《ANSYS》資源 非線性4接觸分析

接觸分析

接觸問題是一種高度非線性行為，需要較大的計(jì)算資源，為了進(jìn)行實(shí)為有效的計(jì)算，理

解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。

接觸問題存在兩個(gè)較大的難點(diǎn)：其一，在你求解問題之前，你不知道接觸區(qū)域，表面之

間是接觸或分開是未知的，突然變化的，這隨載荷、材料、邊界條件和其它因素而定；其二,

大多的接觸問題需要計(jì)算摩擦，有幾種摩擦和模型供你挑選，它們都是非線性的，摩擦使問

題的收斂性變得困難。

一般的接觸分類

接觸問題分為兩種基本類型：剛體-柔體的接觸，半柔體一柔體的接觸，在剛體一柔體

的接觸問題中，接觸面的一個(gè)或多個(gè)被當(dāng)作剛體,（與它接觸的變形體相比，有大得多的剛

度），一般情況下，一種軟材料和一種硬材料接觸時(shí)，問題可以被假定為剛體一柔體的接觸,

許多金屬成形問題歸為此類接觸，另一類，柔體一柔體的接觸，是一種更普遍的類型，在這

種情況下，兩個(gè)接觸體都是變形體（有近似的剛度1

ANSYS接觸能力

ANSYS支持三種接觸方式：點(diǎn)一點(diǎn)，點(diǎn)一面，平面一面，每種接觸方式使用的接觸單

元適用于某類問題。

為了給接觸問題建模，首先必須認(rèn)識(shí)到模型中的哪些部分可能會(huì)相互接觸，如果相互作

用的其中之一是一點(diǎn)，模型的對(duì)立應(yīng)組元是一個(gè)結(jié)點(diǎn)。如果相互作用的其中之一是一個(gè)面，

模型的對(duì)應(yīng)組元是單元，例如梁?jiǎn)卧瑲卧驅(qū)嶓w單元,有限元模型通過指定的接觸單元

來識(shí)別可能的接觸匹對(duì)，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸面之上的一層單元，至于ANSTS

使用的接觸單元和使用它們的過程，下面分類詳述。

點(diǎn)一點(diǎn)接觸單元

點(diǎn)一點(diǎn)接觸單元主要用于模擬點(diǎn)一點(diǎn)的接觸行為，為了使用點(diǎn)一點(diǎn)的接觸單元，你需要

預(yù)先知道接觸位置，這類接觸問題只能適用于接觸面之間有較小相對(duì)滑動(dòng)的情況（即使在幾

何非線性情況下）

如果兩個(gè)面上的結(jié)點(diǎn)一對(duì)應(yīng)，相對(duì)滑動(dòng)又以忽略不計(jì)，兩個(gè)面撓度（轉(zhuǎn)動(dòng)）保持小量，

那么可以用點(diǎn)一點(diǎn)的接觸單元來求解面一面的接觸問題，過盈裝配問題是一個(gè)用點(diǎn)一點(diǎn)的接

觸單元來模擬面一與的接觸問題的典型例子。

點(diǎn)一面接觸單元

點(diǎn)一面接觸單元主要用于給點(diǎn)一面的接觸行為建模，例如兩根梁的相互接觸。

如果通過一組結(jié)點(diǎn)來定義接觸面，生成多個(gè)單元，那么可以通過點(diǎn)一面的接觸單元來模

擬面一面的接觸問題，面即可以是剛性體也可以是柔性體，這類接觸問題的一個(gè)典型例子是

插頭到插座里。

使用這類接觸單元，不需要預(yù)先知道確切的接觸位置，接觸面之間也不需要保持一致的

網(wǎng)格，并且允許有大的變形和大的相對(duì)滑動(dòng)。

Contact48和Contact49都是點(diǎn)一面的接觸單元，Contact26月來模擬柔性點(diǎn)一剛性

面的接觸，對(duì)有不連續(xù)的剛性面的問題，不推薦采用Contact26因?yàn)榭赡軐?dǎo)致接觸的丟失，

在這種情況下，Contact48通過使用偽單元算法能提供較好的建模能力。

面一面的接觸單元

ANSYS支持剛體一柔體的面一面的接觸單元，剛性面被當(dāng)作“目標(biāo)”面，分別用

Targel69和Targel70來模擬2-D和3-D的"目標(biāo)"面，柔性體的表面被當(dāng)作"接觸"

面，用Contal7LComal72,Contal73,Contal74來模擬。一個(gè)目標(biāo)單元和一個(gè)接單元叫

作一個(gè)"接觸對(duì)"程序通過一個(gè)共享的實(shí)常號(hào)來識(shí)別"接觸對(duì)"，為了建立一個(gè)“接觸對(duì)"

給目標(biāo)單元和接觸單元指定相同的實(shí)常的號(hào)。

與點(diǎn)一面接觸單元相比，面一面接觸單元有好幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，

?支持低階和高階單元

?支持有大滑動(dòng)和摩擦的大變形，協(xié)調(diào)剛度陣計(jì)算，單元提法不對(duì)稱剛度陣的選項(xiàng)。

?提供工程目的采用的更好的接觸結(jié)果，例如法向壓力和摩擦應(yīng)力。

?沒有剛體表面形狀的限制，剛體表面的光滑性不是必須允許有自然的或網(wǎng)格離散引

起的表面不連續(xù)。

?與點(diǎn)一面接觸單元比，需要較多的接觸單元，因而造成需要較小的磁盤空間和CPU

時(shí)間。

?允許多種建模控制，例如：

?綁定接觸

?漸變初始滲透

?目標(biāo)面自動(dòng)移動(dòng)到補(bǔ)始接觸

?平移接觸面（老虎梁和單元的厚度）

?支持死活單元

使用這些單元，能模擬直線（面）和曲線（面），通常用簡(jiǎn)單的幾何形狀例如圓、拋物

線、球、圓錐、圓柱采模擬曲面，更復(fù)雜的剛體形狀能使用特殊的前處理技巧來建模。

執(zhí)行接觸分析

不同的接觸分析類型有不同的過程，下面分別討論

面一面的接觸分析

在涉及到兩個(gè)邊界的接觸問題中，很自然把一個(gè)邊界作為“目標(biāo)”面而把另一個(gè)作為"接

觸”面，對(duì)剛體一柔體的接觸，"目標(biāo)"面總是剛性的「接觸”面總是柔性面，這兩個(gè)面合

起來叫作"接觸對(duì)"使用Targel69和Contal71或Contal72來定義2-D接觸對(duì)，使用

Targel70和Contal73或Contal74來定義3-D接觸對(duì)，程序通過相同的實(shí)常收號(hào)來識(shí)

別"接觸對(duì)"。

接觸分析的步驟：

執(zhí)行一個(gè)典型的面一面接觸分析的基本步驟列示如下：

1.建立模型，并劃分網(wǎng)格

2,識(shí)別接觸對(duì)

3.定義剛性目標(biāo)面

4.定義柔性接觸面

5.設(shè)置單元關(guān)鍵字和實(shí)常的

6.定義/控制剛性目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)

7.給定必須的邊界條件

8.定義求解選項(xiàng)和載荷步

9.求解接觸問題

10.查看結(jié)果

步驟1:建立模型，并劃分網(wǎng)格

在這一步中，你需要建立代表接觸體幾何形狀的實(shí)體模型。與其它分析過程一樣，設(shè)置

單元類型,實(shí)常的，材料特性。用恰當(dāng)?shù)膯卧愋徒o接觸體劃分網(wǎng)格。

命令：AMESH

VMESH

GUI:MainMenu>Preprocessor>mesh>Mapped>3or4Sided

MainMenu>Pneprocessor>mesh>mapped>4or6sided

步驟二：識(shí)別接觸對(duì)

你必須認(rèn)識(shí)到，模型在變形期間哪些地方可能發(fā)生接觸，一是你已經(jīng)識(shí)別出潛在的接觸

面，你應(yīng)該通過目標(biāo)單元和接觸單元來定義它們，目標(biāo)和接觸單元跟蹤變形階段的運(yùn)動(dòng)，構(gòu)

成一個(gè)接觸對(duì)的目標(biāo)單元和接觸單元通過共享的實(shí)常號(hào)聯(lián)系起來。

接觸環(huán)（區(qū)域）可以任意定義，然而為了更有效的進(jìn)行計(jì)算（主要指CPU時(shí)間）你可

能想定義更小的局部化的接觸環(huán)，但能保證它足以描述所需要的接觸行為，不同的接觸對(duì)必

須通過不同的實(shí)常數(shù)號(hào)來定義（即使實(shí)常數(shù)號(hào)沒有變化X

由于幾何模型和潛在變形的多樣形，有時(shí)候一個(gè)接觸面的同一區(qū)域可能和多個(gè)目標(biāo)面

產(chǎn)生接觸關(guān)系。在這種情況下，應(yīng)該定義多個(gè)接觸對(duì)（使用多組覆蓋層接觸單元X每個(gè)接

觸對(duì)有不同的實(shí)常數(shù)號(hào)。

步驟三：定義剛性目標(biāo)面

剛性目標(biāo)面可能是2-D的或3—D的。在2-D情況下，剛性目標(biāo)面的形狀可以通過

一系列直線、圓弧和拋物線來描述,所有這些都可以用TAPGE169來表示。另外,可以使

用它們的任意組合來描述復(fù)雜的目標(biāo)面。

在3-D情況下，目標(biāo)面的形狀可以通過三角面，圓柱面，圓錐面和球面來推述，所

有這些都可以用TAPGE170來表示，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的，任意形狀的目標(biāo)面，應(yīng)該使用三角

面來給它建模。

控制結(jié)點(diǎn)（Pilot）

剛性目標(biāo)面可能會(huì)和"pilot結(jié)點(diǎn)”聯(lián)系起來，它實(shí)際上是一個(gè)只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)的單元，

通過這個(gè)結(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以控制整個(gè)目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)，因此可以把pilot結(jié)點(diǎn)作為剛性目標(biāo)的控

制器。整個(gè)目標(biāo)面的受力和轉(zhuǎn)動(dòng)情況可以通過pilot結(jié)點(diǎn)表示出來「pilot結(jié)點(diǎn)"可能是目

標(biāo)單元中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，也可能是一個(gè)任意位置的結(jié)點(diǎn)，只有當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)或力矩載荷時(shí),

"pilot結(jié)點(diǎn)"的位置才是重要的，如果你定義了"pilot結(jié)點(diǎn)"ANSYS程序只在"pilot結(jié)

點(diǎn)"上檢查邊界條件，而忽略其它結(jié)點(diǎn)上的任何約束。

對(duì)于圓、圓柱、圓錐、和球的基本圖段，ANSYS總是使用條一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為"pilot結(jié)點(diǎn)”

基本原型

你能夠使用基本幾形狀來模擬目標(biāo)面，例如：“圓、圓柱、圓錐、球。直線、拋物線、

弧線、和三角形不被允許、雖然你不能把這些基本原型彼此合在一起，或者是把它們和其它

的目標(biāo)形狀合在一起以便形成一個(gè)同一實(shí)常數(shù)號(hào)的復(fù)雜目標(biāo)面。但你可以給每個(gè)基本原型指

定它自己的實(shí)常的號(hào)。

單元類型和實(shí)常數(shù)

在生成目標(biāo)單元之前，首先必須定義單元類型（TARG169或TARG170\

命令:ET

GUI:mainmenu〉preprocessor〉日ementType〉A(chǔ)dd/Edit/Delete

隨后必須設(shè)置目標(biāo)單元的實(shí)常數(shù)。

命令:Real

GUI:mainmenn>preprocessor>realconstants

對(duì)TARGE169和TARGE170僅需設(shè)置實(shí)常數(shù)R1和R2，而只有在使用直接生成法建立

目標(biāo)單元時(shí)，才需要從為指定實(shí)常數(shù)RI、R2,另外除了直接生成法，你也可以使用ANSYS

網(wǎng)格劃分工具生成目標(biāo)單元，下面解釋這兩種方法。

使用直接生成法建立剛性目標(biāo)單元

為了直接生成目標(biāo)單元，使用下面的命令和菜單路徑。

命令：TSHAP

GUIirnainrnenu>preprccessor>inodeling-credle>Ele【nenls>TleinAttributes

隨后指定單元形狀，可能的形狀有：

?straightline(2D)

?parabola(2-D)

?clockwisearc(2-D)

?counterclokwisearc(2-D)

?circle(2-D)

?Triangle(3-D)

?Cylinder(3-D)

?Cone(3-D)

?Sphere(3-D)

?Pilotnode(2?D和3-D)

一旦你指定目標(biāo)單元形狀，所有以后生成的單元都將保持這個(gè)形狀，除非你指定另外一

種形狀。

然后你就可以使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS直接生成技術(shù)生成結(jié)點(diǎn)和單元。

命令：N

E

GUI:mainmenu>pnoprocessor>modeling-create>nodes

mainmenu>pnoprocessor>modeling-create〉日ements

在建立單元之后，你可以通過列示單元來驗(yàn)證單元形狀

命令:ELIST

GUI:utilitymenu>list>Elements>Nodes+Attributes

使用ANSYS網(wǎng)格劃分工具生成剛性目標(biāo)單元

你也可以使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS網(wǎng)格劃分功能讓程序自動(dòng)地生成目標(biāo)單元，ANSYS程序

將會(huì)以實(shí)體模型為基礎(chǔ)生成合適的目標(biāo)單元形狀而忽略TSHAP命令的選項(xiàng)。

為了生成一個(gè)"PILOT結(jié)點(diǎn)"使用下面的命令或GUI路徑：

命令：Kmesh

GUI:mainmenu>proprocessor>meshing-mesh>keypoints

注意：KMESH總是生成"PILOT結(jié)點(diǎn)"

為了生成一個(gè)2-D目標(biāo)單元，使用下面的命令和GUI路徑：

ANSYS在每條直線上生成一條單一的線，在樣條曲線上生成拋物線部分，在每條圓弧

和倒角上生成圓弧部分，如果所有的圓弧形成一個(gè)封閉的圓，ANSYS生成一個(gè)單一的圓段。

命令：LMESH

GUI:mainmenu>pneprocessor>mesling-mesh>lines

為了生成3-D的目標(biāo)單元，使用下面的命令或GUI路徑。

如果實(shí)體模型的表面部分形成了一個(gè)完整的球，圓柱或圓錐，那么ANSYS程序自動(dòng)生

成一個(gè)基本的3-D目標(biāo)單元，因?yàn)樯奢^少的單元，從而使你分析計(jì)算更有效率,對(duì)任意

形狀的表面，應(yīng)該使用Amesh命令來生成目標(biāo)單元,在這種情況下，網(wǎng)格形狀的質(zhì)量不是

重要的，而目標(biāo)單元的形狀是否能完成好的模擬剛性面的表面幾何形狀顯得更重要。

命令：AMESH

GUI:mainmenu>preprocessor>-meshing-mesh>Area

ANSYS在所有可能的面上推薦使用三角形的映射網(wǎng)格劃分，如果在表面的邊界上沒有

曲率，則在網(wǎng)格劃分時(shí)，指定那條邊界分為一分，下面的命令或GUI路徑將盡可能的生成

一個(gè)映射網(wǎng)格（如果不能進(jìn)行映射,它將生成自由網(wǎng)格）

命令:MSHKFY,2

GUI:mainmenu>preprocessor>-meshling-mesh>-Ares-TargetSurf

建模和網(wǎng)格劃分的注意點(diǎn)：

一個(gè)目標(biāo)面可能由兩個(gè)或多個(gè)面斷的區(qū)域組成，你應(yīng)該盡可能地通過定義多個(gè)目標(biāo)面來

使接觸區(qū)域局部比（每個(gè)目標(biāo)面有一個(gè)不同的實(shí)常數(shù)號(hào)）剛性目標(biāo)面上由的離散能足夠指述

出目標(biāo)面的形狀，過粗的網(wǎng)格離散可能導(dǎo)致收斂問題。如果剛性面有一個(gè)實(shí)的凸角，求解大

的滑動(dòng)問題時(shí)很難獲得收斂結(jié)果，為了避免這些建模問題，在實(shí)體模型上，使用線或面的倒

角來使尖角光滑比，或者在曲率突然變化的區(qū)域使用更細(xì)的網(wǎng)格。

注意：不能使用鏡面對(duì)稱技術(shù)（）來映射圓、圓柱、圓錐或球面到

ARSYSMfLSYMM

對(duì)稱干面的另一邊，因?yàn)槊總€(gè)實(shí)常數(shù)的設(shè)置不能同時(shí)賦給多個(gè)基本原型段。

檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)面的接觸方向。

目標(biāo)面的結(jié)點(diǎn)號(hào)順序是重要的，因?yàn)樗x了接觸主向，對(duì)2—D接觸問題，當(dāng)沿著目

標(biāo)線從第一個(gè)結(jié)點(diǎn)移向第二個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，變形體的接觸單元必須位于

目標(biāo)面的右邊。

對(duì)3-D接觸問題，目標(biāo)三角形單元號(hào)應(yīng)該使剛性面的外法線方向指向接觸面，外法線

通過右手原則來定義

為了檢查法線方向，顯示單元坐標(biāo)系

命令:/PSYMS,ESYS,1

GUI:Utilitymenu>plotctrls>symbols

如果單元法向不指向接觸面，選擇單元反轉(zhuǎn)表面的法向的方向。

命令:ESURF,,REVE

GUI:mainmenu>preprocossor>create>日ement>ontreesurf

步驟4:定義柔性體的接觸面

為了定義柔性體的接觸面,必須使用接觸單元C0NFA171或CONFA172（對(duì)2—D）

或CONTA173或CONTA174（對(duì)3—D）來定義表面

程序通過組成變形體表面的接觸單元來定義接觸表面，接觸單元與下面覆蓋的變形體單

元有同樣的幾何特性，接觸單元與下面覆蓋的變形體單元必須處于同一階次（低階或高階）

下面的變形體單元可能是實(shí)體單元、殼單元、梁?jiǎn)卧虺瑔卧?，接觸面可能殼或梁?jiǎn)卧魏?/p>

一邊。

與目標(biāo)面單元一樣，你必須定義接觸面的單元類型，然后選擇正確的實(shí)常數(shù)號(hào)（實(shí)常數(shù)

號(hào)必須與它對(duì)應(yīng)目標(biāo)的實(shí)常數(shù)號(hào)相同）最后生成接觸單元。

單元類型：

下面簡(jiǎn)單描述四種類型的接觸單元

C0NTA171:這是一種2-D,2個(gè)結(jié)點(diǎn)的低附線單元，可能位于2-D實(shí)體，殼或梁

單元的表面

CONTA172:這是一個(gè)2—D的，3結(jié)點(diǎn)的高階拋物線形單元，可能位于有中結(jié)點(diǎn)的2

-D實(shí)體或梁?jiǎn)卧谋砻?/p>

CONTA173:這是一個(gè)3—D的，4結(jié)點(diǎn)的低階四邊形單元可能位于3-D實(shí)體或殼單

元的表面，它可能褪化成一個(gè)結(jié)點(diǎn)的三角形單元。

CONTA174:這是一個(gè)3-D,8結(jié)點(diǎn)的高階四邊形單元，可能位于有中結(jié)點(diǎn)的3—D

實(shí)體或殼單元的表面，它可能褪化成6結(jié)點(diǎn)的三角形單元。

不能在高階柔性體單元的表面上分成低階接觸單元，反之也不行，不能在高階接觸單元

上消去中結(jié)點(diǎn)。

命令：ET

GUI:mainmenu>preprocessor>Elementtype>Add/Edit/Delete

實(shí)常數(shù)和材料特性

在定義了單元類型之后，需要選擇正確的實(shí)常數(shù)的設(shè)置，每個(gè)接觸對(duì)的接觸面和目標(biāo)面

必須有相同的實(shí)常數(shù)號(hào)，而每個(gè)接觸對(duì)必須有它自己不同的實(shí)常數(shù)號(hào)。

ANSYS使用下面柔性體單元的材料特性來計(jì)算一個(gè)合適的接觸（或罰）剛度，如果下

面的單元是一個(gè)超單元。接觸單元的材料的設(shè)置必須與超單元形成時(shí)的原始結(jié)構(gòu)單元相同，

生成接觸單元。

我們既可以通過直接生成法生成接觸單元，也可以在柔性體單元的外表面上自動(dòng)生成接

觸單元，我們推薦采用自動(dòng)生成法，這種方法更為簡(jiǎn)單和可靠。

可以通過下面三個(gè)步驟來自動(dòng)生成接觸單元

1、選擇結(jié)點(diǎn)

選擇已劃分網(wǎng)格的柔性體表面的結(jié)果，如果你確定某一部分結(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)不會(huì)接觸到目標(biāo)

面，你可以忽略它以便減少計(jì)算時(shí)間，然而，你必須保證設(shè)有漏掉可能會(huì)接觸到目標(biāo)面的結(jié)

點(diǎn)。

命令:NSEL

GUI:mainmenu>preprocessor>create>Element>on>freesurf

2、生成接觸單元

命令:ESURF

GUI:mainmenu〉preprocessor〉create>日ement>onfreesurf

如果接觸單元是附在已用實(shí)體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格的面或體上，程序會(huì)自動(dòng)決定接觸計(jì)算所需

的外法向，如果下面的單元是梁或殼單元，則必須指明哪個(gè)表面（上表面或下表面）是接觸

面

命令:ESURF,TOPORBOHOM

GUI:mainmenu>preprocessor>create>Element>onfreesurf

使用上表面生成接觸單元，則它們的外法向與梁或殼單元的法向相同，使用下表面生成

接觸單元，則它們的外法向與梁或殼單元的法向相反，如果下面的單元是實(shí)體單元，則TOP

或BOTTOM選項(xiàng)不起作用

3、檢查接觸單元外法線的方向，當(dāng)程序進(jìn)行是否接觸的檢查時(shí)，接觸面的外法線方向

是重要的，對(duì)3-D單元，按結(jié)點(diǎn)程序號(hào)以右手定則來決定單元的外法向，接面的外法向應(yīng)

該指向目標(biāo)面,否則，在開始分析計(jì)算時(shí)，程序可能會(huì)認(rèn)為有面的過度滲透而很難找到初始

解。在此情況下，程序一般會(huì)立即停止執(zhí)行，你可以檢蟄單元外法線方向是否正確。

命令：/PSYMB

GUI:Utilitymenu>plotctrls>symbols

當(dāng)發(fā)現(xiàn)單元的外法線方向不正確時(shí)，必須通過倒不正確單元的結(jié)點(diǎn)號(hào)來改變它們。

命令:ESURF,REVE

GUI:mainmenu〉preprocossor>Create〉日ementsonfreesurf

步驟5:設(shè)置實(shí)常數(shù)和單元關(guān)鍵字

程序使用九個(gè)實(shí)常數(shù)和好幾個(gè)單元關(guān)鍵字來控制面一面接觸單元的接觸行為。

實(shí)常數(shù)

9個(gè)實(shí)常數(shù)中，兩個(gè)（R1和R2）用采定義目標(biāo)面單元的幾何形狀，乘下的7個(gè)用來控

制接觸行為。

R1和R2定義目標(biāo)單元幾何形狀

FKN定義法向接觸剛度因子

FTOLN定義最大的滲透范愎

ICONT定義初始靠近因子

PINB定義"Pinball"區(qū)域

PMIN和PMAX定義初始滲透的容許范圍

TAUMAR指定最大的接觸摩擦

命令：R

GUI:mainmenu>preprocessor>realconstant

對(duì)實(shí)常數(shù)FKN,FTOLN,ICONT,PINB,PMAX,和PMIN，你既可以定義一個(gè)正值

也可以定義一個(gè)負(fù)值，程序?qū)⒄底鳛楸壤蜃?，將?fù)值作為真實(shí)值，程序?qū)⑾旅娓采w原單

元的厚度作為ICON,FTOLN,PINB,PMAX和PMIN的參考值，例如對(duì)ICON,0.1表

明初始間隙因子是0.1*下面覆蓋層單元的厚度。然而，-0.1表明真實(shí)建隙是0.1,如果下面

覆蓋層單元是超單元，則將接觸單元的最小長(zhǎng)度作為厚度。

單元關(guān)犍字

每種接觸單元都飯知好幾個(gè)關(guān)鍵字，對(duì)大多的接觸問題缺省的關(guān)鍵字是合適的，而在某

些情況下,可能需要改變?nèi)笔≈?，來控制接觸行為。

接觸算法(罰函數(shù)+拉格郎日或罰函數(shù))(KEYOPT(2))

出現(xiàn)超單元時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)(DEYOPT(3))

接觸方位點(diǎn)的位置(KEYOPI(4))

剛度矩陣的選擇(KEYOPT(6))

時(shí)間步長(zhǎng)控制(KEYOPT(7))

初始滲透影響(KEY0PT(9))

接觸表面情況(KEY0PT(12))

命令：KEYOPT

ET

GUI:mainmenu〉preprocessor〉日emantType〉A(chǔ)dd/Edit/Delete

選擇接觸算法：

對(duì)面一面的接觸單元，程序可以使用擴(kuò)增的拉格朗日算法或罰函數(shù)方法，通過使用單元

關(guān)鍵字KETOPT(2)來指定。

擴(kuò)張的拉格朗日算法是為了找到精確的拉格朗日乘子而對(duì)罰函數(shù)修正項(xiàng)進(jìn)行反復(fù)迭代,

與罰函數(shù)的方法相比，拉格朗日方法不易引起病態(tài)條件，對(duì)接觸剛度的靈敏度較小，然而,

在有些分析中，擴(kuò)增的拉格朗日方法可能需要更多的迭代，特別是在變形后網(wǎng)格變得太扭曲

時(shí)。

使用拉格朗日算法的同時(shí)應(yīng)使用實(shí)常數(shù)FTOLN

FTOLN為搠格朗日算法指定容許的最大滲齷，如果程序發(fā)現(xiàn)滲透大于此值時(shí)，即使不

平衡力和位移增量已經(jīng)滿足了收斂準(zhǔn)則，總的求解仍被當(dāng)作不收斂處理，F(xiàn)TLON的缺省值

為0.1，你可以改變這個(gè)值，但要注意如果此值太小可能會(huì)造成太多的迭代次數(shù)或者不收斂。

決定接觸剛度

所有的接觸問題都需要定義接觸剛度，兩個(gè)表面之間滲量的大小取決了接觸剛度，過

大的接觸剛度可能會(huì)引起總剛矩陣的病態(tài)，而造成收斂困難，一般來珞，應(yīng)該選取足夠大的

接觸剛度以保證接觸滲透小到可以接受，但同時(shí)又應(yīng)該讓接觸剛度足夠小以使不會(huì)引起總剛

矩陣的病態(tài)問題而保證收斂性。

程序會(huì)根據(jù)變形體單元的材料特性來估計(jì)一個(gè)缺省的接觸剛度值，你能夠用實(shí)常數(shù)FKN

來為接觸剛度指定一個(gè)比例因子或指定一個(gè)真正的值，比例因子一般在0.01和10之間，

當(dāng)避免過多的迭代次數(shù)時(shí)，應(yīng)該盡量使?jié)B透到達(dá)極小值。

為了取得一個(gè)較好的接觸剛度值，又可需要一些經(jīng)驗(yàn)，你可以按下面的步驟過行。

1、開始時(shí)取一個(gè)較低的值，低估些值要比高估些值好因?yàn)橛梢粋€(gè)較低的接觸剛度導(dǎo)

致的滲透問題要比過高的接觸剛度導(dǎo)致的收斂性困難，要容易解決。

2、對(duì)前幾個(gè)子步進(jìn)行計(jì)算

3、檢查滲透量和每一子步中的平衡迭代次數(shù)，如果總體收斂困難是由過大的滲透引

起的（而不是由不平衡力和位移增量引起的），那么可能低估了FKN的值或者是

將FTOLN的值取得大小，如果總體的收斂困難是由于不平衡力和位移增量達(dá)到收

斂值需要過多的迭代次數(shù)，而不是由于過大的滲透量，那么FKN的值可能被高估。

4、按需要調(diào)查FKN或FTOLN的值，重新分析。

選擇摩擦類型。

在基本的庫(kù)侖摩擦模型中，兩個(gè)接觸面在開始相互滑動(dòng)之前，在它們的界面上會(huì)有達(dá)

到某一大小的剪應(yīng)力產(chǎn)生，這種狀態(tài)則作粘合狀態(tài)（stick）庫(kù)侖摩擦模型定義了一個(gè)等效剪

應(yīng)力。）一旦剪應(yīng)力超過此值后，兩個(gè)表面之間將開始相互滑動(dòng)，這種狀態(tài)，叫作滑動(dòng)狀態(tài)

（Sliding）粘合'滑動(dòng)計(jì)算決定什么時(shí)候一個(gè)點(diǎn)從粘合狀態(tài)到滑動(dòng)狀杰或從滑動(dòng)狀態(tài)變到粘

合狀態(tài)，摩擦系數(shù)可以是任一非負(fù)值。程序缺省值為表面之間無摩擦，對(duì)rough或bonded

接觸（KEYOPT（2）=1（或3）,程序?qū)⒉还芙o定的MV值而認(rèn)為摩擦阻力無限大。

程序提供了一個(gè)不管接觸壓力的故而人為指定最大等效剪應(yīng)力的選項(xiàng)，如果等效剪應(yīng)

力達(dá)到此值時(shí)，滑動(dòng)發(fā)生?？磮D,4-1,為了指定接觸界面上最大許可剪應(yīng)力，設(shè)置常數(shù)

TAUMAX（缺省為1.0E20）,這種限制剪應(yīng)力的情況一般用于接觸壓力非常大的時(shí)候,以

至于用庫(kù)侖理論計(jì)算出的界面剪應(yīng)力超過了材料的屈服極限。一對(duì)TAUMAX的一個(gè)合理高

6G

估為耳（耳是材料的mises屈服應(yīng)力I

圖4-1摩擦模式

對(duì)無摩擦rough和bonded接觸，接觸單元?jiǎng)偠染仃囀菍?duì)稱的,而涉及到摩擦的接觸

問題產(chǎn)生一個(gè)不對(duì)稱的剛度，而在每次迭代使用不對(duì)稱的求解器比對(duì)稱的求解器需要更多的

計(jì)算時(shí)間，因此ANSYS程序采用對(duì)稱化算法。通過采用這種算法大多的摩擦接觸問題能夠

使用對(duì)稱系統(tǒng)的求解器來求解。如果摩擦應(yīng)力在整個(gè)位移范圍內(nèi)有相當(dāng)大的影響，并且摩擦

應(yīng)力的大小高度依賴于求解過程。對(duì)剛度陣的任何對(duì)稱近似都可能導(dǎo)致收斂性的降｛氐，在這

種情況下，選擇不對(duì)稱求解選項(xiàng)（KEYOPT（6）=1）來改善收斂性。

選擇檢查接觸與否的位置

接觸檢查點(diǎn)位于接觸單元的積分點(diǎn)上，在積分點(diǎn)上，接觸單元不滲透進(jìn)入目標(biāo)面，然

而，目標(biāo)面能滲透進(jìn)入接觸面，看圖4—2。

Deformablesolid

Gaussintegrationpoint

圖4-2接觸檢查點(diǎn)位于高斯積分點(diǎn)上

ANSYS面一接觸單元使用GAUSS積分點(diǎn)作為缺省值，GAUSS積分點(diǎn)通常會(huì)比

Newton-Cotes/robatto結(jié)點(diǎn)積分項(xiàng)產(chǎn)生更精確的結(jié)果,Newton-cotes/lobatto使用結(jié)點(diǎn)

本身作為積分點(diǎn)，通過KEYOPT（4）來選擇，你想使用的方法,然而，使用結(jié)點(diǎn)本身作為

積分點(diǎn)僅應(yīng)該用于角接觸問題（看圖4一3%

圖4-3接觸檢查點(diǎn)位于高斯結(jié)點(diǎn)上

然而，使用結(jié)點(diǎn)作為接觸發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致其它的收斂性問題，例如"滑脫"（結(jié)點(diǎn)

滑下目標(biāo)面的邊界）看圖4-4,對(duì)大多的點(diǎn)一面的接觸問題，我們推薦使用其它的點(diǎn)一面

的接觸單元，例如CONTA26,CONTA48和CONTA49.

圖4T結(jié)點(diǎn)滑脫

調(diào)整初始接觸條件

在動(dòng)態(tài)分析中，剛體運(yùn)動(dòng)一般不會(huì)引起問題，然而在靜力分析中，當(dāng)物體沒有足夠的約

束時(shí)會(huì)產(chǎn)生剛體運(yùn)動(dòng)，有可能引起錯(cuò)誤而終止計(jì)算。

在僅僅通過接觸的出現(xiàn)來約束剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須保證在初始幾何體中接觸對(duì)是接觸的,

換句話說，你要建立模型以便接觸對(duì)是“剛好接觸"的，然而這樣作可能會(huì)遇到以下問題：

?剛體外形常常是復(fù)雜的，很難決定第一個(gè)接觸點(diǎn)發(fā)生在哪兒

?既使實(shí)體模型是在初始接觸狀態(tài)，在網(wǎng)格劃分后余于數(shù)值舍入誤差；兩個(gè)面的單元

網(wǎng)格之間也可能會(huì)產(chǎn)生小的建隙。

?接觸單元的積分點(diǎn)和目標(biāo)單元之間可能有小的縫隙。

同理，在目標(biāo)面和接觸面之間可能發(fā)生過大的初始滲透，在這種情況下，接觸單元可能

會(huì)高估接觸力，導(dǎo)致不收斂或民接觸面之間脫離開接觸關(guān)系。定義初始接觸也許是建立接

觸分析模型時(shí)最重要的方面，因此，程序提供了幾種方法來調(diào)整接觸對(duì)的初始接觸條件。

注意：下面的技巧可以在開始分析時(shí)獨(dú)立執(zhí)行成幾個(gè)聯(lián)合起來執(zhí)行，它們是為了消除由

于生成網(wǎng)格造成的數(shù)值舍入誤差而引起的小轉(zhuǎn)隙或滲透，而不是為了改正網(wǎng)格或幾何數(shù)據(jù)的

錯(cuò)誤。

1、使用實(shí)常數(shù)ICONT來指定一個(gè)好的初始接觸環(huán)，初始接觸環(huán)是指沿著目標(biāo)面的

"調(diào)整環(huán)"的深度，如果沒有人為指定ICONT的值，程序會(huì)根據(jù)幾何尺寸來給

ICONT提供一個(gè)小值，同時(shí)輸出一個(gè)表時(shí)什么值被指定的警告信息，對(duì)ICONT

一個(gè)正值表示相對(duì)于下面變形體單元厚度的比例因子，一個(gè)負(fù)值表示接觸環(huán)的真

正值，任何落在"調(diào)整環(huán)”敬域內(nèi)的接觸檢查點(diǎn)被自動(dòng)移到目標(biāo)面上，(看圖4一

5(a))建議使用一個(gè)小的ICONT值否則，可能會(huì)發(fā)生大的不連續(xù)(看圖4-5(b))

圖4—5用ICON進(jìn)行接觸面的調(diào)整

(a)調(diào)整前

(b)調(diào)整后

2、使用實(shí)常數(shù)PMIN和PMAX來指定初始容許的滲透范圍，當(dāng)指定PMAX或PMIN

后，在開始分析時(shí)，程序會(huì)將目標(biāo)面移到初始接觸狀態(tài)，如果初始滲透大于PMAX,

程序會(huì)調(diào)整目標(biāo)面的減少滲透，接觸狀態(tài)的初始調(diào)節(jié)僅僅通過平移來實(shí)現(xiàn)。

對(duì)給定載或給定位移的剛性目標(biāo)面將會(huì)執(zhí)行初始接觸狀態(tài)的初始調(diào)節(jié)。同樣，對(duì)沒有

指定邊界條件的目標(biāo)面也可以進(jìn)行初始接觸的調(diào)整。

當(dāng)目標(biāo)面上的節(jié)點(diǎn)，有給的零位移值時(shí)，使用PMAX和PMIN的初始調(diào)節(jié)將不會(huì)被執(zhí)

行。

注意：ANSYS程序獨(dú)立地處理目標(biāo)面上節(jié)點(diǎn)的自由度，例如：如果你指定自中度UX

值為“0：那么，沿著X方向就沒有初始調(diào)直，然而，在Y和Z方向仍然會(huì)激活PMAX和

PMIN選項(xiàng)。

初始狀態(tài)調(diào)整是一個(gè)迭代過程，程序最多進(jìn)行20次迭代,如果目標(biāo)面不能進(jìn)入可接受

的滲透范圍，程序會(huì)給出一個(gè)警告信息，你可能需要調(diào)整你的初始幾何模型。

圖4-6給出了一個(gè)初始接觸調(diào)整迭代失敗的例子。目標(biāo)面的UY被約束住。因此，初

始接觸唯一容許的調(diào)整是在X方向，然而，在這個(gè)問題中,剛性目標(biāo)面在X方向的任何運(yùn)

動(dòng)都不會(huì)引起初始接觸。

圖4-6一個(gè)初始調(diào)整失敗的例子

3、設(shè)置KEYOPI(9)=1來消除初始滲透，看圖4一7。

圖4-7消除初始始滲透

在某些情況下，例如過盈裝配問題，期望有過度的滲，為了緩解收斂性困難，在第一

個(gè)載荷步中設(shè)置KEYOTI(9)=2來使過度滲透漸進(jìn)到0,看圖4一8。當(dāng)使用這種方法時(shí),

在第一個(gè)載步中不要給定其它任何載荷，也就是說要保證載荷是漸進(jìn)的(KBC,0)

Targetsurface

Targetsurface

Targetsurface

圖4-8漸進(jìn)初始滲透

在開始分析時(shí)，程序會(huì)給出每個(gè)目標(biāo)面的初始接觸狀態(tài)的輸出信息,（在輸出窗口或輸

出文件中），這個(gè)信息有助于決定每個(gè)目標(biāo)面的最大滲透成最小間隙。

對(duì)于給定的目標(biāo)面如果沒有發(fā)現(xiàn)接觸，可能是目標(biāo)面離接觸面太遠(yuǎn)（超出了Piaball

區(qū)域或者是接觸/目標(biāo)單元已經(jīng)被殺死。

決定接觸狀態(tài)和Pinball區(qū)域。

接觸單元相對(duì)于目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)和位置決定了接觸單元的狀態(tài)，程序檢測(cè)每個(gè)接觸單元并

給出一種狀態(tài)

?STAT=O未合的遠(yuǎn)區(qū)接觸

?STAT=1未合的近區(qū)接觸

?STAT=2滑動(dòng)接觸

?STAT=3粘合接觸

當(dāng)目標(biāo)面進(jìn)入pinball區(qū)域后，接觸單元就被當(dāng)作未合上的近區(qū)域接觸，pinball區(qū)域

是以接觸單元的積分點(diǎn)為中心的。使用實(shí)常數(shù)PINB來為pinball指定一個(gè)比例因子(正值)

或其實(shí)值(負(fù)值)，缺省時(shí)，程序?qū)inball區(qū)域定義為一個(gè)以4*變形體單元厚度為半徑的

圓(對(duì)2-D問題)或球(對(duì)3-D問題X

檢查接觸的計(jì)算時(shí)間依賴于pinball區(qū)域的大小，遠(yuǎn)區(qū)接觸單元的計(jì)算是簡(jiǎn)單的且計(jì)算

時(shí)間較少，近區(qū)接觸計(jì)算將要接觸的接觸單元是較慢的，并是較復(fù)雜，當(dāng)單元已經(jīng)接觸時(shí)，

計(jì)算最為復(fù)雜。

如果剛性面有好幾個(gè)凸形區(qū)域，為了克服偽接觸定義，設(shè)置一個(gè)合適的pinball區(qū)域是

有用的，名而對(duì)大多數(shù)問題，缺省值是合適的

選擇表面作用模式

通過設(shè)置kcyopt(12)來選擇下面的某種作用模式

?法問單邊接觸(KEYOPT(12)=0)

?.粗糙接觸，用來模擬無滑動(dòng)的，表面相當(dāng)粗糙的摩擦接觸問題，這種設(shè)置對(duì)應(yīng)

于摩擦系數(shù)無限大(MU),因此用戶定義的摩擦系的(MU)被忽略KEYOPT

(12)=1)

?.不分開的接觸，用來模擬那種一是接觸就再不分開的問題，這種不分開是指對(duì)

法方接觸而言，允許有相對(duì)滑動(dòng)。(KEYOPT(12)=2)

?.綁定接觸用來模擬那種接觸一是發(fā)生表面在所省方向都被綁定的問題。一旦

接觸就再也不能脫開也不允許有相對(duì)滑動(dòng)(KEYOPT(12)=3)

用超單元建立接觸模型

面一面的接觸單元能模擬剛體和另一個(gè)有的運(yùn)動(dòng)的線單性體的接觸，而線單性體又

以體用超單元來建模，這大大降低了進(jìn)行接觸代的自由度數(shù)，記住任荷接觸結(jié)定都必須是

超單元的主自由度。

既然超單元僅僅由一組保留的結(jié)點(diǎn)自由度組成，它沒有用來定義接觸的表面幾何形狀，

因此，必須在形成超單元之前在單元表面上成接觸單元，來自超單元的信息包括結(jié)點(diǎn)連結(jié)

和組合剛度，但是沒有材料特性和應(yīng)力狀態(tài)，(是否軸支稱，平面應(yīng)力或平面應(yīng)變)，一個(gè)限

制是接觸單元的材料特性設(shè)置必須與形成超單元之前的原始單元的材料特性相同。

使用KEYOPT(3)來提彳先妾觸分析的信息，對(duì)2—D單元(C0NTA171CONTA172)

關(guān)鍵字選項(xiàng)如下所示：

?.不使用超單元(KETOPT(3)=0)

??軸對(duì)稱(KEYOPT(3)=1)

?.平面應(yīng)變或單位厚度的平面應(yīng)力(KEYOPT(3)-2)

?.需要厚度輸X的平面應(yīng)力(KEYOPT(3)=3),對(duì)這種情況使用實(shí)常數(shù)的R2

來指定指定厚度

對(duì)3—D單元(CONTA173,CONTA174)關(guān)鍵字選項(xiàng)如下示：

?使用H單元(KETOPI(3)=0)

?使用超單元(KEYOPI(3)=1)

考慮厚度影響

程序夠用KEYOPI(11)來考慮殼(2-D和3-D)和梁(2-D)的厚度缺省時(shí)，程序不

考慮單元厚度，用或中面來表示它。當(dāng)設(shè)置KFTOPI(11)=1時(shí)則考慮梁或殼的厚度，從

底面或頂面來計(jì)算接觸距離，建模時(shí)要考慮到厚度，記住剛性目標(biāo)面會(huì)向任一邊移動(dòng)，半個(gè)

梁或殼單元的厚度，當(dāng)使用殼單元181號(hào)時(shí)，在變形期間厚度的變化曲鋤考慮。

使用時(shí)間步長(zhǎng)控制

時(shí)間步長(zhǎng)控制是一個(gè)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)特征，這個(gè)特征預(yù)測(cè)什么時(shí)間接觸單元的狀態(tài)，將

發(fā)生變化或者需要二分當(dāng)前的時(shí)間步長(zhǎng)，使用KEYOPT(7)來選擇下列四種行為之一來控

制時(shí)間步長(zhǎng)。KEYOPT(7)=0時(shí)不提供控制，KEYOPT(7)=3提供最多的控制。

?KEYOPI(7)=0,設(shè)有控制，時(shí)間步的大小不受預(yù)測(cè)影響，當(dāng)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)被

激活且允許一個(gè)很小的時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)，這個(gè)設(shè)置是合適的。

?KETOPI(7)=1如果一次迭代期間有太大的滲透發(fā)生或者接觸狀態(tài)突然變化，則

進(jìn)行時(shí)間步長(zhǎng)二分。

?KEYOPI(7)=2對(duì)下一個(gè)子步預(yù)測(cè)一個(gè)合理的時(shí)間增量

?KETOPI(7)=3對(duì)下一個(gè)子步，預(yù)測(cè)一個(gè)最小的時(shí)間增量

使用死活單元選項(xiàng)

面一面的接觸單元允許激活或殺死單元，能夠在分析的某一階段中殺死這個(gè)單元而在以

后的階段再重新激活它，這個(gè)特征對(duì)于模擬復(fù)雜的金屬戌形過程是有用的、在此過程的不同

分析階段有多個(gè)目標(biāo)需要和接觸面相互作用，回彈模擬常常需要在成形過程的后期移走剛性

工具。

步驟六：

控制剛性目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。

按照物體的原始外形來建立的且整個(gè)表剛性目標(biāo)面是面的運(yùn)動(dòng)是通過"pilot"結(jié)點(diǎn)上

的給定來定義的，（如果沒有定義"pHot”結(jié)點(diǎn)，則通過剛性目標(biāo)面上的不同結(jié)點(diǎn)。）

為了控制整個(gè)目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)，在下面的任何情況下都必須使用‘Riot"結(jié)點(diǎn)。

?目標(biāo)面上作用著給定的外力

?目標(biāo)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)

?目標(biāo)面和其它單元相連（例結(jié)構(gòu)質(zhì)量單元）

"pilot"結(jié)點(diǎn)的厚度代表著整個(gè)剛性面的運(yùn)動(dòng)，你可以在"pilot"結(jié)點(diǎn)上給定邊界條件（位

移、初速度）集中載轉(zhuǎn)動(dòng)等等，為了考慮剛體的質(zhì)量，在"pilol■結(jié)點(diǎn)上定義一個(gè)質(zhì)量單元。

當(dāng)使用"pilot"結(jié)點(diǎn)時(shí)，記住下面的幾點(diǎn)局限性

?每個(gè)目標(biāo)面只能有一個(gè)"Pilot”的結(jié)點(diǎn)

??圓、圓錐、圓柱、球的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)工）是"pilot"結(jié)點(diǎn)，你不能另外

定義或改變"pilot"結(jié)點(diǎn)

-.程序忽略不是"ilot"結(jié)點(diǎn)的所有其它結(jié)點(diǎn)上的邊條件。

??只有"pilot"結(jié)點(diǎn)能與其它單元相連

?.當(dāng)定義了"pilot”結(jié)點(diǎn)后，不能使用約束方程（CF）或結(jié)點(diǎn)來耦合（CP）來

控制目標(biāo)面的自由度，如果你在剛性面上給定任意載荷或者約束，你必須定義

wpilotH結(jié)點(diǎn)，是在"pilot”結(jié)點(diǎn)上加載，如果沒有使用"pilot”結(jié)點(diǎn)，則只

能有剛體運(yùn)動(dòng)。

在每個(gè)載步的開始，程序檢置每個(gè)目標(biāo)面的邊界條件，如果下面的條件都滿足，那么

程序?qū)⒛繕?biāo)面作為固定處理：

?在目標(biāo)面結(jié)點(diǎn)上沒有明確定義邊界條件或給定力

-.目標(biāo)面結(jié)點(diǎn)沒有和其它單元相連

?.沒有目標(biāo)面結(jié)上使用約束方程或結(jié)點(diǎn)來合

在每個(gè)載體步的末尾，程序?qū)?huì)放松被內(nèi)部設(shè)置的約束條件

步驟7:給變形體單元加必要的邊界條件

現(xiàn)在可以按需要加上任你邊界條件。加載過程與其它的分析類型相同

步驟8:定義求解和載步選項(xiàng)

接觸問題的收斂性隨問題不同而不同，下面列式了一些典型的在大多數(shù)面一面的接觸分

析中推薦使用的選項(xiàng)

?時(shí)間步長(zhǎng)必須足夠以描述適當(dāng)?shù)慕佑|。如果時(shí)間步太大，則接觸力的光滑傳遞會(huì)

被破壞，設(shè)置精確時(shí)間步長(zhǎng)的可信賴的方法是打開自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)。

命令:Autots,on

GUI:MainMenu>Solution>-loadstepopts-Time/Frequence>Time&Timestep

/Time&substeps

?.如果在迭代期間接觸狀態(tài)變化，可能發(fā)生不連續(xù)，為了避免收斂太慢，使用修改的

剛度陣，將牛頓―拉普森選項(xiàng)設(shè)置成FULL

命令：NROPT,FULL〃OFF

GUI:MainMenu>Solution>Analysisoptions

不要使用自下降因子，對(duì)面一面的問題，自適應(yīng)下降因子通常不會(huì)提供任何幫助，因

此我們建議關(guān)掉它。

?設(shè)置合理的平衡迭代次數(shù)，一個(gè)合理的平衡迭代次數(shù)通常在25和50之間

命令:NEQIT

GUI:MainMenu>Solution>-loadstepopts-Nonlinear>Equilibriwmiter

?因?yàn)榇蟮臅r(shí)間增量會(huì)使代趨向于變得不穩(wěn)定，使用線性搜索選項(xiàng)來使計(jì)算穩(wěn)定化。

命令：LNSRCH

GUI:Mainmenu>solution>-loadstepopts-Nonlinear>linssearch

?除非在大轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)分析中，打開時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)器選項(xiàng)

命令：PRED

GUI:mainmean>solarion>-loadstepopis-nonlinear>predictor

?在接觸分析中許多不收斂問題是由于使用了太大的接觸剛度引起的，（實(shí)常數(shù)FKN）

檢驗(yàn)是否使用了合適的接觸剛度。

步驟九：求解

現(xiàn)在可以對(duì)接觸問題進(jìn)行求解，求解過程與一般的非線問題求解過程相同

第十步：檢查結(jié)果

接觸分析的結(jié)果主要包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變，支，和接觸信息（接觸壓力、滑動(dòng)等）

你可以在一般的后處理器（postl）或時(shí)間歷程后處理器（post26）中查看結(jié)果。

1.為了在postl中杳看結(jié)果，數(shù)據(jù)庫(kù)文件所包含的模型必須與用于求解的模型相同。

2.必須存在結(jié)果文件

在postl中查看結(jié)果

1.從輸出文件中查看分析是否收斂。

如果不收斂，你可能不想后處理，而更在乎為什么不收斂。

如果已經(jīng)收斂，繼續(xù)后處理。

2.進(jìn)入postl如果你的模型不在當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫(kù)中，使用恢復(fù)命令（resume）來恢復(fù)

它。

命令：/postl

GUI:mainmenu>Generalpostproc

3.讀入所期望的載荷步和子步的結(jié)果，這可以通過載荷步和子步數(shù)也可以通過時(shí)間

來實(shí)現(xiàn)。

命令:SET

GUI:mainmenu>generadpostproc

4.使用下面的任何一個(gè)選項(xiàng)來顯示結(jié)果

選項(xiàng)：顯示變形形狀態(tài)

命令:PLDISP

GUI:mainmenu>generalpostprooplotresnltdeformedshape

選項(xiàng)：等值顯示

命令:PLNSOL

PLESOL

GUI:mainmenu>generalpostproc>plotresult>contourplot-nodedsolu或

element和solu

使用這個(gè)選項(xiàng)來顯示應(yīng)力，應(yīng)變或其它項(xiàng)的等值圖，如果相鄰的單元有不同的材料行為

（例如塑性或多彈性材料特性，不同的材料類型，或不同的死活屬性）則在結(jié)果顯示時(shí)應(yīng)避

免結(jié)點(diǎn)應(yīng)力平均錯(cuò)誤。

也可以將定的接觸信息用等值圖顯示出來，對(duì)2-D接觸分析，模型用灰色表示，所要

求顯示的項(xiàng)將沿著接觸單元存在的模型的邊界以梯型面積表示出來，對(duì)3—D接觸分析，模

型將用灰色表示，而要求的項(xiàng)在接觸單元存在的2-D表面上等值顯示。

還可以等值顯示單元表的數(shù)據(jù)和線性化單元數(shù)據(jù)。

命令：PLETAB

PLLS

GUI:mainmenu>generalpostprooElementTable>PlotElementTable

mainmenu>GeneralPostprooPlotResuIts>-Contourplot-lineElem

Res

選項(xiàng)：列表顯示

命令：PRNSOL

PRESOL

PRRSOL

PRETAB

PRITER

NSORT

ESORT

GUI:Mainmenu>GeneralPostprooListResults>NodedSolution

Mainmenu>GeneralPostprooLostResults>ElementSolution

Mainmenu>GeneralPostprooListResults>ReactionSolution

在列表顯示它們之前，可以用NSORT和ESORT來對(duì)它們進(jìn)行拄序

選項(xiàng)：動(dòng)畫

可以動(dòng)畫顯示接觸結(jié)果隨時(shí)間的變化

命令：ANIME

GUI:Wilitymenn>Plotctrls>Animate>ContoursInerfime

post26中查看結(jié)果

你也可以使用post26來查看一個(gè)非線性結(jié)構(gòu)對(duì)加載歷程的響應(yīng)使用post26,可以比

較一個(gè)變量陡另一個(gè)變量的變化關(guān)系，例如，可以畫出某個(gè)結(jié)點(diǎn)位移隨給定載的曲線關(guān)系，

某個(gè)結(jié)點(diǎn)的塑性應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系，一個(gè)典型的post26后處理過程需要分以下幾個(gè)步驟

1.從輸出文件中檢杳是否分析已經(jīng)收斂

2.求解已收斂，進(jìn)入post26,如果模型不在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中恢復(fù)它

命令:/Post26

GULMainmenu>TimehistPostpro

3.定義變量

命令:NSOL

ESOL

RFORCE

GUI:Mainmenu>TimeHistPostpro>DefineVariable

4.畫曲線或列表顯示

命令：PLVAR

PRVAR

EXTREM

GUI:Mainmenu>TimeHistPostproc>GraphVariable

Mainmenu>TimeHistPostprooListVariarle

Mainmenu>TimeHistPostproc>ListExtremes

點(diǎn)一面接觸分析

我們能使用點(diǎn)一面接觸單元來模擬一個(gè)表面和一個(gè)結(jié)點(diǎn)的接觸，另外，可以通過把表面

指定為一組結(jié)點(diǎn)，從而用點(diǎn)一面接觸來代表面一面的接觸。

ANSYS程序的點(diǎn)一面接觸單元允許下列非線性行為：

?有大變形的面一面接觸分析

?接觸和分開

?庫(kù)侖摩擦滑動(dòng)

?熱傳遞

點(diǎn)一面的接觸是一種在工程應(yīng)用中普遍發(fā)生的現(xiàn)象，例如：夾子、金屬成形等等，工程

技術(shù)人員對(duì)由于結(jié)構(gòu)之間的接觸而產(chǎn)生的應(yīng)力變形為和溫度改變是感興趣的。

使用點(diǎn)一面的接觸單元

在ANSYS程序中點(diǎn)一面的接觸是通過跟蹤一個(gè)表面(接觸面)上的點(diǎn)相對(duì)于另一表面

(目標(biāo)面)上的線或面的位置來表示的,程序使用接觸單元來跟蹤兩個(gè)面的相對(duì)位置，接觸

單元的形狀為三角形，四面體或錐形，其底面由目標(biāo)面上的節(jié)點(diǎn)組成，而頂點(diǎn)為接觸面上的

節(jié)點(diǎn)。

圖4-9繪出了二組的接觸單元(COWTA(48))和三維的接觸單元(COWTA(49))

圖4一9(a)2-D接觸單元一COWTAC48

(b)3-D接觸單元-COWTAC49

(c)2-D接觸單元-COWTAC26

如果目標(biāo)面是剛性的，而問題又是2-D的，則可以使用CONTA26來建模

點(diǎn)一面接觸分析的步驟

下面列出了典型的點(diǎn)一面接觸分析的基本步驟

1.建模并劃分網(wǎng)格

2.識(shí)別接觸對(duì)

3.生成接觸單元

4.設(shè)置單元關(guān)鍵字和實(shí)常數(shù)

5.給定必須的邊界條件

6.定義求解選項(xiàng)

7.求解

8.查看結(jié)果

第1步：建模，劃分網(wǎng)格

在這一步中，需要建立代表接觸體幾何形狀的模型，設(shè)置單元類型，實(shí)常數(shù)和材料特性,

用適當(dāng)?shù)膯卧愋蛣澐志W(wǎng)格

命令:AMESH

VMESH

GUI:Mainmenu>Pneprocossor>Mesh>Mapped>3or4Sided

Mainmenu>Pneprocessor>Mesh>Mapped>4to6sided

應(yīng)該避免使用有中結(jié)點(diǎn)的單元，特別是在3維問題中，因?yàn)檫@些單元表面節(jié)點(diǎn)上"有

效剛度"是很不均勻的，例如，對(duì)95號(hào)單元來說，角結(jié)點(diǎn)上有一個(gè)負(fù)剛度。然而，是接觸

關(guān)系建立,ANSYS程序的點(diǎn)一面接觸算法|限定剛度均勻分布在面上的所有結(jié)點(diǎn)上，因此,

在接觸分析中使用這些單元時(shí)，能導(dǎo)致收斂困難。

僅僅在使用COWTA48的2維分析中，才可以在接觸面上使用中結(jié)點(diǎn)單元，但不能在

目標(biāo)面上使用中結(jié)點(diǎn)單元，當(dāng)生成48號(hào)接觸單元的時(shí)候，目標(biāo)面上的中節(jié)點(diǎn)將被忽略，這

梢等會(huì)導(dǎo)致在目標(biāo)面上不均勻的力傳遞。

第2步，識(shí)別接觸對(duì)

你必須認(rèn)識(shí)到在變形過程中，哪兒可能發(fā)生接觸，一是你已知認(rèn)識(shí)到潛在接觸面，通過

接觸單元來定義它們，為了更有效地進(jìn)行計(jì)算（主要指CPU時(shí)間），你可能想，定義比較小

的，局部的接觸區(qū)域，但要保證你所定義的接觸區(qū)域能模擬所有必須的接觸。

由于幾何形狀和潛在變形的多樣化，可能有多個(gè)目標(biāo)面和同一個(gè)接觸面相互作用，在這

種情況下,必須定義多個(gè)接觸對(duì)，對(duì)每個(gè)表面，你需要建立一個(gè)包含

表面節(jié)點(diǎn)的組元。

命令：CM

GUI:Utility>Select>Comp/Assembly>CneateComponent

然后就可以使用這些表面結(jié)點(diǎn)，在接觸面之間形成所有有可能的接觸形狀。如果你能肯定