ANSYS-接觸問題實(shí)例課件

ANSYS高級(jí)接觸問題接觸問題概述在工程中會(huì)遇到大量的接觸問題，如齒輪的嚙合、法蘭聯(lián)接、機(jī)電軸承接觸、卡頭與卡座、密封、板成形、沖擊等等。接觸是典型的狀態(tài)非線性問題，它是一種高度非線性行為。接觸例子如圖1：ANSYS_接觸問題實(shí)例分析中常常需要確定兩個(gè)或多個(gè)相互接觸物體的位移、接觸區(qū)域的大小和接觸面上的應(yīng)力分布。接觸分析存在兩大難點(diǎn)：在求解之前，你不知道接觸區(qū)域、表面之間是接觸或分開是未知的，表面之間突然接觸或突然不接觸會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)剛度的突然變化。大多數(shù)接觸問題需要計(jì)算摩擦。摩擦是與路徑有關(guān)的現(xiàn)象，摩擦響應(yīng)還可能是雜亂的，使問題求解難以收斂。ANSYS_接觸問題實(shí)例§1接觸分類剛－柔·一個(gè)表面是完全剛性的—除剛體運(yùn)動(dòng)外無應(yīng)變、應(yīng)力和變形，另一表面為軟材料構(gòu)成是可變形的。·只在一個(gè)表面特別剛硬并且不關(guān)心剛硬物體的應(yīng)力時(shí)有效。柔－柔兩個(gè)接觸體都可以變形。ANSYS_接觸問題實(shí)例§2接觸單元ANSYS采用接觸單元來模擬接觸問題：—跟蹤接觸位置；—保證接觸協(xié)調(diào)性（防止接觸表面相互穿透）；—在接觸表面之間傳遞接觸應(yīng)力（正壓力和摩擦）。接觸單元就是覆蓋在分析模型接觸面上的一層單元。在ANSYS中可以采用三種不同的單元來模擬接觸：面一面接觸單元；點(diǎn)一面接觸單元；點(diǎn)一點(diǎn)接觸單元。ANSYS_接觸問題實(shí)例·不同的單元類型具有完全不同的單元特性和分析過程。1.面一面接觸單元用于任意形狀的兩個(gè)表面接觸－不必事先知道接觸的準(zhǔn)確位置；－兩個(gè)面可以具有不同的網(wǎng)格；－支持大的相對(duì)滑動(dòng)；－支持大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)動(dòng)。例如:面一面接觸可以模擬金屬成型，如軋制過程。ANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例2.點(diǎn)一面接觸單元用于某一點(diǎn)和任意形狀的面的接觸－可使用多個(gè)點(diǎn)－面接觸單元模擬棱邊和面的接觸；－不必事先知道接觸的準(zhǔn)確位置；－兩個(gè)面可以具有不同的網(wǎng)格；－支持大的相對(duì)滑動(dòng)；－支持大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)動(dòng)。例：點(diǎn)面接觸可以模擬棱邊和面之間的接觸ANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例3.點(diǎn)－點(diǎn)接觸單元用于模擬單點(diǎn)和另一個(gè)確定點(diǎn)之間的接觸。－建立模型時(shí)必須事先知道確切的接觸位置；－多個(gè)點(diǎn)－點(diǎn)接觸單元可以模擬兩個(gè)具有多個(gè)單元表面間的接觸；·每個(gè)表面的網(wǎng)格必須是相同的；·相對(duì)滑動(dòng)必須很小；·只對(duì)小的轉(zhuǎn)動(dòng)響應(yīng)有效。例如:點(diǎn)一點(diǎn)接觸可以模擬一些面的接觸。如地基和土壤的接觸ANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例§3關(guān)于耦合和約束方程的應(yīng)用如果接觸模型沒有摩擦，接觸區(qū)域始終粘在一起，并且分析是小撓度、小轉(zhuǎn)動(dòng)問題，那么可以用耦合或約束方程代替接觸。使用耦合或約束方程的優(yōu)點(diǎn)是分析還是線性的ANSYS_接觸問題實(shí)例接觸問題的一般特性§1接觸剛度1、所有的ANSYS接觸單元都采用罰剛度（接觸剛度）來保證接觸界面的協(xié)調(diào)性ANSYS_接觸問題實(shí)例·在數(shù)學(xué)上為保持平衡，需要有穿透值·然而，物理接觸實(shí)體是沒有穿透的分析者將面對(duì)困難的選擇：－小的穿透計(jì)算精度高，因此接觸剛度應(yīng)該大；－然而，太大的接觸剛度會(huì)產(chǎn)生收斂困難：模型可能會(huì)振蕩，接觸表面互相跳開?！そ佑|剛度是同時(shí)影響計(jì)算精度和收斂的最重要的參數(shù)。你必須選定一個(gè)合適的接觸剛度?！こ嗽诒砻骈g傳遞法向壓力外，接觸單元還傳遞切向運(yùn)動(dòng)（摩擦）。采用切向罰剛度保證切向的協(xié)調(diào)性。（圖1－2）作為初值，可采用：Ktangent=0.01Knormal切向罰剛度與法向罰剛度以同樣的方式對(duì)收斂性和計(jì)算精度產(chǎn)生影響。ANSYS_接觸問題實(shí)例2、接觸剛度的選取·選定一個(gè)合適的接觸剛度值需要一些經(jīng)驗(yàn)?！?duì)于面一面接觸單元，接觸剛度通常指定為基體單元?jiǎng)偠鹊囊粋€(gè)比例因子。－開始估計(jì)時(shí)，選用FKN=1.0大面積實(shí)體接觸FKN=0.01-0.1較柔軟（彎曲占主導(dǎo)的）部分－另外，也可以指定一個(gè)絕對(duì)剛度值，單位：（力/長度）/面積?！c(diǎn)一點(diǎn)（除CONTA178）和點(diǎn)－面接觸單元需要為罰剛度KN輸入絕對(duì)值：－初始估計(jì)時(shí)：對(duì)于大變形:0.1*E<KN<1.0*E對(duì)于彎曲:0.01*E<KN<0.1*EE為彈性模量ANSYS_接觸問題實(shí)例3、選取接觸剛度的指導(dǎo)：Step1.開始采用較小的剛度值Step2.對(duì)前幾個(gè)子步進(jìn)行計(jì)算Step3.檢查穿透量和每一個(gè)子步中的平衡迭代次數(shù)·在粗略的檢查中，如以實(shí)際比例顯示整個(gè)模型時(shí)就能觀察到穿透，則穿透可能太大了，需要提高剛度重新分析?！と绻諗康牡螖?shù)過多（或未收斂），降低剛度重新分析。注意：罰剛度可以在載荷步間改變，并且可以在重啟動(dòng)中調(diào)整。牢記：接觸剛度是同時(shí)影響計(jì)算精度和收斂性的最重要的參數(shù)。如果收斂有問題，減小剛度值，重新分析在敏感的分析中，還應(yīng)該改變罰剛度來驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的有效性。－在分析中減小剛度范圍，直到結(jié)果（接觸壓力、最大SEQV等）不再明顯改變。ANSYS_接觸問題實(shí)例§2摩擦1、兩個(gè)接觸體的剪切或滑動(dòng)行為可以是無摩擦的或有摩擦的·無摩擦?xí)r允許物體沒有阻力地相互滑動(dòng)；·有摩擦?xí)r，物體之間會(huì)產(chǎn)生剪切力。2、摩擦消耗能量，并且是路徑相關(guān)行為。為獲得較高的精度，時(shí)間步長必須?。▓D2-1）ANSYS_接觸問題實(shí)例

圖2－13、ANSYS中，摩擦采用庫侖模型，并有附加選項(xiàng)可處理復(fù)雜的粘著和剪切行為。庫侖法則是宏觀模型，表述物體間的等效剪力FT不能超過正壓力FN的一部分：

FT<=×FN

式中：一摩擦系數(shù)·一旦所受剪力超過FT，兩物體將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。4、彈性庫侖摩擦模型：允許粘著和滑動(dòng)。ANSYS_接觸問題實(shí)例§3自動(dòng)時(shí)間步、控制接觸單元的Keyopt（7）選項(xiàng)控制時(shí)間步的預(yù)報(bào)。0－無控制：不影響時(shí)間步尺寸。當(dāng)自動(dòng)時(shí)間步開關(guān)打開時(shí)，對(duì)于靜態(tài)問題通常選此項(xiàng)。1－自動(dòng)縮減：如果接觸狀態(tài)改變較大，時(shí)間步二分。對(duì)于動(dòng)態(tài)問題，自動(dòng)縮減通常是充分的。2－合理的：比自動(dòng)縮減費(fèi)用更昂貴的算法。為保持一個(gè)合理的時(shí)間載荷增量，需要在接觸預(yù)測中選擇此項(xiàng)。適用于靜態(tài)分析和連續(xù)接觸時(shí)瞬態(tài)分析。3－最小值：該選項(xiàng)為下一子步、預(yù)報(bào)時(shí)間增量的最小值（計(jì)算費(fèi)用十分昂貴，建議不用）。這個(gè)選項(xiàng)在碰撞和斷續(xù)接觸分析中是有用的。ANSYS_接觸問題實(shí)例·接觸分析中自動(dòng)時(shí)間步的其它注意事項(xiàng)：－與所有其它非線性分析一樣，對(duì)接觸問題，時(shí)間步長是非常有力的提高收斂性的工具。采用足夠小的時(shí)間步長以獲得收斂。－對(duì)于瞬態(tài)分析，沖擊時(shí)必須使用足夠數(shù)量的計(jì)算步以描述表面間的動(dòng)量轉(zhuǎn)移。－對(duì)于路徑相關(guān)現(xiàn)象（如接觸摩擦），相對(duì)較小的最大時(shí)間步長對(duì)計(jì)算精度是必須的。ANSYS_接觸問題實(shí)例面一面接觸單元§1概述面－面接觸單元，是模擬任意兩個(gè)表面間接觸的方法。表面可以具有任意形狀。是ANSYS中最通用的接觸單元。精度高、特性豐富還可使用接觸向?qū)Ы７奖?。（其它接觸單元目前尚不能用向?qū)В！っ妫娼佑|單元在面的高斯點(diǎn)處傳遞壓力，這種先進(jìn)技術(shù)使面－面接觸單元具有很多優(yōu)點(diǎn)：－與低階單元和高階單元都兼容－提供更好的接觸結(jié)果（于后處理接觸壓力和摩擦應(yīng)力）－可考慮殼和梁的厚度，以及殼的厚度變化－半自動(dòng)接觸剛度計(jì)算－剛性表面由“控制節(jié)點(diǎn)”控制－熱接觸特性－眾多的高級(jí)選項(xiàng)來處理復(fù)雜問題?！ぞ哂斜姸嗟母呒?jí)選項(xiàng)（20個(gè)可用的實(shí)常數(shù)、2個(gè)材料屬性和30個(gè)可用的單元選項(xiàng)）提供了豐富的特征庫，能夠用于模擬特殊的效果和處理困難的收斂情況。然而眾多的選項(xiàng)的智能缺省選項(xiàng)可以有效求解許多接觸問題而不需要用戶介入太多。通常的做法是：開始使用高級(jí)選項(xiàng)之前，先試著采用缺省設(shè)置：只指定罰剛度，穿透容差和子步數(shù)，然后進(jìn)行分析。只在采用缺省設(shè)置遇到困難時(shí)才采用高級(jí)選項(xiàng)。·所有的高級(jí)選項(xiàng)也可以通過接觸向?qū)砜刂?。ANSYS_接觸問題實(shí)例§2面－面接觸單元使用面－面接觸單元計(jì)算剛－柔、柔－柔接觸分析。把一個(gè)面指定為目標(biāo)面（Targe），另一個(gè)面指定為接觸面（conta），合起來叫接觸對(duì)。接觸單元被約束不能侵入目標(biāo)面，然而目標(biāo)單元能侵入接觸面?！?D目標(biāo)單元TARGE169:ANSYS_接觸問題實(shí)例·2D面－面接觸單元CONTA1712D、2節(jié)點(diǎn)低階單元，可用于二維實(shí)體、殼、梁單元的表面CONTA1722D、3節(jié)點(diǎn)高階單元，可用于帶中間節(jié)點(diǎn)的二維實(shí)體單元表面·3D目標(biāo)單元TARGE170ANSYS_接觸問題實(shí)例§3面一面接觸分析步驟、實(shí)例

（不通過接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)）Step1.建立基體有限元模型設(shè)置基體單元類型、實(shí)常數(shù)、材料特性給基體分網(wǎng)：命令：AMESHVMESHStep2.指定接觸面和目標(biāo)面·對(duì)于剛一柔接觸，目標(biāo)面總是剛性面·對(duì)于柔－柔接觸，目標(biāo)面和接觸面的不同選擇會(huì)產(chǎn)生不同的穿透（圖3-1），并且影響求解精度ANSYS_接觸問題實(shí)例

圖3-1·接觸面和目標(biāo)面確定準(zhǔn)則－如凸面和平面或凹面接觸，應(yīng)指定平面或凹面為目標(biāo)面；－如一個(gè)面上的網(wǎng)格較粗而另一個(gè)面上的網(wǎng)格較細(xì)，應(yīng)指定粗網(wǎng)格面為目標(biāo)面；－如一個(gè)面比另一個(gè)面的剛度大，應(yīng)指定剛度大的面為目標(biāo)面；－如一個(gè)面為高階單元而另一面為低階單元，應(yīng)指定低階單元面為目標(biāo)面；－如一個(gè)面比另一個(gè)面大，應(yīng)指定大的面為目標(biāo)面。ANSYS_接觸問題實(shí)例例如:超彈密封Step3.設(shè)置單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)接觸對(duì)由實(shí)常數(shù)號(hào)來定義，接觸單元和目標(biāo)單元必須具有相同的實(shí)常數(shù)。Step4.建立目標(biāo)單元（網(wǎng)格）·此步中所采用的方法依賴于目標(biāo)面是剛性的還是柔性的。－剛性目標(biāo)面采用：直接生成(E命令)自動(dòng)劃分(LMESH,AMEAH)－可變形目標(biāo)面采用MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf(ESURF)·對(duì)于直接生成剛性目標(biāo)面，在建立目標(biāo)單元之前需要要指定附加的單元屬性TSHAPANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例·剛性目標(biāo)面的自動(dòng)劃分不需要TSHAP。ANSYS能根據(jù)實(shí)體模型確定合適的目標(biāo)單元形狀。－劃分線(LMESH)2－D剛性目標(biāo)面－劃分面(AMESH)3－D剛性目標(biāo)面－創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)(KMESH)－控制節(jié)點(diǎn)（Pilot）剛性目標(biāo)面能與控制點(diǎn)聯(lián)系起來，Pilot實(shí)際上是只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的單元，通過這個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以控制整個(gè)目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)。ANSYS只在Pilot節(jié)點(diǎn)上檢查邊界條件而忽略其它節(jié)點(diǎn)的約束?！?duì)可變形體目標(biāo)面建立目標(biāo)單元的步驟是：1.先選擇可變形體表面上的節(jié)點(diǎn)2.然后在可變形體上建立目標(biāo)單元MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurfANSYS_接觸問題實(shí)例·ANSYS將根據(jù)基體的網(wǎng)格確定目標(biāo)單元形狀和外法線方向。·檢查外法線方向（這在自動(dòng)劃分剛性目標(biāo)面時(shí)非常重要）圖3-3－打開單元坐標(biāo)系標(biāo)志并重繪單元/PSYMS,ESYS,1－目標(biāo)單元外法線方向應(yīng)該指向接觸面。如果單元法向不指向接觸面，用命令使之反轉(zhuǎn)：ESURF,,REVEANSYS_接觸問題實(shí)例例：Seal.dat(圖3-3)Step5.建立接觸面單元·設(shè)置接觸單元屬性、選擇可變形體表面節(jié)點(diǎn)，并在可變形體上建立接觸單元（過程與在可變形體上建立目標(biāo)單元相同）MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf·這些接觸單元與基體有同樣的階數(shù)（低階或高階）?！ぷ⒁猓跉せ蛄簡卧辖⒛繕?biāo)單元或接觸單元時(shí)，可以選擇要在梁或殼單元的頂層還是底層建立單元。

圖3-3ANSYS_接觸問題實(shí)例·在選擇柔體表面上的節(jié)點(diǎn)時(shí)，如果你確定某一部分節(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)不會(huì)接觸到目標(biāo)面時(shí)，可以忽略它，以減少計(jì)算時(shí)間?！そ佑|面的外法向應(yīng)指向目標(biāo)面。如果發(fā)現(xiàn)外法線方向不正確，用下列命令修改之ESURF,,REVEStep6.在有限元模型上施加邊界條件·如果目標(biāo)面是剛性面，目標(biāo)面將會(huì)自動(dòng)固定?！ざx了Pilot點(diǎn)ANSYS只檢查該點(diǎn)的邊界條件，忽略目標(biāo)面上其它節(jié)點(diǎn)約束?？刂泣c(diǎn)能控制目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)。對(duì)Seal.dat施加的邊界條見圖3－3。ANSYS_接觸問題實(shí)例Step7.定義求解選項(xiàng)和載荷步，以下是默認(rèn)設(shè)置·推薦使用N.L求解自動(dòng)控制·使用不帶自適應(yīng)下降的fullNewton-Raphson法求解·時(shí)間步必須足夠小。使用自動(dòng)時(shí)間步。·子步數(shù)的最大值（NSBMX）應(yīng)較大，最小值（NSBMIN）應(yīng)較小Step8.求解Step9.后處理·結(jié)果包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變和接觸等信息?！そ佑|壓力、摩擦應(yīng)力、總應(yīng)力、接觸侵入、接觸間隙距離、滑動(dòng)距離和接觸狀態(tài)都可以從/POST1或/POST26中得到。ANSYS_接觸問題實(shí)例面一面接觸分析實(shí)例（建立接觸對(duì)不通過接觸向?qū)В?shí)例1：彈性環(huán)裝配ANSYS_接觸問題實(shí)例軸對(duì)稱施加位移載荷：在L45線上施加0.4″的-Y向位移打開幾何N.L開關(guān)(NLGEOM,on)設(shè)Time=0.4并為自動(dòng)時(shí)間步給出子步數(shù)(20,500,10)給出輸出控制（要求輸出每一子步結(jié)果）求解并查看輸出和監(jiān)視文件重啟動(dòng)分析亦將-Y向偏移量增加到0.55″使咬接裝配的第2個(gè)齒咬合。問題以彎曲為主，設(shè)FKN=0.1ANSYS_接觸問題實(shí)例GUI方式：Step1.恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件Snap.db（Snap.db數(shù)據(jù)庫包含此有限元模型的完整幾何模型、材料、邊界條件。但未定義目標(biāo)單元與接觸單元）。UtilityMenu>File>Resumefrom選Snap.db【OK】基體單元:Plane42,,,1軸對(duì)稱材料:MAT,1EX=0.175e6;UXY=0.35;MU=0.0MAT,2EX=90000;NUXY=0.35

約束節(jié)點(diǎn)163UY=0182UY=0ANSYS_接觸問題實(shí)例Step2.創(chuàng)建目標(biāo)面單元類型MainMenu>Preprocessor>ElementTyper>Add/Edit/Delete·【Add】·contact2Dtarget169·Elementtyperreferencenumber=2【OK】或命令:/PREP7ET,2,Target169Step3.建立接觸面單元類型MainMenu>Preprocessor>ElementTyper>Add/Edit/Delete·【Add】·contact2ndSurf171·Elementtyperreferencenumber=3【OK】【close】或命令:ET,3,conta171ANSYS_接觸問題實(shí)例Step4.指定接觸法向剛度MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete·【Add】·Type3CONTA171·【OK】·RealConstantSetNo.=1·NormalPenaltyStiffnessFKN=0.1(對(duì)彎曲問題采用初值0.1)·PenetrationtoleranceFTOLN=0.1(不用此,不收斂)或命令：R,1,,,0.1,0.1ANSYS_接觸問題實(shí)例確定罰剛度FKN值通常在0.01-10之間，對(duì)于體積變形問題用1.0（默認(rèn)），對(duì)彎曲問題用0.1確定侵入容差：侵入容差(FTOLN)是與接觸單元下面的實(shí)體單元深度（h）相乘的比例因子。若此值太小會(huì)引起收斂困難，絕對(duì)不要用太小的容差!增大罰剛度（FKN）將減少侵入?！KN增大100倍會(huì)相應(yīng)地減少侵入，但是接觸壓力只改變5％。如不收斂可調(diào)整FKN或FTOLN值重新運(yùn)行。檢查侵入和每個(gè)子步的平衡迭代數(shù)，如果收斂受入侵容差的驅(qū)使可能是FKN值估計(jì)不足或FTOLN值太小。如果需要多次迭代才能使殘值收斂而不是侵入。FKN值可能估計(jì)得太高。ANSYS_接觸問題實(shí)例Step5.創(chuàng)建目標(biāo)單元(1).為目標(biāo)面選擇線UtilityMenu>Select>Entities拾取線(圖3-5)【OK】或命令：LSEL,S,,,2,4LSEL,A,,,15,18……圖3-6LSEL,A,,,63(2).選擇附于線上的全部節(jié)點(diǎn)(圖3-6)UtilityMenu>Select>EntitiesNodesAttachedto⊙lines,all【OK】或命令：NSLL,S,1NPlot圖3-5圖3-6ANSYS_接觸問題實(shí)例(3).設(shè)置單元屬性MainMenu>Preprocessor>Create>Element>ElemAttributes或命令：Type,2Mat,1Real,1ANSYS_接觸問題實(shí)例(4).創(chuàng)建目標(biāo)單元MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf注意：如果基體單元是2D平面或3D實(shí)體單元“Tlab”無效，如果基體單元是2D單元，“Shape”無效。選【pickall】或命令：ESURF(圖3-7)圖3-7ANSYS_接觸問題實(shí)例Step6.創(chuàng)建接觸單元(1).為接觸面選線UtilityMenu>Select>EntitiesLines圖3-8ByNum/pick⊙FromFull【OK】選線(圖3-8)【OK】或命令:LSEL,,s,,33,34LSEL,a,,,43,44…(2).選擇附于選定線上的全部節(jié)點(diǎn)圖3-9UtilityMenu>Select>EntitiesNodesAttachedtoLines,all⊙FromFull【OK】或命令:NSLL,S,1Nplot(圖3-9)圖3-8圖3-9ANSYS_接觸問題實(shí)例(3).設(shè)置單元屬性MainMenu>Preprocessor>Create>Element>ElemAttributesElementtypenumber=3ConTA171Materialnumber=1Realconstantsetnumber=1【OK】或命令：Type,3Mat,1Real,1(4).創(chuàng)建接觸面單元圖3-11MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf圖3-10…【OK】【PICKALL】(圖3-10)或命令:ESURF圖3-10圖3-11ANSYS_接觸問題實(shí)例Step7.選擇所有選項(xiàng)并畫單元UtilityMenu>Select>EverythingUtilityMenu>Plot>Elements或命令:

Allsel,allEplot(圖3-11)Step8.求解/soluantype,static

nlgeom,onsolc,ontime,0.4nsubst,20,500,10outres,all,alldl,45,,uy,-0.4solvedl,45,,uy,-0.55solvefini

Step9.后處理ANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例§4應(yīng)用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)所有面－面接觸的單元選項(xiàng)和參數(shù)都可以通過接觸向?qū)砜刂?。使用接觸向?qū)нM(jìn)行接觸分析方便快捷：·自動(dòng)定義單元類型和實(shí)常數(shù)·快速得到接觸選項(xiàng)和參數(shù)·快速顯示和反轉(zhuǎn)接觸法向使用接觸向?qū)П仨毷紫葘?duì)基體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，否則不能激活接觸向?qū)?。下面仍以彈性環(huán)裝配接觸問題為例。采用接觸向?qū)瓿山佑|對(duì)的創(chuàng)建來說明接觸向?qū)У氖褂梅椒?。Step1.恢復(fù)數(shù)據(jù)文件UtilityMenu>File>Resumefrom…選Snap.db【OK】(圖4-1)此數(shù)據(jù)庫Snap.db包括此有限元模型的幾何、基體單元、分網(wǎng)、材料和邊界條件。但不包括接觸單元與目標(biāo)單元及接觸有關(guān)的參數(shù)。圖4-1ANSYS_接觸問題實(shí)例Step2.啟動(dòng)接觸向?qū)ainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPairANSYS_接觸問題實(shí)例Step3.創(chuàng)建接觸對(duì)

圖4-3圖4-4【PickTarget】(圖4－3),拾取線(見圖3－5)【OK】，再定義接觸面返回圖4－4【Next】

(圖4－5)ANSYS_接觸問題實(shí)例圖4－5【openingsetting】圖4－6ANSYS_接觸問題實(shí)例圖4－6ANSYS_接觸問題實(shí)例Step4.設(shè)置接觸參數(shù)

【OK】返回圖4－5【create】【Finish】返回圖4－2ANSYS_接觸問題實(shí)例退出Step5.求解求解過程同前圖4－2ANSYS_接觸問題實(shí)例§5實(shí)例2平面密封圈計(jì)算·驗(yàn)證為接觸剛度估計(jì)一個(gè)合適的初始值的重要性·驗(yàn)證接觸分析中摩擦的應(yīng)用－彈性庫侖摩擦·驗(yàn)證基于接觸單元臨界狀態(tài)變化的時(shí)間步預(yù)測如何會(huì)對(duì)計(jì)算效率有害模型描述：2D超彈平面密封圈1/2對(duì)稱，密封圈壓縮模擬ANSYS_接觸問題實(shí)例分析此模采用兩種方法：1.不使用接觸向?qū)?，建立命流文件Seal.inp2.使用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)，并用GUI方式創(chuàng)建Pilot節(jié)點(diǎn)。本例具有：幾何N.L（大應(yīng)變與大變形）材料N.L（超彈）接觸N.L

數(shù)據(jù)文件:Seal.inpANSYS_接觸問題實(shí)例Step1.建模：單元類型、實(shí)常數(shù)、材料特性、基體分網(wǎng)/prep7et,1,56!HYPER562D4nodeU_PHyperelasticSolidmp,nuxy,0.49tb,mooney,1tbdata,1,80!C10=80tbdata,2,20!C01=20k,1$k,2,0.333,0$k,3,0.867,0.867k,4,1.1,0.867k,5,1.1,1$k,6,0.8,1$k,7,0.267,0.133k,8,0,0.133l,1,2*repeat,7,1,1!將l,1,2命令重復(fù)7次l,8,1lfil,1,2,0.20$lfil,2,3,0.15$lfil,5,6,0.20lfil,6,7,0.15$lfil,7,8,0.05$lfil,8,1,0.05al,all!應(yīng)用所有選擇的線生成面k,25,-0.6,0$k,26,1.1,0$k,27,-0.6,1.0$k,28,1.1,1.0lstr,26,25!L9lstr,27,28!L10圖5-2ANSYS_接觸問題實(shí)例!***基體分網(wǎng)***lesize,8,,,2$lesize,13,,,4$lesize,14,,,4esize,0.035type,1mat,1amesh,allsave,seal,dbStep2.創(chuàng)建接觸對(duì)，先定義單元和接觸參數(shù)et,2,169!Target1692DTargetSegmentet,3,171!Conta1712DSurfacetoSurfaceContactmp,mu,1,0!用材料特性定義摩擦，本例先無摩擦計(jì)算然后再有摩擦計(jì)算，比較結(jié)果r,1,,,0.1,0.1!用實(shí)常數(shù)定義接觸高級(jí)選項(xiàng)對(duì)于彎曲為主的問題，采用接觸剛度FKN=0.1作為初始估計(jì)值,FTOLN=0.1lagrange穿透比例系數(shù)（缺省值）r,2,,,0.1,0.1!如果FKN=1.0則不收斂ANSYS_接觸問題實(shí)例

!***創(chuàng)建接觸對(duì)1（定義實(shí)常數(shù)和分網(wǎng)）***type,2!目標(biāo)面1Target169real,1!Target169的實(shí)常數(shù)mat,1!接觸面1定義材料與超彈單元同lesize,15,,,1!目標(biāo)面1（L15）分網(wǎng)尺寸(圖5－3)lmesh,15!目標(biāo)面1（L15）分網(wǎng),采用自動(dòng)分網(wǎng)，此剛性面自動(dòng)約束。檢查外法線方向【OK】!***接觸面1：實(shí)常數(shù)（與目標(biāo)面1一致）、分網(wǎng)lsel,s,line,,1,3,1!選L1,L2,L3lsel,a,line,,9,10,1!再加L9,L10lsel,a,line,,14!再加L14nsll,s,1!選擇和所選線相連系的節(jié)點(diǎn)type,3!Conta171這里未發(fā)布Real,1，實(shí)常數(shù)未重新定義就是前面的Real,1，MAT也是前面的MAT,1esurf!生成接觸單元lsel,all!***檢查外法線方向【OK】***圖5－3ANSYS_接觸問題實(shí)例!***創(chuàng)建接觸對(duì)2***type,2!目標(biāo)面2Target169real,2!MAT未重新定義，就是前面的MAT,1lesize,16,,,1!目標(biāo)面2lmesh,16!L16分網(wǎng)（目標(biāo)2分網(wǎng)）kmesh,27!指定Pilot點(diǎn)!***檢查外法線方向【OK】***type,3!接觸面2Conta171Real,2；Mat,1lsel,s,line,,5,7,1!選L5,L6,L7lsel,a,line,,11,13,1!再加L11,L12,L13nsll,s,1esurf!生成接觸單元,其Real,2；Mat,1lsel,allnsel,all!***檢查外法線方向【OK】***ANSYS_接觸問題實(shí)例Step3.施加邊界條件!剛性面1被約束!剛性面2隨Pilot點(diǎn)移動(dòng)!L4對(duì)稱約束dl,4,,ux,0n_load=node(kx(27),ky(27),0)!為定義剛性面2的位移做準(zhǔn)備finishStep4.定義求解選項(xiàng)和載荷步/solunlgeom,onsolc,on!N.L求解自動(dòng)控制打開（缺省）time,0.85!載荷步、結(jié)束時(shí)間d,n_load,uy,-0.85nsubst,25,500,10outres,all,allmonitor,var3,n_load,fyANSYS_接觸問題實(shí)例Step5.求解solveStep6.查看結(jié)果/post1pldsp,2!變形圖plnsol,s,eqv,0,1!VonMises應(yīng)力云圖plnsol,cont,pres,0,!接觸壓力圖plnsol,epto,eqv!繪等效總應(yīng)變圖5－4save,seal,dbANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例定義反力變量,繪載荷變形圖UtilityMenu>Plot>ElementsMainMenu>TimeHistPostpro>DefineVariables·【Add】·Reactionforce【OK】拾取節(jié)點(diǎn)263(控制點(diǎn))【OK】User-SpecifiedLoad=FORCE:FY【OK】【close】或命令：/POST26RFORCE,2,263,F,Y,FORCEMainMenu>TimeHistPostpro>GraphVariables·1stVariabletogragh=2【OK】或命令：PLVAR,2(圖5－4)圖5－4ANSYS_接觸問題實(shí)例2、用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)，用GUI方式創(chuàng)建Pilot節(jié)點(diǎn)（剛性面控制點(diǎn)），然后求解。Step1.恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件Seal.db（包括基體的幾何、單元、分網(wǎng)；沒有選接接觸單元與目標(biāo)單元，未定義接觸對(duì)）UtilityMenu>File>Resumefrom…選Seal.db【OK】Step2.啟動(dòng)接觸向?qū)ainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPair圖4－2【contactWizard】ANSYS_接觸問題實(shí)例<1>創(chuàng)建接觸對(duì)1

圖5－5ANSYS_接觸問題實(shí)例選線(1)(接觸對(duì)1的目標(biāo)面)【OK】返回圖5－5【next】

圖5－6選線(2)(接觸對(duì)1的接觸面)【OK】；返回圖5－6【next】ANSYS_接觸問題實(shí)例Step3.設(shè)置接觸參數(shù)

圖5－7ANSYS_接觸問題實(shí)例

圖5－8圖5－9

定義摩擦(圖5－9)【OK】返回圖5－7Coefficientfriction0.2【Create】ANSYS_接觸問題實(shí)例5－11

圖5－12接觸對(duì)1(圖5－11)圖5－10圖ANSYS_接觸問題實(shí)例Step5.創(chuàng)建目標(biāo)單元控制點(diǎn)

(1).設(shè)置單元屬性

用命令流：

Type,4

MAT,1

REAL,4

TSHAP,PIL10

GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Element>ElemAttributes

圖5－14ANSYS_接觸問題實(shí)例(2).繪關(guān)鍵點(diǎn)UtilityMenu>Plot>Keypoints>Keypoints(3).建立目標(biāo)單元控制點(diǎn)MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Keypoints選K27【OK】或命令流：KMESH,27Step6.施加位移約束控制點(diǎn)27上施加UY=-0.85MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypoints選K27【OK】Lab2DOFstobeconstrained:UYValue:-0.5【OK】ANSYS_接觸問題實(shí)例施加對(duì)稱邊界條件：MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>SymmetryB.C.>OnLines

選線L4【OK】Step7.求解控制、求解MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol′nControlsANSYS_接觸問題實(shí)例MainMenu>Solution>Solve>LS_CurrentStep8.后處理同1無摩擦(MU=0)VonMises=145.096有摩擦(MU=0.2)VonMises=142.038接觸剛度取1.0不收斂

0.1收斂/POST26MainMenu>TimeHistPostpro選控制點(diǎn)27，繪圖(見圖5-4)。ANSYS_接觸問題實(shí)例面一面接觸具有20個(gè)可用實(shí)常數(shù)，2個(gè)材料屬性和30個(gè)可用單元選項(xiàng)設(shè)置。能夠模擬特殊的效果和處理困難的收斂情況。

通常分析開始先用缺省值，只指定罰剛度和穿透容差及子步數(shù)。

只能在缺省設(shè)置遇到困難時(shí)才用高級(jí)選項(xiàng)。

·所有的單元選項(xiàng)和參數(shù)都可以通過接觸向?qū)砜刂?；也可以通過實(shí)常數(shù)和單元選項(xiàng)來指定。

Conta178接觸單元、實(shí)常數(shù)選項(xiàng)見圖6-1及6-2。

圖6-1圖6-2§6面一面接觸單元高級(jí)接觸選項(xiàng)ANSYS_接觸問題實(shí)例進(jìn)入接觸選項(xiàng)菜單用下列過程：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPair選【property】1、第1個(gè)重要選項(xiàng)：如何保證接觸協(xié)調(diào)性：·使用修正的拉朗日法（缺?。ぜ兞P函數(shù)方法在接觸向?qū)е蠦asicContactalgorithm:AugmentedLagrangeMethodPenaltyMethod－對(duì)大多數(shù)模型，修正的拉格朗日方法能很好地工作。－罰函數(shù)法推薦用于具有變形很大的單元，很大的摩擦系數(shù)和/或用修正的拉格朗日方法時(shí)收斂性很差的情況。ANSYS_接觸問題實(shí)例·最重要的選項(xiàng)是法向罰剛度或接觸剛度。－對(duì)于大面積接觸采用起始值（因子）1.0，對(duì)于柔性接觸采用0.1。—大值對(duì)應(yīng)較高精度；小值對(duì)應(yīng)較好的收斂性。有時(shí)最好先以較小的接觸剛度進(jìn)行分析，然后在一系列載荷步中逐漸增大剛度－“漸變”的接觸剛度，提高收斂性圖6-2在最后的載荷步逐漸提高到一個(gè)剛硬的值將提高計(jì)算精度?？赏ㄟ^向?qū)У幕颈砘騿卧匦圆藛卧O(shè)置以允許程序更新接觸剛度接觸向?qū)asicNormalPenaltyStiffness1.0⊙factor○constant向?qū)asiccontactstiffnessupdate:Eachloadstep(PAIRIDbased)noneEachloadstep(允許用戶指定剛度變化)Eachsubstep(允許自動(dòng)和用戶指定變化)ANSYS_接觸問題實(shí)例2、第2個(gè)重要選項(xiàng)－穿透容差。缺省情況下，穿透容差是一個(gè)因子乘以基體單元厚度。－對(duì)于變化很大的網(wǎng)格密度，采用因子會(huì)在接觸表面的某些部分產(chǎn)生太小的容差，這時(shí)采用絕對(duì)值可能更好。－不要使用太小的容差，因?yàn)樗偸菍?duì)收斂性有害。ANSYS_接觸問題實(shí)例3、對(duì)于臨界接觸狀態(tài)變化的自動(dòng)時(shí)間步控制

－不控制：不影響自動(dòng)時(shí)間步，對(duì)靜力問題自動(dòng)時(shí)間步打開時(shí)此選項(xiàng)一般是足夠的。

－自動(dòng)二分：如果接觸狀態(tài)變化明顯，時(shí)間步長將二分。對(duì)于動(dòng)力問題自動(dòng)二分通常是足夠的。

－合理值：比自動(dòng)細(xì)分更耗時(shí)的算法。

－最小值：此選項(xiàng)為下一步預(yù)測最小時(shí)間增量（很耗計(jì)算時(shí)間，不推薦）

或在單元選項(xiàng)中控制：Contacttime/loadpredictionK7:NopredictionANSYS_接觸問題實(shí)例4、Pinball區(qū)域影響接觸狀態(tài)的確定和其它許多接觸特性。Pinball區(qū)域是環(huán)繞接觸單元的園（2D）或球（3D），描述接觸單元周圍“遠(yuǎn)”和“近”區(qū)域的邊界(圖6-3)。在缺省情況下，Pinball區(qū)域半徑是4×基體單元厚度（剛－柔）或2×基體單元厚度（柔一柔）可以為Pinball半徑指定一個(gè)不同的值。圖6-3ANSYS_接觸問題實(shí)例也可用實(shí)常數(shù)PINB調(diào)整球形區(qū)（對(duì)于初始值侵入大的問題是必要的）。ANSYS_接觸問題實(shí)例5、幾種不同的接觸模式

這些選項(xiàng)使你能夠模擬特殊的物理現(xiàn)象?；騿卧x項(xiàng):BehaviorcontactsurfaceK12:standard這些選項(xiàng)包括：－標(biāo)準(zhǔn)：正常的接觸閉合和打開行為，具有正常的粘著/滑動(dòng)摩擦行為。－粗糙：正常接觸閉合和打開行為，但不發(fā)生滑動(dòng)（類似于具有無限摩擦系數(shù)）－不分離（滑動(dòng)）：目標(biāo)面和接觸面一旦建立接觸就不再分離（允許滑動(dòng)）－綁定：目標(biāo)面和接觸面一旦接觸就粘在一起－不分離（永遠(yuǎn)）：初始位于Pinball區(qū)域內(nèi)或已經(jīng)接觸的接觸檢查點(diǎn)在法向不分離（允許滑動(dòng)）－綁定接觸（永遠(yuǎn)）：初始位于Pinball區(qū)域內(nèi)或已經(jīng)接觸的接觸檢查點(diǎn)在剩余的分析過程中綁定在一起（DesignSpace缺省值）－綁定接觸（初始接觸）：只在初始接觸的地方采用綁定，初始分開的地方保持分開。計(jì)算實(shí)例：懸臂梁端部旋轉(zhuǎn)（不分離行為）ANSYS_接觸問題實(shí)例6、影響某些表面行為的選項(xiàng)－ContactOpeningstiffness（分開時(shí)的間隙剛度）保證不分離和綁定行為，它通過使用當(dāng)存在間隙也具有非零剛度的彈簧來連接表面?！と笔∏闆r下，此彈簧剛度等于法向罰剛度，其效果類似于法向罰剛度－剛度太小精度低；剛度太大會(huì)引起收斂問題。ANSYS_接觸問題實(shí)例－摩擦系數(shù)影響基本摩擦行為：－Contactcohesion表示當(dāng)沒有法向壓力時(shí)開始滑動(dòng)的摩擦應(yīng)力值?！つΣ翆?dǎo)致非對(duì)稱剛度陣。因?yàn)榉菍?duì)稱矩陣很難計(jì)算（因此導(dǎo)致求解變慢），程序自動(dòng)控制執(zhí)行對(duì)稱求解，利用此算法可以解決多數(shù)含摩擦接觸問題?！び袝r(shí)，采用非對(duì)稱矩陣能獲用更好的收斂性。如果遇到收斂緩慢問題可以用不對(duì)稱求解選項(xiàng)?！び涀。哼@種情況必須使用稀疏或波前求解器。對(duì)于每個(gè)支持非對(duì)稱矩陣的單元，此選項(xiàng)也可以由下列菜單激活：MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>AnalysisOptions設(shè)置Newton-Raphson選項(xiàng)為FullN_RunsymmANSYS_接觸問題實(shí)例7、初始穿透有幾種技術(shù)可以模擬初始穿透接觸問題（如過盈裝置配）?？梢允褂贸跏紟缀未┩?，或指定偏移量，或二者皆有。圖6-5·指定偏移量（CNOF）或在實(shí)常數(shù)中指定偏移量（CNOF）contactsurfaceoffsetCNOF:0.025ANSYS_接觸問題實(shí)例－正的CNOF加大初始穿透

－負(fù)的CNOF減小初始穿透或?qū)е麻g隙

·CNOF可與幾何穿透組合

·自動(dòng)CNOF調(diào)整

允許ANSYS基于初始穿透自動(dòng)給定CNOF值。

－導(dǎo)致“剛好接觸”配置

－ICONT缺省為0或單元選項(xiàng):AutoCNOF/ICONTadjustmentK5:No.Auto.AdjustANSYS_接觸問題實(shí)例·初始穿透選項(xiàng)包括：－Includeeverything：包括由幾何模型和指定偏移量（如果有的話）引起的初始穿透－Excludeeverything：忽略所有初始穿透效應(yīng)。－Includewithrampedeffects：漸變初始穿透，以提高收斂性。－Includeoffsetonly：只包括由偏移量指定的基本初始穿透。－Includeoffsetonlyw/ramp：只包括由偏移量指定的基本初始穿透，且漸變初始穿透以提高收斂性ANSYS_接觸問題實(shí)例如果模型包含初始幾何穿透，接觸力將立即“階躍”到一個(gè)大值。－載荷突變經(jīng)常導(dǎo)致收斂困難，期望有一種機(jī)制能夠?qū)⒊跏即┩感?yīng)漸變到零。Includewithrampedeffects和Includeoffsetonlyw/ramp選項(xiàng)通過在第一載荷步，將初始穿透漸變?yōu)榱憧朔諗坷щy。為求得好的結(jié)果，在第一載荷步不應(yīng)施加其它載荷(圖6-6)。計(jì)算實(shí)例：初始穿透

圖6-6ANSYS_接觸問題實(shí)例8、剛體模式初始不接觸的兩個(gè)（或多個(gè)）物體的靜力分析中，在接觸建立前可能產(chǎn)生剛體運(yùn)動(dòng)(圖6-7)。此例中圓柱體沒有施加位移約束，面由力控制。圓柱體的約束由圓柱體和平板之間的接觸建立。求解過程中兩個(gè)物體分離，剛度矩陣奇異。ANSYS將產(chǎn)生一個(gè)負(fù)主元警告。有幾個(gè)選項(xiàng)可以解決由于初始不相連物體引起的剛體模式：

圖6-7ANSYS_接觸問題實(shí)例三個(gè)高級(jí)接觸特性允許調(diào)整初始接觸條件以防止剛體模式：(1).自動(dòng)CONF調(diào)整程序計(jì)算CNOF以清除間隙。(2).初始接觸環(huán)（ICONT）將調(diào)整帶內(nèi)接觸表面上的節(jié)點(diǎn)移到目標(biāo)面上(3).初始允許穿透范圍(PMIN&PMAX）：將剛體表面移動(dòng)到接觸面上調(diào)整初始接觸條件（ICONT）(圖6-11)：實(shí)常數(shù)ICONT可用于指定目標(biāo)面上的“調(diào)整環(huán)”。位于調(diào)整環(huán)內(nèi)的任何接觸點(diǎn)都要移動(dòng)到目標(biāo)面上。推薦只進(jìn)行很小的修正，如果ICONT值太大會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)。如果未指定常數(shù)ICONT，ANSYS根據(jù)模型尺寸為ICONT提供一個(gè)小的缺省值。－關(guān)閉ICONT，必須將其設(shè)置成非常小的值(如1e-20)－0值代表非0的缺省值計(jì)算實(shí)例：剛體－ICONT圖6-11ANSYS_接觸問題實(shí)例·如果目標(biāo)面有0約束，采用PMIN和PMAX的初始調(diào)整將不被執(zhí)行。·初始調(diào)整是一個(gè)迭代過程，ANSYS最多使用20個(gè)迭代步把目標(biāo)面調(diào)整到PMIN和PMAX范圍內(nèi)?！ぎ?dāng)目標(biāo)面被移動(dòng)，接觸體之間不再存在間隙，而成為閉合接觸的初始狀態(tài)。計(jì)算實(shí)例：剛體PMIN&PMAX圖6-12ANSYS_接觸問題實(shí)例§7幾種典型接觸問題分析實(shí)例例2.懸臂梁端部旋轉(zhuǎn)<“不分離”行為>目標(biāo)：采用“不分離”行為選項(xiàng)施加大轉(zhuǎn)動(dòng)模擬特定物理效果。不分離：目標(biāo)面和接觸面一旦建立接觸就不再分離（允許滑動(dòng)）。模型描述：懸臂梁，端部施加旋轉(zhuǎn)(圖7-4)文件：no_separation.inp圖7-4ANSYS_接觸問題實(shí)例采用Solid185單元：3D8nodestructuralSolid單元，具有大變形能力。

/view,,1,1,1/prep7k,1,10,0,0BLOCK,0,10,-0.5,0.5,-0.5,0.5RECTNG,9.5,10,-1,1AGEN,,7,,,,,-0.5,,,1

AGEN,ITIEM,NA1,NA2,NINC,DX,DY,DZ,KING,MOELEM,IMOVEIMOVE=1moveoriginalareastonewpositionARSYM,Z,7ARSYM,Ncomp,NA1復(fù)制一組面積，對(duì)稱于某軸

et,1,185mp,ex,1,10000esize,0.5vmesh,1ESIZE,2!為目標(biāo)面分網(wǎng)用/solutionnsel,,loc,x,0d,all,all,0/pbc,u,,1finisheplotSAVE,no-separation,db1

以下用接觸向?qū)Ы⒔佑|對(duì):Step1.恢復(fù)no_separation.dbUtilityMenu>File>Resumefrom選no_separation.db【OK】ANSYS_接觸問題實(shí)例Step2.采用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPair【contactwizard】指定目標(biāo)面：Targetsurface:AreasTargetType:Rigid【Picktarget】選A7,A8【OK】指定接觸面：【next】contactsurface:Areas【Picktarget】選A1,A2【OK】指定選項(xiàng)設(shè)置：【next】【OptionalSettings】選擇表BASICcontactsurfaceBehavior=NoSeparation【OK】建立接觸對(duì)：CoefficientofFriction=0【Create】【Finish】ANSYS_接觸問題實(shí)例Step3.創(chuàng)建目標(biāo)單元控制點(diǎn)設(shè)置單元屬性：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Element>ElemAttributesElementtypenumber=2Targe170Materialnumber=1Realconstantsetnumber=3TargetElementShape=Pilotnode或用命令：Type,2MAT,1REAL,3TSHAP,PILO繪關(guān)鍵點(diǎn)：Kplot選K1(節(jié)點(diǎn)198)ANSYS_接觸問題實(shí)例建立目標(biāo)單元控制點(diǎn)MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Keypoints拾取關(guān)鍵點(diǎn)1【OK】或命令：KMESH,1Step4.施加45°轉(zhuǎn)動(dòng)（0.7854弧度）MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypointsROTXDisplacementValue=0.7854【OK】或命令:/SoluDK,1,ROTX,0.7854Step5.指定“基本”求解選項(xiàng)MainMenu>Solution>AnalysisType>SolˊnControls選BASICAnalysisOption=LargeDisplacementStaticTimeatendofloadstep=45NumberofSubsteps=45MaxNo.ofSubsteps=180MinNo.ofSubsteps=5AllSolutionItemsWriteeverySubstep【OK】或命令：NLGOM,onTime,45NSUBST,45,180,5Outres,all,allANSYS_接觸問題實(shí)例Step6.求解SolveStep7.讀入最后子步結(jié)果，后處理/POST1set,last選實(shí)體單元進(jìn)行后處理：UtilityMenu>Select>Entities…ElementsByElemNameElementname=solid185Choose=FromFull【OK】或命令：ESEL,S,Ename,,Solid185繪位移總矢量：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>NodalSolu·DOFSolution·USUM【OK】或命令：PLNSOL,U,SUMUSUMDMX=0.855708SMX=0.855708ANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例例3.緊配合環(huán)（初試穿透）目標(biāo)：驗(yàn)證接觸初始穿透選項(xiàng)。采用缺省值和漸進(jìn)化穿透選項(xiàng)求解一個(gè)大的初始穿透接觸分析，比較結(jié)果。模型模述：緊配合環(huán)、軸對(duì)稱(圖7-5)文件：Interference.inp圖7-5ANSYS_接觸問題實(shí)例/PREP7ET,1,183,,,1!軸對(duì)稱大應(yīng)變ET,2,169!Target1692D目標(biāo)單元ET,3,172!Target1722D3節(jié)點(diǎn)高階拋物線接觸單元MP,EX,1,10E3MP,NUXY,1,0MP,MU,2,0!無摩擦RECTNG,1.5,2,0,1RECTNG,1.9,2.4,0,1ESIZE,0.05AMESH,ALL!Type,1;Mat,1TYPE,2MAT,2REAL,2LSEL,,LOC,X,1.9NSLL,,1!1.9線上的節(jié)點(diǎn)ESURF!創(chuàng)建目標(biāo)單元Target169!***TYPE,3!Mat,2;Real,2LSEL,,LOC,X,2NSLL,S,1ESURF!創(chuàng)建接觸面conta172ALLSEL,ALLANSYS_接觸問題實(shí)例/SOLUTIOND,NODE(1.5,0,0),UY,0D,NODE(2.4,0,0),UY,0NLGEOM,ONNSUBST,10,50,5FINISH/PBC,U,,1/NUMBER,1/PNUM,MAT,1EPLOTSAVE,interference,db!包含有限元模型、接觸對(duì)、材料、邊界條件，求解控制ANSYS_接觸問題實(shí)例分析步驟：Step1.恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件UtilityMenu>File>Resumefrom選interference.db【OK】Step2.重定位輸出文件UtilityMenu>File>SwitchOutputto>FileInterference.output【OK】或命令：/Output,interference,OutputStep3.求解接觸分析/SolusolveStep4.重定位輸出到輸出窗口UtilityMenu>File>SwitchOutputto>OutputWindow或命令：/OUTPUT,TERMStep5.繪制徑向應(yīng)力MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSoluStressX-directionSX【OK】ANSYS_接觸問題實(shí)例或命令:/POST1PLNSOL,S,X!結(jié)果：徑向應(yīng)力＝0Step6.列表顯示接觸結(jié)果

MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution選NonlinearitemscontactCONT【OK】或命令：PRNSOL,CONTSTAT=0“張開”幾乎不接觸STAT=1“張開”但幾乎接觸STAT=2“閉合”并滑動(dòng)STAT=3“閉合”并粘著ANSYS_接觸問題實(shí)例Step7.檢查輸出文件內(nèi)容（interference.output）…***NOTE***Nocontactwasdetectedforacontactpairspecifiedbyrealconstantset2大初始穿透問題可能導(dǎo)致無法檢測到接觸或檢測到接觸面求解存在收斂困難。在此情況下推薦在第一個(gè)載荷步中包含漸進(jìn)化效應(yīng)。Step8.為初始穿透選項(xiàng)指定漸進(jìn)化效應(yīng)·可通過conta172單元選項(xiàng)設(shè)置·可通過接觸向?qū)е蠭nitialAdjustment的設(shè)置(1)MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete選Type3conta172【Option】initialpenetration/gapK9=include_ramp【OK】【close】或命令:/prep7KEYOPT,3,9,2ANSYS_接觸問題實(shí)例(2)或向?qū)nitialAdjustmentInitialpenetration:Includeeverythingwithrampedeffect【OK】ANSYS_接觸問題實(shí)例Step9.重定位輸出到文件UtilityMenu>File>SwitchOutputto>FileRamped.output【OK】Step10.分析/SoluSolveStep11.重定位輸出到輸出窗口UtilityMenu>File>SwitchOutputto>OutputWindow命令：/output,TERMStep12.繪徑向應(yīng)力MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSoluStressX-directionSX【OK】或命令:/POST1PLNSOL,S,XANSYS_接觸問題實(shí)例Step13.將軸對(duì)稱模型擴(kuò)展為整個(gè)模型顯示UtilityMenu>PlotCtrls>Style>SymmetryExpansion>2DAxi-SymmetricSelectexpansionamount=Fullexpansion【OK】或命令：/EXPAND,36,Axis,,,10/REPlotISO顯示/View,,1,1,1/ReplotStep14.檢查輸出文件

ramped.output…Initialpenetrationwillberampedduringthefirstloadstep在第一載荷步，初始穿透漸進(jìn)化。***NOTE***Max.Initialpenetration0.1wasdetectedbetweencontactelement425andtargetelement405specifiedbyreadconstantset2檢測到大的初始穿透ANSYS_接觸問題實(shí)例例4.兩剛性面間夾－圓柱體分析（剛體模式－應(yīng)用初始接觸環(huán)ICONT）目標(biāo)：驗(yàn)證使用初始接觸環(huán)調(diào)整帶來克服接觸分析中的剛體模式模型描述：2D平面應(yīng)力、1/4對(duì)稱、施加壓力(圖7-6)文件名:ICONT.inp/prep7

CYL4,0,0,0,0,1,90RECTNG,0,2.5,1.003,1.5!圖7-7

ET,1,182!Plane1822DStructuralSolid4節(jié)點(diǎn)UX,UY平面應(yīng)力、平面應(yīng)變和軸對(duì)稱單元、大變形、大應(yīng)變圖7-6

圖7-7ANSYS_接觸問題實(shí)例ET,2,169!Target169ET,3,171!Conta171MP,EX,1,1000MP,EX,2,30E6MP,MU,3,0ESIZE,0.1AMESH,1!type,1;mat,1MAT,2AMESH,2!***創(chuàng)建目標(biāo)目單元***TYPE,2MAT,3REAL,2LSEL,,LOC,Y,1.003NSLL,,1ESURF!***創(chuàng)建接觸單元***TYPE,3CSYS,1LSEL,,LOC,X,1NSLL,,1ESURFCSYS,0LLSEL,ALL/SOLUTIONLSEL,,LOC,X,0DL,ALL,,UX,0LSEL,,LOC,Y,0DL,ALL,,UY,0LSEL,,LOC,Y,1.5SFL,ALL,PRES,200ALLSEL,ALL!***求解控制***NLGEOM,ONNSUBST,10,100,5SBCTRAN/PBC,U,,1/PSF,PRES,NORM,2/NUMBER,1/PNUM,MAT,1EPLOTSAVE,ICONT,db其中ICONT.db數(shù)據(jù)文件包括此模型的有限元模型、接觸對(duì)、邊界條件、載荷、材料定義等。ANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例分析步驟：Step1.恢復(fù)數(shù)據(jù)庫UtilityMenu>File>Resumefrom選ICONT.db【OK】Step2.重定位輸出到文件UtilityMenu>File>SwitchOutputto>FileICONT.output【OK】Step3.求解接觸分析/Solusolve產(chǎn)生錯(cuò)誤，不能求解UtilityMenu>List>Files>ErrorFileError:兩部分之間的小間隙產(chǎn)生剛體模式，導(dǎo)致“自由度超限”錯(cuò)誤。DOF(e.gDisplacement)limitexceededattime3.5e-02…檢查輸出文件ICONT.outputANSYS提供接觸對(duì)信息用于診斷。ICONT.OUTPUT…***NOTE***MinInitialgap4.022432169e-3wasdetectedbetweencontactelement264andtargetelement224specifiedbyrealconstantset2.此例中采用最小初始間隙估計(jì)初始接觸環(huán)的值，間隙大小為0.004in，因此采用絕對(duì)值ICONT=-0.005inANSYS_接觸問題實(shí)例Step4.指定初始接觸環(huán)絕對(duì)值-0.005in·在單元實(shí)常數(shù)中賦·在向?qū)е匈x值MainMenu>Preprocessor>RealConstant>Add/Edit/DeleteANSYS_接觸問題實(shí)例或用向?qū)зx值

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPair

選【property】或命令：/Prep7RMODIF,2,5,-0.005!ICONT=-0.005注意:推薦只用小值,ICONT值太大將導(dǎo)致模型不連續(xù)ANSYS_接觸問題實(shí)例Step5.求解接觸分析/SolusolveStep6.重定位輸出到輸出窗口UtilityMenu>File>SwitchOutputto>OutputWindow或命令：/OUTPUT,TERMStep7.后處理：繪位移總矢量MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>NodalSoluDOFSolutionUSUM【OK】或命令:/POST1PLNSOL,U,SUMStep8.檢查輸出文件ICONT.output***NOTE***…AbsoluteinitialclosureICONT0.5000e-02指定的初始接觸環(huán)調(diào)整帶成功的防止了剛體運(yùn)動(dòng)。ANSYS_接觸問題實(shí)例ANSYS_接觸問題實(shí)例本例也可以用向?qū)utomaticContactadjustment:closegap或單元設(shè)置:AutomaticCNOFadjustmentKSclosegap防止剛體運(yùn)動(dòng)而不輸入ICONT=-0.005或命令：/prep7KEYOPT,3,5,1ANSYS_接觸問題實(shí)例例5.兩剛性卡間夾一圓球分析（剛體模式-應(yīng)用初始穿透范圍PMIN-PMAX）目標(biāo)：驗(yàn)證采用初始穿透范圍來克服接觸分析中的剛體模式采用合適的初始穿透范圍絕對(duì)值（-PMIN&PMAX）求解接觸