ansys高級接觸分析高級選項設(shè)置

會計學(xué)1ansys高級接觸分析高級選項設(shè)置接觸屬性高級選項設(shè)置要成功的模擬接觸關(guān)系需要很好的掌握ANSYS中的眾多工具，當(dāng)程序缺省設(shè)置不能滿足要求時可使用工具進(jìn)行調(diào)整.首先我們討論面－面接觸單元和點－面接觸單元(CONTA171-175).點－點接觸選項設(shè)置放在第九章中討論.第1頁/共62頁本章節(jié)包含以下主題:初始穿透處理剛體運動對位移的控制對力的控制Full法瞬態(tài)動力學(xué)使用弱彈簧關(guān)閉間隙(CNOF,ICONT,PMIN/PMAX,PSOLVE)對稱與不對稱接觸各式調(diào)整打開接觸剛度不對稱接觸選擇梁/殼厚度效應(yīng)自動時間步一般故障的檢查技巧接觸屬性高級選項設(shè)置第2頁/共62頁接觸屬性高級選項設(shè)置

A.初始穿透ANSYS中提供了幾種模擬接觸初始穿透的技術(shù)，它們需要初始幾何穿透值或/和指定的偏移值.指定偏移值:第3頁/共62頁實常數(shù)CNOF表示接觸面偏移.正CNOF值增加干擾.負(fù)CNOF減少干擾或倒置間隙.CNOF可以和幾何穿透聯(lián)合使用.接觸屬性高級選項設(shè)置

…初始穿透第4頁/共62頁初始穿透有如下選項設(shè)置:Includeeverything:考慮來自幾何上的初始穿透和指定偏移的初始穿透.Excludeeverything:

忽略所有的初始穿透效應(yīng).Includewithrampedeffects:

逐漸施加穿透量以增加收斂.Includeoffsetonly:

僅考慮指定偏移帶來的初始穿透.Includeoffsetonlyw/ramp:僅考慮指定偏移帶來的初始穿透，并逐漸施加穿透量以增加收斂.可通過KEYOPT(9)設(shè)置接觸屬性高級選項設(shè)置

…初始穿透第5頁/共62頁如果模型包含初始幾何穿透的話，那么接觸力會以階躍的形式快速增加到一個很大的值.牢記：突然改變力會導(dǎo)致收斂困難，應(yīng)該使初始穿透量用斜坡函數(shù)施加.Includewithramped選項和

Includeoffsetonlyw/ramp

有助于克服收斂困難（在第一個載荷步中使初始穿透斜坡化）.第一個載荷步中不應(yīng)再施加其它載荷.保證pinball區(qū)域(PINB)要比初始穿透要大.接觸屬性高級選項設(shè)置

…初始穿透第6頁/共62頁對于接觸法向經(jīng)常改變的接觸問題，可嘗試接觸面目標(biāo)面互換或去掉有問題的接觸單元.接觸面目標(biāo)面接觸屬性高級選項設(shè)置

…初始穿透第7頁/共62頁可參考WORKSHOP中的相關(guān)章節(jié):W6A.初始穿透.接觸屬性高級選項設(shè)置

…初始穿透-Workshop第8頁/共62頁在靜力分析中，兩個或多個物體初始并沒有連接，在接觸創(chuàng)建前它們可能產(chǎn)生剛體運動.F左圖中，圓柱并無位移約束，在圓柱和底盤接觸后圓柱殼的約束才被建立.接觸屬性高級選項設(shè)置

B.處理剛體運動第9頁/共62頁如果求解中兩物體發(fā)生分離，那么剛度矩陣將變得奇異.ANSYS將給出警告信息ANSYS中提供了幾種克服初始未接觸體接觸問題的方法:在即將接觸位置建立幾何模型動力學(xué)分析位移控制弱彈簧使用無分離接觸（KEYOPT(12)）調(diào)整初始接觸條件接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第10頁/共62頁即將接觸用戶需用知道即將發(fā)生接觸的具體位置.當(dāng)面為曲面或不規(guī)則面時該方法較困難.F由于分網(wǎng)時的取整處理，物體間可能存在小的間隙或穿透，這可能導(dǎo)致不收斂.接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第11頁/共62頁動力學(xué)分析在動力學(xué)分析中，初始影響阻止剛體運動.動態(tài)地對該問題求解可解決剛體位移問題.你需要增加質(zhì)量和阻尼，然后把靜態(tài)分析轉(zhuǎn)換成動力學(xué)分析.你必須確認(rèn)系統(tǒng)在分析結(jié)束后進(jìn)入靜態(tài).否則，非零的加速度和速度將會產(chǎn)生假的阻尼力從而影響平衡接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第12頁/共62頁位移控制使用強(qiáng)制位移使兩物體進(jìn)入接觸狀態(tài).然后通過使用一個空的載荷步把位移控制轉(zhuǎn)為力控制.小的強(qiáng)制性位移接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第13頁/共62頁位移控制LoadStep1

施加一個小的強(qiáng)制性位移.LoadStep2使用一個空的載荷步把位移控制轉(zhuǎn)為力控制.刪除上步施加的位移后施加力進(jìn)行求解(該載荷步應(yīng)該迭代1到2次后就能夠收斂).LoadStep3繼續(xù)施加用戶需要的載荷.接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第14頁/共62頁弱彈簧該方法使用弱彈簧的方法阻止剛體位移.F彈簧的剛度相對整個系統(tǒng)來說要非常的小，保證彈簧對求解無影響.接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第15頁/共62頁盡管這些都是有效技巧，但較難使用“即將接觸法”-由于分網(wǎng)時的取整處理，物體間可能存在小的間隙或穿透，這可能導(dǎo)致不收斂.動力學(xué)方法

-系統(tǒng)在分析結(jié)束后沒有完全進(jìn)入靜態(tài)，仍存在動態(tài)效應(yīng)位移控制法

-在一個復(fù)雜加載的情況下，需要強(qiáng)加的位移不好確定.弱彈簧法

-需要施加一個非常小的力使得弱彈簧發(fā)生變形觸發(fā)接觸，但不能出現(xiàn)穿透接觸面的現(xiàn)象.接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第16頁/共62頁ANSYS提供給用戶四種高級接觸選項，用來調(diào)整初始接觸條件，防止剛體模型的出現(xiàn).1.自動接觸調(diào)整:程序計算CNOF值來關(guān)閉間隙.2.初始接觸關(guān)閉

(ICONT):接觸面上建立節(jié)點，用戶定義調(diào)整區(qū)間3.允許穿透容差(PMIN&PMAX):移動剛性面使其和接觸面發(fā)生接觸.接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第17頁/共62頁

4.CNCHECK命令把接觸面移向目標(biāo)面要遵循以下步驟:前提條件：使用節(jié)點探測選項KEYOPT(4)=1和2或使用CONTA175單元初始接觸節(jié)點處于ICONT區(qū)域內(nèi)初始穿透節(jié)點的KEYOPT(9)=1pinball區(qū)域應(yīng)該足夠大，要能夠捕捉到間隙和初始穿透.接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動第18頁/共62頁推薦使用CNOF自動計算并關(guān)閉小的間隙(KEYOPT(5)=1).接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動1第19頁/共62頁實常數(shù)ICONT可以指定目標(biāo)面周圍的調(diào)整范圍.任何處于調(diào)整范圍內(nèi)的點都會移動到目標(biāo)面上.ICONT的值太大的話會產(chǎn)生不連續(xù).可使用程序缺省值（7.0后為零）接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動2第20頁/共62頁可參考workshop中的相關(guān)章節(jié):W6B.剛體–關(guān)閉間隙

接觸屬性高級選項設(shè)置

...剛體…Workshop第21頁/共62頁實常數(shù)PMIN和PMAX用來指定初始穿透范圍.ANSYS把整個目標(biāo)面（包括它附著的柔體）移向PMIN和PMAX指定的穿透范圍內(nèi).

如果目標(biāo)面被約束，則PMIN和PMAX的指定無效.初始調(diào)整是一個迭代的過程.ANSYS最多使用20個迭代使目標(biāo)面進(jìn)入PMIN和PMAX范圍.

接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動3第22頁/共62頁當(dāng)目標(biāo)面移動后，兩個原本分離的物體不再有間隙.接觸面目標(biāo)面（調(diào)整后）目標(biāo)面（調(diào)整前）接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動3第23頁/共62頁使用CNCHECK調(diào)整接觸前提：使用節(jié)點探測選項KEYOPT(4)=1和2或使用CONTA175單元初始接觸節(jié)點處于ICONT區(qū)域內(nèi)初始穿透節(jié)點的KEYOPT(9)=1pinball區(qū)域應(yīng)該足夠大，要能夠捕捉到間隙和初始穿透.接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動4第24頁/共62頁接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動4使用接觸管理器時，點擊CheckContactStatus按鈕會出現(xiàn)四個選項，第三個選項Movecontactnodestotarget可執(zhí)行CNCHECK命令第25頁/共62頁執(zhí)行CNCHECK命令若初始調(diào)整選項產(chǎn)生了殘余應(yīng)力（例如接觸面上有大的轉(zhuǎn)動），那么可使用CNCHECK命令.執(zhí)行CNCHECK命令前先保存數(shù)據(jù)庫文件求解前把探測方案選項重置為高斯法BeforeopengapAftergapisclosed接觸屬性高級選項設(shè)置

...處理剛體運動4第26頁/共62頁可參考workshop中相關(guān)章節(jié):W6C.剛體–PMIN&PMAX.接觸屬性高級選項設(shè)置

...剛體運動…workshop第27頁/共62頁不對稱接觸被定義為：一個面上存在所有的接觸單元，另一個面上存在所有的目標(biāo)單元一個接觸對最有效對稱接觸：每個面都被指定為目標(biāo)面和接觸面通常為兩個接觸對，也有可能為一個（自接觸）當(dāng)目標(biāo)面和接觸面很難區(qū)分或兩個面的網(wǎng)格都較粗時，采用對稱接觸接觸算法為罰函數(shù)法時可采用對稱接觸對于MPC算法和三維Lagrange乘子法,ANSYS會自動切換到不對稱接觸，因為此兩種情況下對稱接觸會導(dǎo)致過度約束.接觸屬性高級選項設(shè)置

C.對稱與不對稱第28頁/共62頁自接觸時采用對稱接觸方式,把目標(biāo)單元和接觸單元放在同一個面上超彈性圓圈的自接觸自接觸接觸屬性高級選項設(shè)置

...對稱與不對稱第29頁/共62頁假接觸自動預(yù)防:在某些自接觸情況中，ANSYS可能錯誤的認(rèn)為幾何上非常臨近的面處于接觸狀態(tài).如果ANSYS在第一個載荷步遇到這種接觸，輸出窗口或輸出文件中會有如下提示：ContactsurfaceTargetsurface假接觸可能發(fā)生Contactelement16hastoomuchpenetrationrelatedtotargetelement10Weassumeit(maybemoreelements)isspuriouscontact.

接觸屬性高級選項設(shè)置

...對稱與不對稱第30頁/共62頁非對稱接觸選項:對稱的接觸對可以自動縮減為非對稱接觸對(KEYOPT(8)=2)程序盡可能的把對稱接觸對自動轉(zhuǎn)換成非對稱接觸對接觸屬性高級選項設(shè)置

D.各式調(diào)整第31頁/共62頁非對稱接觸選項:

適用于:

模型中存在大量的接觸對并很難選擇WorkbenchSimulation中使用自動接觸的模型

接觸面和目標(biāo)面很難區(qū)分時WorkbenchSimulation模型209個部件450個對稱接觸對115萬個自由度接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第32頁/共62頁

***NOTE***CP=19.490TIME=18:22:37SymmetricDeformable-deformablecontactpairidentifiedbyrealconstantset8andcontactelementtype9hasbeensetup.ThecompanionpairhasrealconstantsetID9.Bothpairsshouldhavethesamebehavior.ANSYSwillkeepthecurrentpairandremoveitscompanionpair,resultinginasymmetriccontact.***NOTE***CP=19.490TIME=18:22:37SymmetricDeformable-deformablecontactpairidentifiedbyrealconstantset9andcontactelementtype9hasbeensetup.ThecompanionpairhasrealconstantsetID8.Bothpairsshouldhavethesamebehavior.ANSYSwillremovethecurrentpairandkeepitscompanionpair,resultinginasymmetriccontact.非對稱接觸選項:當(dāng)非對稱接觸激活時，ANSYS會通過輸出窗口提示用戶接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第33頁/共62頁請參考Workshop中的相關(guān)章節(jié):W6D.對一個大模型進(jìn)行故障檢查.接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第34頁/共62頁梁/殼厚度效應(yīng):如果模型包括梁單元或殼單元，接觸面由于厚度效應(yīng)可能平移.對SHELL181/208/209單元,大應(yīng)變導(dǎo)致的厚度改變也應(yīng)考慮進(jìn)去.梁厚度效應(yīng)只在二維梁中有效殼的中面殼厚度ContactTarget在平移后的面上探測出接觸接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第35頁/共62頁自動時間步:使用載荷子步可以使線性分析的精度和收斂性都大為提高缺省狀態(tài)下，程序使用自動時間步長特性自動調(diào)整載荷增量。時間步長大小自動增加或減少，來達(dá)到收斂性、精度和總體求解效率的平衡。更多的子步(更小的時間步)提高收斂性和精度然而時間步如果太小，求解的總體效率會下降接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第36頁/共62頁自動時間步:自動時間步長大小預(yù)測能夠基于當(dāng)前及歷史響應(yīng)來決定下個子步需要的時間步長.時間步大小增減決定于:上一載荷步平衡方程的數(shù)目.響應(yīng)頻率(瞬態(tài)分析).上一載荷步的蠕變增量.上一載荷步的塑性應(yīng)變增量.接觸單元的狀態(tài)改變

.(或其它多狀態(tài)單元)接觸狀態(tài)改變對時間步長的影響有時是有益的，有時是有害的。在接觸分析中，可以使用一些特殊工具來控制時間步長預(yù)測。接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第37頁/共62頁自動時間步:接觸是狀態(tài)改變非線性，隨著分析的進(jìn)行，接觸單元的狀態(tài)也隨著改變.Status(0,1)=分開這里: 0=分開,遠(yuǎn) 1=分開,近Status(2)=閉合，粘合Status(3)=閉合，滑移接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第38頁/共62頁自動時間步:有時自動時間步長利于捕捉接觸狀態(tài).子步1子步2子步3由于過粗的時間步，接觸狀態(tài)丟失時間步自動變小以捕捉接觸狀態(tài)接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第39頁/共62頁自動時間步:然而，許多模型中，系統(tǒng)特性會阻止不精確的位移發(fā)展。在下面模型中，我們希望自動時間步忽略接觸狀態(tài)的改變模型中，狀態(tài)的改變并不需要使用很小的時間步長來捕捉然而，自動時間步長其它準(zhǔn)則是需要的。Step1Step2Status=3Status=3Status=1接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第40頁/共62頁自動時間步:許多模型中，用戶需要選擇性的打開或關(guān)閉接觸狀態(tài)改變的自動時間步調(diào)整開關(guān)，保留其它時間調(diào)整控制準(zhǔn)則。

缺省狀態(tài)下,對于接觸狀態(tài)改變，自動時間步為關(guān).用戶可以通過以下選項打開:Solution>UnabridgedMenu>-LoadStepOpts-SolutionCtrl..接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第41頁/共62頁自動時間步:當(dāng)基于接觸狀態(tài)的時間步預(yù)測激活時，對每一個接觸對(單元級別上)有一個附加設(shè)置(KEYOPT(7))定義是否自動時間步長要隨接觸狀態(tài)的改變而改變接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第42頁/共62頁自動時間步:KEYOPT(7)允許用戶進(jìn)行基于單元的時間步控制KEYOPT(7)允許每個接觸單元都有其合適的時間步長.這個功能是時間步控制的二級開關(guān)，允許用戶進(jìn)一步細(xì)化分析。用戶可以打開自動時間步長，當(dāng)接觸狀態(tài)改變時，不同的接觸單元可根據(jù)KEYOPT(7)的設(shè)置來調(diào)整時間步的大小接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第43頁/共62頁自動時間步:在接觸最先發(fā)生的區(qū)域，使用Keyopt(7)設(shè)置小的時間步長.僅在此區(qū)域使用自動時間步捕捉接觸狀態(tài)的改變.接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第44頁/共62頁自動時間步:接觸分析的自動時間步長的其它考慮：時間步的大小是一個及強(qiáng)的接觸收斂控制工具，如同其它非線性特性分析一樣.使用足夠小的時間步可保證收斂.對于路徑相關(guān)問題（例如接觸摩擦），一個相對較小的最大時間步長可保證求解精度.在瞬態(tài)分析沖擊過程中，時間步數(shù)要足夠多以保證物體之間的動量傳遞.求得精確的位移，需要很小的最小時間步長:Dt1/(30f)

這里的f=表面特征頻率f=(k/m)0.5求得精確的速度和加速度:Dt1/(100f)接觸屬性高級選項設(shè)置

...各式調(diào)整第45頁/共62頁CNCHECK命令可在求解前后觀察接觸對的詳細(xì)設(shè)置在/PREP7(接觸管理器)和/SOLU調(diào)整分析

E.故障檢查第46頁/共62頁輸出文件信息輸出文件將包含CNCHECK命令得到的接觸詳細(xì)設(shè)置以及初始接觸狀態(tài)信息.調(diào)整分析

...故障檢查第47頁/共62頁調(diào)整分析

...故障檢查CNCHECK,POST命令可以在每一個子步中計算初始接觸參數(shù)將初始接觸結(jié)果(狀態(tài)，穿透量，間隙和/或壓力)寫到結(jié)果文件Jobname.RCN中，可以用來進(jìn)行后處理。如果在SOLUTION處理器中執(zhí)行，求解第一個載荷步的SOLVE命令應(yīng)該是顯示為一個不同的求解步。RID1,RID2,RINC允許用戶定義命令起作用的實常數(shù)ID的范圍，如果RID2沒有指定，它默認(rèn)為RID1。如果沒有指定值，所有選擇集中的所有接觸對都將考慮。第48頁/共62頁調(diào)整分析

...故障檢查在接觸向?qū)е羞\行CNCHECK,POST命令方法：選擇“Solveinitialcontactstate”圖標(biāo).然后進(jìn)入通用后處理中，在下拉菜單中選擇觀察項。第49頁/共62頁調(diào)整分析

...故障檢查CNCHECK,RESET命令把指定的接觸對屬性重置為程序缺省值，下表列出不受該命令影響的設(shè)置:CNCHECK,ADJUST命令也可以從接觸向?qū)е蝎@取:第50頁/共62頁接觸問題檢查時，輸出文件中的提示和警告信息經(jīng)常提供有價值的反饋:如果因為接觸長度太小，殘余力不符合要求，那么會有以下警告信息:如果楊氏模量，力或質(zhì)量太大，殘余應(yīng)力不符合要求，那么會有以下警告信息:Warning:Min.contactdepth5.376e-6istoosmallwhichcancauseaccuracyproblem,youmayscalethelengthunitinthemodel.Warning:Max.contactstiffness1.21e16istoobigwhichcancauseaccuracyproblem,youmayscaletheforceunitinthemodel.調(diào)整分析

...故障檢查第51頁/共62頁剛體－柔體接觸和柔體－柔體接觸可以在模型中共存，只要使用不同的實常數(shù)定義接觸對.輸出文件可以幫助檢查檢查對。通過接觸向?qū)z查接觸單元和目標(biāo)單元的外法線方向接觸存在于接觸單元和目標(biāo)單元的外法線方向.不正確正確可通過接觸向?qū)z查（即使接觸對不是通過接觸向?qū)Фx的）調(diào)整分析

...故障檢查第52頁/共62頁分析中，要確保定義的目標(biāo)面和接觸面大得足以涵蓋接觸運動的范圍.確定對剛性目標(biāo)表面合適的網(wǎng)格劃分，特別粗的離散網(wǎng)格會導(dǎo)致收斂困難。使用ICONT,PMIN/PMAX,CNOF或CNCHECK,ADJUST確保接觸面初始接觸，避免剛性位移。調(diào)整分析

...故障檢查第53頁/共62頁尖的突角在存在大滑動的接觸分析中會導(dǎo)致收斂困難.改善方法:使用圓倒角使用KEYOPT(4)改變接觸探測地點補充使用點－面接觸(詳見第七章)外法向倒角半徑剛性目標(biāo)面調(diào)整分析

...故障檢查第54頁/共62頁使用NLDIAG,Label,key檢查不收斂非線性結(jié)果NLDIAG命令可以把非線性診斷信息寫入文件,在/POST1中診斷.可視化導(dǎo)致不收斂的Newton-Raphson迭代的殘差信息開始化導(dǎo)致二分和旋轉(zhuǎn)的單元有助于在重啟一個沒有收斂的分析之前,作相應(yīng)調(diào)整.調(diào)整分析

...故障檢查第55頁/共62頁NLDIAG,Label,key例題:在包含殼單元的剛體-柔體接觸問題中