Ansys非線性接觸分析和設(shè)置

1、Ansys非線性接觸分析和設(shè)置5.4.9 設(shè)置實(shí)常數(shù)和單元關(guān)鍵選項(xiàng)程序使用20個(gè)實(shí)常數(shù)和數(shù)個(gè)單元關(guān)鍵選項(xiàng)，來控制面面接觸單元的接觸。參見ANSYS Elements Reference中對接觸單元的描述。5.4.9.1 實(shí)常數(shù)在20個(gè)實(shí)常數(shù)中，兩個(gè)(R1和R2)用來定義目標(biāo)面單元的幾何形狀。剩下的用來控制接觸面單元。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 是基于單元厚度的一個(gè)系數(shù)，用于計(jì)算允許的穿透。ICONT 定義初始閉合因子。PINB 定義“Pinball區(qū)域。PMIN和PMAX 定義初始穿透的容許范圍。TAUMAR 指定最大的接觸摩擦。CNOF 指定施

2、加于接觸面的正或負(fù)的偏移值。FKOP 指定在接觸分開時(shí)施加的剛度系數(shù)。FKT 指定切向接觸剛度。COHE 制定滑動(dòng)抗力粘聚力。TCC 指定熱接觸傳導(dǎo)系數(shù)。FHTG 指定摩擦耗散能量的熱轉(zhuǎn)換率。SBCT 指定 Stefan-Boltzman 常數(shù)。RDVF 指定輻射觀察系數(shù)。FWGT 指定在接觸面和目標(biāo)面之間熱分布的權(quán)重系數(shù)。FACT 靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)的比率。DC 靜、動(dòng)摩擦衰減系數(shù)。命令： R GUI：main menu preprocessorreal constant對實(shí)常數(shù) FKN, FTOLN, ICONT, PINB, PMAX, PMIN, FKOP 和 FKT，用戶既可以定

3、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)值作為絕對值。程序?qū)⑾路鼏卧暮穸茸鳛镮CON，F(xiàn)TOLN，PINB，PMAX 和 PMIN 的參考值。例如 ICON = 0.1 表明初始閉合因子是“0.1*下層單元的厚度”。然而，ICON = -0.1 則表示真實(shí)調(diào)整帶是 0.1 單位。如果下伏單元是超單元，則將接觸單元的最小長度作為厚度。參見 圖5-8 。圖5-8 下層單元的厚度在模型中，如果單元尺寸變化很大，而且在實(shí)常數(shù)如 ICONT, FTOLN, PINB, PMAX, PMIN 中應(yīng)用比例系數(shù)，則可能會(huì)出現(xiàn)問題。因?yàn)閺谋壤禂?shù)得到的實(shí)際結(jié)果，取決于下層單元的厚度，這就可

4、能引起大、小單元之間的重大變化。如果出現(xiàn)這一問題，請用絕對值代替比例系數(shù)。TCC, FHTG, SBCT, RDVF 和 FWGT 僅用于熱接觸分析KEYOPT(1)=1。5.4.9.2 單元關(guān)鍵選項(xiàng)每種接觸單元都包括數(shù)個(gè)關(guān)鍵選項(xiàng)。對大多的接觸問題，缺省的關(guān)鍵選項(xiàng)是合適的。而在某些情況下，可能需要改變?nèi)笔≈?。下面是可以控制接觸行為的一些關(guān)鍵選項(xiàng)：自由度 KEYOPT(1)接觸算法(罰函數(shù)+拉格朗日乘子或罰函數(shù)) KEYOPT(2)存在超單元時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)(僅2D) KEYOPT(3)接觸檢測點(diǎn)的位置(僅低階接觸單元) KEYOPT(4)CNOF自動(dòng)調(diào)整 KEYOPT(5)時(shí)間步控制 KEYOPT

5、(7)偽接觸預(yù)防 KEYOPT(8)初始穿透或間隙的影響 KEYOPT(9)法向和切向接觸剛度修正方法控制 KEYOPT(10)殼的厚度影響 KEYOPT(11)接觸面行為(粗糙、綁定等) KEYOPT(12)命令： KEYOPT ET GUI：main menupreprocessorElemant TypeAdd/Edit/Delete5.4.9.3 選擇接觸算法對面面接觸單元，程序可以使用增進(jìn)的拉格朗日方法或罰函數(shù)方法。通過單元關(guān)鍵字 KEYOPT(2)來指定。增進(jìn)的拉格朗日方法是為了找到精確的拉格朗日乘子（即接觸力），而對罰函數(shù)進(jìn)行一系列修正迭代。與罰函數(shù)的方法相比，拉格朗日方法容易得

6、到良態(tài)條件，對接觸剛度的敏感性較小。然而，在有些分析中，增進(jìn)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)。使用拉格朗日方法的同時(shí)應(yīng)使用實(shí)常數(shù) FTOLN。FTOLN 為拉格朗日方法指定容許的最大穿透。如果程序發(fā)現(xiàn)穿透大于此值時(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。FTLON 的缺省值為0.1。用戶可以改變這個(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。5.4.9.4 確定接觸剛度所有的接觸問題都需要定義接觸剛度，兩個(gè)表面之間穿透量的大小取決于接觸剛度。過大的接觸剛度可能會(huì)引起總剛矩陣的病態(tài)，從而造成收斂困難。一般來說，應(yīng)

7、該選取足夠大的接觸剛度以保證接觸穿透小到可以接受，但同時(shí)又應(yīng)該讓接觸剛度足夠小以不致引起總剛矩陣的病態(tài)而保證收斂性。ANSYS 程序根據(jù)下伏柔體單元的材料特性，來估計(jì)一個(gè)缺省的接觸剛度值。用戶可用實(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)絕對值。比例因子一般在0.01和10之間；對于大變形問題，選1是比較好的；而對于彎曲為主的問題，通常為0.010.1。用戶應(yīng)當(dāng)總是檢驗(yàn)以使穿透到達(dá)極小值，而又避免過多的迭代次數(shù)。注意 -FTOLN 和 FKN 從一個(gè)荷載步到另一個(gè)荷載步中，都可以修改。也可以在重啟動(dòng)中修改。這時(shí)，必須定義KEYOPT(10)=1,2。為了確定一個(gè)較好的接觸剛度值，可

8、能需要一些經(jīng)驗(yàn)。用戶可以按下面的步驟來進(jìn)行嘗試：1、 開始時(shí)取一個(gè)較低的值。低估值要比高估值好，因?yàn)橛梢粋€(gè)較低的接觸剛度導(dǎo)致的穿透問題，比過高的接觸剛度導(dǎo)致的收斂性困難，要容易解決。2、 對前幾個(gè)子步進(jìn)行計(jì)算分析，直到最終荷載的一個(gè)比例(剛好完全建立接觸)。3、 檢查每一子步中的穿透量和平衡迭代次數(shù)。如果總體收斂困難是由過大的穿透引起的(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)到收斂值時(shí)需要過多的迭代次數(shù)，而不是由于過大的穿透量引起的，那么 FKN 的值可能被高估。4、 按需要調(diào)整 FKN

9、或 FTOLN 的值，重新進(jìn)行完整的分析。注意 - 如果穿透控制變成總體平衡迭代中的主因(如果為使問題收斂到穿透容差內(nèi)，比收斂到不平衡力的容差內(nèi)，需要更多的迭代)，用戶應(yīng)該增大 FTOLN 值，以允許更多的穿透，或增大 FKN。5.4.9.5 選擇摩擦類型在基本的庫侖摩擦模型中，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)稱為粘合狀態(tài)(stick)。庫侖摩擦模型定義了一個(gè)等效剪應(yīng)力，在某一法向壓應(yīng)力p作用下剪應(yīng)力達(dá)到此值時(shí)表面開始滑動(dòng) (=p+COHE，其中是摩擦系數(shù)-MU-作為材料特性定義，而 COHE 是粘聚力)。一旦剪應(yīng)力超過此值后，兩個(gè)表面之間將開

10、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)狀態(tài)，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。對于粗糙或綁定接觸( KEYOPT(12)=1、3、5、6)，程序?qū)⒉还芙o定的 MU 值而認(rèn)為摩擦阻力無限大。程序提供了一個(gè)人為指定最大等效剪應(yīng)力的選項(xiàng)，不管接觸壓力值的大小，如果等效剪應(yīng)力達(dá)到此值時(shí)，即發(fā)生滑動(dòng)，見 圖5-9 。為了指定接觸界面上最大容許剪應(yīng)力，設(shè)置常數(shù) TAUMAX (缺省為1.0E20)。這個(gè)剪應(yīng)力極限，通常用于在接觸壓力非常大的時(shí)候(如在某些加工過程中)的一些情況，以至于用庫侖理論計(jì)算

11、出的界面剪應(yīng)力超過了材料的屈服極限。TAUMAX 的一個(gè)合理上限估值為 是表面附近材料的 von Mises屈服應(yīng)力)。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)有助于決定 TAUMAX 的值。圖5-9 摩擦模式5.4.9.5.1 靜、動(dòng)摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)依賴于接觸面的相對滑動(dòng)速度，通常靜摩擦系數(shù)高于動(dòng)摩擦系數(shù)。ANSYS提供了如下表示的指數(shù)衰減摩擦模型：=MU(1+(FACT-1)exp(-DCV rel )其中： 為摩擦系數(shù)。 MU動(dòng)摩擦系數(shù)，用MP命令輸入。 FACT是靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)之比，缺省為最小值1.0。 DC為衰減系數(shù)，缺省為0.0，單位為time/length。因此，時(shí)間在靜態(tài)分析中有一些意義。 V rel

12、 是ANSYS計(jì)算的滑動(dòng)速度。如果知道靜、動(dòng)摩擦系數(shù)和至少一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（ 1 ，V rel ），則可以確定摩擦衰減系數(shù)為： 如果不指定衰減系數(shù)，且FACT大于1.0，當(dāng)接觸進(jìn)入滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)，摩擦系數(shù)會(huì)從靜摩擦系數(shù)突變到動(dòng)摩擦系數(shù)，這種行為類似于CONTAC46和CONTAC49單元所用的動(dòng)摩擦模型，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致收斂困難，所以不建議采用。5.4.9.5.2 對稱、不對稱求解器對無摩擦、粗糙和綁定接觸，接觸單元?jiǎng)偠染仃囀菍ΨQ的。而涉及到摩擦的接觸問題產(chǎn)生一個(gè)不對稱的剛度。在每次迭代使用不對稱的求解器，比對稱的求解器需要更多的計(jì)算時(shí)間。因此ANSYS程序采用對稱化算法。通過采用這種算法大多數(shù)摩擦接觸問題

13、，能夠使用對稱系統(tǒng)的求解器來求解。如果摩擦應(yīng)力在整個(gè)位移場內(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，則對剛度陣的任何對稱近似都可能導(dǎo)致收斂性降低。在這種情況下，選擇不對稱求解選項(xiàng)( NROPT ,UNSYM)來改善收斂性。5.4.9.6 選擇接觸檢查的位置接觸檢查點(diǎn)位于接觸單元的積分點(diǎn)上。在積分點(diǎn)上，接觸單元不穿透進(jìn)入目標(biāo)面。然而，目標(biāo)面能穿透進(jìn)入接觸面。見 圖5-10 。圖5-10 接觸檢查點(diǎn)位于高斯積分點(diǎn)上圖5-11 接觸檢查點(diǎn)位于節(jié)點(diǎn)上ANSYS面面接觸單元使用高斯積分點(diǎn)作為缺省值，高斯積分點(diǎn)通常會(huì)比 Newton-Cotes/Lobatto 節(jié)點(diǎn)積分方案產(chǎn)生更精確的結(jié)果，

14、Newton-cotes/Lobatto 用節(jié)點(diǎn)本身作為積分點(diǎn)。通過KEYOPT(4)來選擇用戶想使用的方法。這一選項(xiàng)僅適用于低階接觸( CONTAC171 和 CONTAC173)。然而，使用節(jié)點(diǎn)本身作為積分點(diǎn)僅應(yīng)該用于角接觸問題(看 圖5-11 )。注意，使用節(jié)點(diǎn)作為接觸檢查點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致其它收斂性問題，例如“滑脫”(節(jié)點(diǎn)滑出目標(biāo)面的邊界)，見 圖5-12 。對大多數(shù)的點(diǎn)面的接觸問題，我們推薦使用其它的點(diǎn)面的接觸單元，例如CONTAC26、CONTAC48 和 CONTAC49。見本書5.5。 圖5-12 節(jié)點(diǎn)滑脫5.4.9.7 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

15、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，接觸對是接觸的。換句話說，用戶要建立模型以便接觸對是“剛好接觸”的。然而這樣做，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)體模型在初始時(shí)處于接觸狀態(tài)，在網(wǎng)格劃分后由于數(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)生小縫隙。 接觸單元的積分點(diǎn)和目標(biāo)單元之間可能有小縫隙。同理，在目標(biāo)面和接觸面之間可能發(fā)生過大的初始穿透。在這種情況下，接觸單元可能會(huì)高估接觸力，導(dǎo)致不收斂或接觸面之間脫開接觸關(guān)系。定義初始接觸也許是建立接觸分

16、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，或幾個(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間隙或穿透，而不是為了改正網(wǎng)格或幾何數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。1、應(yīng)用實(shí)常數(shù) CNOF 來指定一個(gè)接觸面偏移。指定正的值來使整個(gè)接觸面偏向目標(biāo)面。 指定負(fù)的值來使接觸面離開目標(biāo)面。ANSYS 能夠自動(dòng)提供 CNOF 值到剛好閉合間隙或減少初始穿透。如下設(shè)置KEYOPT(5)：=1: 閉合間隙；=2: 減少初始穿透；=3: 閉合間隙或減少初始穿透。如果設(shè)置了 KEYOPT(5)0 ，則 ICONT 缺省值為0。2、使用實(shí)

17、常數(shù) ICONT 來指定一個(gè)小的初始接觸環(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(但有意義的值)，同時(shí)輸出一個(gè)表示什么值被指定的警告信息。 ICONT 正值表示相對于下層單元厚度的比例因子；負(fù)值表示接觸環(huán)的絕對值。任何落在“調(diào)整環(huán)”域內(nèi)的接觸檢查點(diǎn)被自動(dòng)移到目標(biāo)面上，(參見 圖5-13a )。建議使用一個(gè)十分小的 ICONT 值，否則可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重不連續(xù)(看 圖5-13b )圖5-13 用ICON進(jìn)行接觸面的調(diào)整。(a)調(diào)整前;(b)調(diào)整后CNOF 與 ICONT 之間的差別，是前者把整個(gè)接觸面移動(dòng) C

18、NOF 的距離，而后者把所有初始分開的(剛好位于調(diào)整環(huán) ICONT 內(nèi)的)接觸點(diǎn)向目標(biāo)面移動(dòng)。如果用戶應(yīng)用其他方法來平衡初始未約束的自由體(如 FTOLN, PINB, PMAX 和 PMIN)，基本上消除ICONT 的影響(把它關(guān)聯(lián)一個(gè)很小的值，如1E-20)，是一個(gè)好辦法。但是，設(shè)置 ICONT=0，并不會(huì)關(guān)閉它。而是導(dǎo)致 ANSYS 用缺省值代替。當(dāng)與其他約束自由體的方法聯(lián)用時(shí)，這反過來可能不能達(dá)到效果。3、使用實(shí)常數(shù) PMIN 和 PMAX 來指定初始容許的穿透范圍。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)，見 圖5-14 。如果初始穿透大于 P

19、MAX，程序會(huì)調(diào)整目標(biāo)面來減少穿透。接觸狀態(tài)的初始調(diào)節(jié)僅僅通過平移來實(shí)現(xiàn)。對給定載荷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)。對沒有指定邊界條件的目標(biāo)面，也同樣可以進(jìn)行初始接觸的調(diào)整。當(dāng)目標(biāo)面上的所有節(jié)點(diǎn)，有給定的零位移值時(shí)，使用 PMAX 和 PMIN 的初始調(diào)節(jié)將不會(huì)被執(zhí)行。圖5-14 接觸面調(diào)整(PMIN，PMAX)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：如果用戶指定自由度 UX 值為“0”，那么沿著X方向就沒有初始調(diào)查。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

20、進(jìn)入可接受的穿透范圍(即 PMIN，PMAX 范圍)，程序?qū)⒃谠紟缀螌?shí)體上操作。這時(shí)程序會(huì)給出一個(gè)警告信息，用戶可能需要調(diào)整用戶的初始幾何模型。圖5-15 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。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。對于柔體-柔體接觸，這種方法不僅移動(dòng)整個(gè)目標(biāo)面，還同時(shí)移動(dòng)與目標(biāo)面相連的整個(gè)柔體。請確保沒有其他接觸面或目標(biāo)面與柔體相連。圖5-15 一個(gè)初始調(diào)整失敗的例子4、設(shè)置KEYOPT(9)=1來調(diào)整初始穿透或間隙，見 圖5-16 。圖5-16 忽略初始穿透，KEYOPT

21、(9)=1真正的初始穿透包括兩部分： 幾何模型產(chǎn)生的穿透或間隙； 用戶定義的接觸面偏移(CNOF)產(chǎn)生的穿透或間隙；KEYOPT(9)提供下列功能： 包括由幾何和接觸面偏移產(chǎn)生的初始穿透，設(shè)置 KEYOPT(9)=0。這是缺省。 忽略上面兩者引起的初始穿透，設(shè)置KEYOPT(9)=1。在KEYOPT(12)=4或5時(shí)，這一KEYOPT(9)=1，也將忽略間隙彈簧的初始力，這樣，建立了一個(gè)初始的“理想的”接觸面-在接觸截面上沒有初始力的作用。 為了包括定義的接觸面偏移(CNOF)，但忽略由于幾何模型引起的初始穿透，設(shè)置KEYOPT(9)=3。在KEYOPT(12)=4或5時(shí)，這一KEYOPT(9

22、)=3，也將忽略打開間隙彈簧的初始力，這樣，建立了一個(gè)初始的“理想的”接觸面-在接觸截面上沒有初始力的作用。在某些情況下，例如過盈裝配問題，期望有過度的穿透。如在第一個(gè)載荷步施加階躍初始穿透，可能造成收斂困難。為了緩解收斂性困難，在第一個(gè)載荷步中設(shè)置漸變的初始穿透來克服。見 圖5-17 。 下面的KEYOPT(9)設(shè)置用來提供漸變功能： 設(shè)置KEYOPT(9)=2，來漸變施加初始穿透(CNOF+由于幾何模型造成的偏移)。 設(shè)置KEYOPT(9)=4，來漸變施加接觸面穿透，但忽略由于幾何模型造成的穿透。對于上面兩個(gè) KEYOPT(9)設(shè)置，用戶還應(yīng)該設(shè)置 KBC ,0 ，并在第一個(gè)載荷步中不要給

23、定任何其它外載荷。還要確保球形（Pinball）區(qū)域足夠大以捕捉到初始過盈。用戶可以聯(lián)合應(yīng)用上面的技術(shù)。例如，用戶可能希望設(shè)置十分精確的初始滲透或間隙，但有限元節(jié)點(diǎn)的初始坐標(biāo)可能無法提供足夠的精度。這時(shí)，可以： 應(yīng)用 ICONT 來移動(dòng)初始張開的接觸點(diǎn)剛好碰到目標(biāo)面。 應(yīng)用 CNOF 來指定穿透（正值）或間隙(負(fù)值)。 應(yīng)用 KEYOPT(9)=3 來在第一個(gè)子步求解初始穿透，或應(yīng)用 KEYOPT(9)=4 來逐漸求解初始穿透。圖5-17 漸變初始過盈在開始分析時(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(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)面的最大穿透或最小間隙。對于給定的

24、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)(超出了球形區(qū)域)，或者是接觸/目標(biāo)單元已經(jīng)被殺死。5.4.9.8 決定接觸狀態(tài)和球形區(qū)域。接觸單元相對于其目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)和位置，決定了接觸單元的狀態(tài)；程序檢測每個(gè)接觸單元，并給出一種狀態(tài)： STAT=0 未閉合的遠(yuǎn)場接觸 STAT=1 未閉合的近場接觸 STAT=2 滑動(dòng)接觸 STAT=3 粘合接觸當(dāng)目標(biāo)面進(jìn)入球形區(qū)域后，接觸單元就被當(dāng)作未閉合的近場接觸，球形區(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 來為球形區(qū)域指定一個(gè)比例因子(正值)，或其絕對值(負(fù)值)。缺省時(shí)，程序?qū)⑶蛐螀^(qū)域定義為一個(gè)以“4*下層單元厚度(對于剛體-柔體接觸)

25、”或“2*下層單元厚度(對于柔體-柔體接觸)”為半徑的圓(對2-D問題)或球(對3-D問題)。檢查接觸的計(jì)算時(shí)間依賴于球形區(qū)域的大小，遠(yuǎn)場接觸單元計(jì)算簡單，計(jì)算時(shí)間較少。近場接觸計(jì)算(對于接近接觸或?qū)嶋H接觸的接觸單元)較慢并且較復(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)合適的球形區(qū)域是有用的。而對大多數(shù)問題，缺省值是合適的。5.4.9.9 在自接觸問題中避免偽接觸在一些對稱接觸問題(包含自接觸)中，ANSYS可能錯(cuò)誤地假設(shè)在十分接近的幾何位置上的接觸面和目標(biāo)面之間的接觸。在自接觸問題的角點(diǎn)會(huì)發(fā)生這一問題。它可能是由單元的初始幾何位置引起的，也

26、可能在分析時(shí)通過變形而引起的。在二個(gè)面位于球形區(qū)域內(nèi)，而且它們之間夾角小于90度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這一問題。在這種情況下，ANSYS程序認(rèn)為發(fā)生了十分大的穿透。 圖5-18 說明了這種情況。圖5-18 檢測偽接觸用戶可以通過單元 CONTA171CONTA174的KEOPT(8)=1，來防止ANSYS程序考慮這一問題。當(dāng)應(yīng)用這個(gè) KEYOPT 時(shí)，ANSYS將忽略在如下情況下產(chǎn)生的“過度穿透”接觸： 初始檢測到的穿透大于接觸容差(FTOLN)的20%。見 圖5-18a 。 接觸狀態(tài)由 圖5-18a 所示的遠(yuǎn)離接觸突然變化到 圖5-18b 所示的過度穿透。如果KEYOPT(8)激活，ANSYS各個(gè)荷步中

27、第一次檢測到偽接觸時(shí)會(huì)發(fā)出一個(gè)警告。如ANSYS在第1荷載步中發(fā)現(xiàn)這種接觸，用戶可看到如下的信息：“Contact element x has too much penetration related to target element y. We assume it (may be more elements) is spurious contact.”如果ANSYS檢測到歸類為偽接觸的突變，用戶看到如下信息：“Contact element x status changed abruptly with target element y. We assume it (may be more

28、elements) is spurious contact.”ANSYS在一個(gè)荷載步中僅發(fā)出一次這樣的信息。在該荷載步中如果還存在其他的偽接觸，ANSYS不再提醒。注意 -在應(yīng)用KEYOPT(8)=1之前，請認(rèn)真檢查模型。ANSYS將忽略符合了過度穿透準(zhǔn)則的真正接觸。這一技術(shù)應(yīng)當(dāng)僅用于在改變球形區(qū)域 PINB 不能阻止偽接觸的情況。5.4.9.10 修正法向和切向接觸剛度在分析過程中，可以修正法向和切向接觸剛度?？梢宰詣?dòng)修正(由于改變下伏單元?jiǎng)偠鹊拇髴?yīng)變效應(yīng)產(chǎn)生)，也可以顯式地修正(由用戶重新指定 FKN 或 FKT 值)。KEYOPT(10)控制法向和切向接觸剛度如何修正： KEYOPT(1

29、0)=0，禁止那些已經(jīng)處于“閉合”狀態(tài)的單元的接觸剛度修正。對于從“張開”變化到“閉合”狀態(tài)的單元，將在每一個(gè)子步上修正接觸剛度。 KEYOPT(10)=1，允許已處于“閉合”狀態(tài)的單元的接觸剛度，在荷載步之間或在重啟動(dòng)期間改變。對于從“張開”變化到“閉合”狀態(tài)的單元，將在每一個(gè)子步上修正接觸剛度。 KEYOPT(10)=2與 KEYOPT(10)=1相同，只是對所有單元(不論其狀態(tài))將在每一個(gè)子步上，由程序決定自動(dòng)修正。5.4.9.11 選擇表面作用模式面-面接觸單元支持法向單向接觸模式及其他力學(xué)表面作用模式。通過設(shè)置 KEYOPT(12) 來選擇下面的某種作用模式： KEYOPT(12)=

30、0，法向單向接觸，即在接觸分開時(shí)，法向壓力等于0。 KEYOPT(12)=1，理想粗糙接觸，用來模擬無滑動(dòng)的，表面完全粗糙的摩擦接觸問題，這種設(shè)置對應(yīng)于摩擦系數(shù)無限大，因此用戶定義的摩擦系數(shù)(MU)被忽略。 KEYOPT(12)=2，“不分離”接觸，接觸面和目標(biāo)面一旦接觸，在其后的分析中就連在一起(雖然允許有相對滑動(dòng))。 KEYOPT(12)=3，綁定接觸模式，目標(biāo)面和接觸面一旦接觸，隨后就在所有方向上綁定。 KEYOPT(12)=4，不分離接觸，其中的接觸積分點(diǎn)，或初始在球形區(qū)域內(nèi)，或一旦接觸，就總是與目標(biāo)面沿接觸面的法向連在一起， 但允許滑動(dòng)。調(diào)整 FKOP(見下)，可用“軟彈簧”把這些區(qū)

31、域聯(lián)系在一起。 KEYOPT(12)=5，綁定接觸模式，其中接觸積分點(diǎn)，或者初始在球形區(qū)域內(nèi)，或者一旦接觸，就總是與目標(biāo)面沿接觸面的法向和切向綁定在一起。 KEYOPT(12)=6，綁定接觸模式，其中初始接觸的接觸積分點(diǎn)保持與目標(biāo)面接觸，而初始處于打開狀態(tài)的接觸積分點(diǎn)，在整個(gè)分析期間保持打開狀態(tài)。這個(gè)選項(xiàng)與在初始接觸的區(qū)域應(yīng)用 CEINTF 類似。對于模擬不分離或綁定接觸，用戶可能需要設(shè)置 FKOP 實(shí)常數(shù)。這在接觸張開時(shí)，提供一個(gè)剛度系數(shù)。如果 FKOP 為正值，則真正的接觸張開剛度等于 FKOP乘以接觸閉合時(shí)施加的剛度。如果 FKOP 為負(fù)值，該值作為 接觸張開剛度的絕對值。缺省的 FKO

32、P 值為1。不分離或綁定接觸，在接觸發(fā)生張開時(shí)，產(chǎn)生回拉力，這個(gè)力可能不足以阻止分離。為了減小分離，定義一個(gè)較大的 FKOP 值。在有些時(shí)候，希望接觸面分離，但需要在接觸面之間建立聯(lián)系來阻止剛體運(yùn)動(dòng)，在這種情況下，可以指定較小的 FKOP 值，以使接觸面之間保持聯(lián)系(這是軟彈簧效應(yīng))。5.4.9.12 用超單元建立接觸模型面一面的接觸單元能模擬剛體(或一個(gè)線彈性體)和另一個(gè)有小位移的線彈性體的接觸。這些線彈性體可用超單元來建模，這大大降低了進(jìn)行接觸迭代的自由度數(shù)。記住任何接觸或目標(biāo)節(jié)點(diǎn)都必須是超單元的主自由度。由于超單元僅僅由一組保留的節(jié)點(diǎn)自由度組成，它沒有用來定義接觸面和目標(biāo)面的幾何形狀。因

33、此，必須在形成超單元之前在原始單元表面上定義接觸面和目標(biāo)面。來自超單元的信息，包括節(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)(軸對稱、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)來提供2D接觸分析的信息。CONTA171、CONTA172 單元的選項(xiàng)如下： 不使用超單元(KETOPT(3)=0)。 軸對稱(KEYOPT(3)=1)。 平面應(yīng)變或單位厚度的平面應(yīng)力(KEYOPT(3)=2)。 需要厚度輸入的平面應(yīng)力(KEYOPT(3)=3)。對這種情況，使用實(shí)常數(shù)R2來指定厚度。對于3D接觸分析，CONTA173

34、，CONTA174單元的KEYOPT(3)選項(xiàng)忽略。ANSYS 將自動(dòng)檢查下伏單元是否為超單元。5.4.9.13 考慮厚度影響程序能夠用KEYOPT(11)來考慮殼(2D和3D)、梁(2D)的厚度。對于剛體-柔體接觸，ANSYS將自動(dòng)移動(dòng)接觸面到殼/梁的底面或頂面。對于柔體-柔體接觸，ANSYS將自動(dòng)移動(dòng)與殼/梁單元相連的接觸面和目標(biāo)面。缺省時(shí)，程序不考慮單元厚度，用中面來表示梁和殼，而穿透距離從中面計(jì)算。當(dāng)設(shè)置 KFTOPI(11)=1 時(shí)，則考慮梁或殼的厚度。從指定的底面或頂面來計(jì)算穿透距離。注意 -僅在使用節(jié)點(diǎn)位于中面的殼或梁單元時(shí)（例如，KEYOPT(11)=0的SHELL91單元），

35、用KEYOPT(11)=1來考慮厚度影響。建模時(shí)如要考慮厚度，記住偏移可能來自接觸面或目標(biāo)面或兩者。在和KEYOPT(11)=1一起指定接觸偏移(CNOF)時(shí)，CNOF從殼/梁的頂面和底面計(jì)算，而不是中面。當(dāng)和SHELL181一起使用時(shí)，還考慮變形過程中的厚度變化。5.4.9.14 使用時(shí)間步長控制時(shí)間步長控制是一個(gè)自動(dòng)時(shí)間步長特征，這個(gè)特征預(yù)測什么時(shí)間接觸單元的狀態(tài)將發(fā)生變化，或者二分當(dāng)前時(shí)間步。使用KEYOPT(7)來選擇下列四種行為之一來控制時(shí)間步長。KEYOPT(7)=0時(shí)不提供控制(缺省)，KEYOPT(7)=3提供最多的控制： KEYOPT(7)=0，無控制。時(shí)間步大小不受預(yù)測影響。當(dāng)自動(dòng)時(shí)間步長激活，且允許一個(gè)很小的時(shí)間步長時(shí)，這個(gè)設(shè)置對大多數(shù)情況是合適的。 KETOPT(7)=1，如果一次迭代期間產(chǎn)生太大的穿透，或者接觸狀態(tài)急劇變化，則進(jìn)行時(shí)間步長二分。 KEYOPT(7)=2，對下