处理，物体
间可能存在小的间隙或穿透，
这可能导致不收敛.
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May 16, 2005 Inventory #002256
6-19
接触属性高级选项设置
...处理刚体运动1
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• 推荐使用CNOF自动计算并关闭小的间隙(KEYOPT(5)=1).
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May 16, 2005 Inventory #002256
接触属性高级选项设置
…初始穿透
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• 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.
– Exclude everything: 忽略所有的初始穿透效应.
– Include with ramped effects: 逐渐施加穿透量以增加收敛.
6-12
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接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
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• 动力学分析
– 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.
接触属性高级选项设置
…初始穿透
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• 如果模型包含初始几何穿透的话，那么接触力会以阶跃的形式快速 增加到一个很大的值.
– 牢记：突然改变力会导致收敛困难，应该使初始穿透量用斜坡函数施 加.
• Include with ramped 选项和 Include offset only w/ ramp 有助于
– 点－点接触选项设置放在第九章中讨论.
May 16, 2005 Inventory #002256
6-2
接触属性高级选项设置
• 本章节包含以下主题:
A. 初始穿透 B. 处理刚体运动
– 对位移的控制 – 对力的控制 – Full 法瞬态动力学 – 使用弱弹簧 – 关闭间隙 (CNOF, ICONT, PMIN/PMAX, PSOLVE)
– 弱弹簧法 -需要施加一个非常小的力使得弱弹簧发生变形触发接触，但 不能出现穿透接触面的现象.
May 16, 2005 Inventory #002256
6-17
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接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
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• ANSYS提供给用户四种高级接触选项，用来调整初始 接触条件，防止刚体模型的出现.
6-21
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接触属性高级选项设置
... 刚体 … Workshop
• 可参考workshop中的相关章节: • W6B. 刚体 – 关闭间隙
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接触面 目标面（调整后）
目标面（调整前）
May 16, 2005 Inventory #002256
6-24
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接触属性高级选项设置
...处理刚体运动4
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• 使用 CNCHECK调整接触
• 前提：使用节点探测选项KEYOPT(4) = 1 和 2或使用CONTA175单元 • 初始接触节点处于 ICONT 区域内 • 初始穿透节点的 KEYOPT(9) = 1 • pinball 区域应该足够大，要能够捕捉到间隙和初始穿透.
C. 对称与不对称接触 D. 各式调整
– 打开接触刚度 – 不对称接触选择 – 梁/壳 厚度效应 – 自动时间步
E. 一般故障的检查技巧
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May 16, 2005 Inventory #002256
6-3
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接触属性高级选项设置
...处理刚体运动
• 弱弹簧
– 该方法使用弱弹簧的方法阻止刚体位移.
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F
弹簧的刚度相对整个系统来说要非 常的小，保证弹簧对求解无影响.