ansys接触非线性.ppt

除去蠕变，这个模型的结果可靠性是不错的。

作了一系列接触问题，通过试验验证符合的很好。

模型解释：（1）一个弹性结构受压（接触）变形，到发生塑性变形。

（2）拿开压缩板，结构回弹，但不会回到原始位置。

（3）这时计算蠕变，释放掉应力。

（4）再压弹性结构到开始压缩位置。

比较这四步的接触力。

结果：第二，三步当然没有接触力，（若没有应力释放，第一、第四步接触力应一样，）有了应力释放，第四步接触力比第一步减小。

这个模型中的蠕变没用太好。

用的是隐式6号蠕变方程，蠕变是时间和应力的函数，参数是乱定的（应力释放太快）。

想请教有关蠕变方面的资料，尤其是材料蠕变方程选用及参数方面的资料。

/prep7!------------CuSn8----------ET,1,182,,,3mp,ex,1,115e9mp,prxy,1,0.3r,1,0.3TB,BKIN,1TBDA TA,1,470E6,0tm=100*SET,C1,1.5625E-14      !ASSIGN VALUE*SET,C2,1.5        !ASSIGN V ALUE*SET,C3,        !ASSIGN V ALUE*SET,C4,0        !ASSIGN V ALUETB,CREEP,1,,,6        !ACTIV ATE DA TA TABLETBDA TA,1,C1,C2,C3,C4      !DEFINE DATA FOR TABLE!-----------contact-----------------ET,9,169ET,10,171R,9,,,0.1,0.1,,!RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,!RMORE,0.0,0,1.0,0,0,0.5!RMORE,,,1.0,0.0MP,MU,9,0.0!----------------geometryk,,2k,,2,0.2k,,,0.2k,,-0.2k,,-0.2,1.2k,,,1k,,2,1.2k,,1,1k,,1.25,1k,,2,1L,8,9,k,,1.5,1.2k,,1.75,1.45L, 1, 2 L, 1, 4 L, 4, 5 L, 5, 11larc,7,12,11,0.25 larc,11,12,7,0.25L, 7, 10 L, 10, 9 L, 8, 6 L, 6, 3 L, 3, 2LFILLT,11,10,0.3, ,!*LFILLT,4,5,0.5, ,!*LFILLT,11,12,0.3, ,!*LFILLT,4,3,0.5, ,FLST,2,16,4 FITEM,2,12 FITEM,2,15 FITEM,2,11 FITEM,2,13FITEM,2,10FITEM,2,1FITEM,2,9FITEM,2,8FITEM,2,7FITEM,2,6FITEM,2,5FITEM,2,14FITEM,2,4FITEM,2,16FITEM,2,3FITEM,2,2AL,P51Xrect,1,3,1.45+0.001,1.5type,1mat,1esize,0.05amesh,all!---------contact------------ allstype,10mat,9real,9lsel,s,,,6,7nsll,s,1esln,s,0esurf,alltype,9mat,9real,9lsel,s,,,17nsll,s,1esln,s,0esurf,all!------boundarylsel,s,,,3nsll,,1d,all,uxd,all,uylsel,s,,,19nsll,,1cp,11,uy,allcplgen,11,ux*get,nmin,node,,num,min d,nmin,uxksel,s,,,10nslk*get,ndis,node,,num,minfini/soluantype,staticnlgeom,onautots,onallssaverate,offtime,1e-8d,nmin,uy,-0.3nsub,20outres,all,allsolve*get,rf1,node,nmin,rf,fy *get,dis1,node,ndis,u,ytime,2e-8d,nmin,uy,0.0nsub,20outres,all,allsolve*get,rf2,node,nmin,rf,fy*get,dis2,node,ndis,u,y!BFUNIF,TEMP,90rate,onTIME,tm!NSUBST,10OUTPR,BASIC,10 ! PRINT BASIC SOLUTION FOR EVERY 10TH SUBSTEP OUTRES,ESOL,1 ! STORE ELEMENT SOLUTION FOR EVERY SUBSTEP SOLVE*get,rf3,node,nmin,rf,fy*get,dis3,node,ndis,u,yrate,offtime,tm+1e-8d,nmin,uy,-0.3nsub,20outres,all,allsolve*get,rf4,node,nmin,rf,fy*get,dis4,node,ndis,u,y/EOFtime,11d,nmin,uy,-0.0nsub,20outres,all,allsolve*get,rf11,node,nmin,rf,fy*get,dis11,node,ndis,u,y/eoffini/post1*get,rf2,node,nmin,rf,fy fini/eof。

ansys非线性接触分析中接触行为接触是状态改变非线性，经典ANSYS版本中共提供了7种接触行为，每一种都有其特点及相应的应用范围，在选用的时候应该谨慎。

（1）标准接触行为（standard）该接触行为包括了法向接触闭合和分开行为，在该接触模式中既考虑粘着摩擦同时也考虑了滑动摩擦。

如图上，AB与BC本来是分开的，中间通过B点连接，当在A点施加力F，AB慢慢贴近BC，最终靠在一起。

但F撤销后，AB在恢复力的作用下慢慢回复到初始分开状态。

标准接触行为包括了分开状态→闭合状态→分开状态。

当AB与BC靠在一起时，既存在正压力，同时还有沿BC圆弧切线方向的摩擦力。

（2）粗糙接触行为（rough）该接触行为包括了法向接触闭合和分开行为，但滑动行为在此是不会发生的。

原因是所有参与接触的表面都被假定为非常粗糙，以致于可以认为摩擦力无穷大而不能够产生相对滑动。

在这种接触行为中，接触的两个物体或部件之间，除了存在正压力外，还有切向摩擦力，但是接触部分之间不可以产生相对滑动。

（3）绑定接触行为（bonded）是指一旦接触关系建立，那么目标面及接触面就被假定为粘结在一起（不可以分开）。

（4）绑定接触行为（始终）（bonded（always））任何初始时在许可接触容差范围内探测到的接触点或者是那些即将进入接触的点在后续的分析中将被绑定在一起。

这种接触行为的典型应用，如在组装分析中将两种不同网络的组件“加”在一起。

线性静态分析也可以用该种接触行为来解决，虽然由于有接触单元的存在，分析中将会提示为非线性分析，但往往只要一步迭代就完成了。

（5）绑定接触行为（初始接触）（bonded（initial））绑定仅发生在初始状态下就接触的面上，初始状态下没有接触的部分将继续保持分开。

典型的例子是通过焊接连接在一起的两个物体，焊接部分始终保持连接，没有焊接的部分保持分离状态。

（6）不分开型（no separation）一旦接触关系建立，目标面及接触面便被约束在一起了，但还是允许接触面之间有滑动。

接触分析接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和成立合理的模型是很重要的。

接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然转变的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。

一般的接触分类接触问题分为两种大体类型：刚体－柔体的接触，和柔体－柔体的接触，在刚体－柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被看成刚体，（与它接触的变形体相较，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体－柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触，另一类，柔体－柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。

ANSYS接触能力ANSYS支持三种接触方式：点－点，点－面，和面－面，每种接触方式利用的接触单元适用于某类问题。

为了给接触问题建模，首先必需熟悉到模型中的哪些部份可能会彼此接触，若是彼此作用的其中之一是一点，模型的对应组元是一个结点。

若是彼此作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于ANSYS 利用的接触单元和利用它们的进程，下面分类详述。

点－点接触单元点－点接触单元主要用于模拟点－点的接触行为，为了利用点－点的接触单元，你需要预先知道接触位置，这种接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即便在几何非线性情况下）若是两个面上的结点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）维持小量，那么可以用点－点的接触单元来求解面－面的接触问题，过盈装配问题是一个用点－点的接触单元来模拟面－面的接触问题的典型例子。

ANSYS 分线性接触问题分析汇总接触非线性是一门复杂的学科，ANSYS 关于计算非线性接触的设置选项多只又多，很多人摸不到头脑，本文就基于ANSYS 模拟过的几个接触实例，研究了相关设置选项对接触结果的影响。

实例1：橡胶密封圈配合接触研究—非线性求解设置对结果的影响密封圈配合模型简图见图1，左右两端为刚体，中间圆部分为橡胶密封圈，将刚体2沿刚体1方面移动，从而实现橡胶圈密封作用，采用plane182单元，设置轴对称行为，建立橡胶密封圈与刚体接触模型，见图2。

图1 密封圈配合模型简图 图2 密封圈配合有限元模型图接触对采用默认设置，摩擦系数取0.10，研究非线性求解器设置对收敛方面的影响，大变形静态（Large Displacement Static ）效应打开，自动时间步长（Automatic time stepping ）打开，子步数（Number of substeps ）设置为50，线性搜索（Line search ）打开。

1 收敛准则对结果的影响此实例收敛准则默认采用力收敛结合力矩收敛准则（基于L2范数），收敛容差（Tolerance ）默认为0.001，工程上认为0.05的收敛容差足够满足要求。

表 1 收敛容差对计算结果的影响收敛容差 最大应力/ MPa报错与否？ 0.001 4.12364报错 0.05 4.12785 报错 0.14.12996报错查看报错信息，见图3，表示单元过于扭曲，建议提高子步数或降低时间步长，需要提高网格质量，也要考虑材料属性，接触对及约束方程的合理性，若在第一步迭代就如此，需要预先执行单元形状检查。

图3 报错信息刚体1刚体2密封圈橡胶密封圈配合Von Mises应力云图见图4。

图4 橡胶密封圈配合Von Mises应力2 子步数对结果的影响此实例子步数设置为50、100、200、500，收敛容差（Tolerance）默认为0.001，研究子步数对收敛的影响。

ANSYS 分线性接触问题分析汇总接触非线性是一门复杂的学科，ANSYS 关于计算非线性接触的设置选项多只又多，很多人摸不到头脑，本文就基于ANSYS 模拟过的几个接触实例，研究了相关设置选项对接触结果的影响。

实例1：橡胶密封圈配合接触研究—非线性求解设置对结果的影响密封圈配合模型简图见图1，左右两端为刚体，中间圆部分为橡胶密封圈，将刚体2沿刚体1方面移动，从而实现橡胶圈密封作用，采用plane182单元，设置轴对称行为，建立橡胶密封圈与刚体接触模型，见图2。

图1 密封圈配合模型简图 图2 密封圈配合有限元模型图接触对采用默认设置，摩擦系数取0.10，研究非线性求解器设置对收敛方面的影响，大变形静态（Large Displacement Static ）效应打开，自动时间步长（Automatic time stepping ）打开，子步数（Number of substeps ）设置为50，线性搜索（Line search ）打开。

1 收敛准则对结果的影响此实例收敛准则默认采用力收敛结合力矩收敛准则（基于L2范数），收敛容差（Tolerance ）默认为0.001，工程上认为0.05的收敛容差足够满足要求。

表 1 收敛容差对计算结果的影响收敛容差 最大应力/ MPa报错与否？ 0.001 4.12364报错 0.05 4.12785 报错 0.14.12996报错查看报错信息，见图3，表示单元过于扭曲，建议提高子步数或降低时间步长，需要提高网格质量，也要考虑材料属性，接触对及约束方程的合理性，若在第一步迭代就如此，需要预先执行单元形状检查。

图3 报错信息刚体1刚体2密封圈橡胶密封圈配合Von Mises应力云图见图4。

图4 橡胶密封圈配合Von Mises应力2 子步数对结果的影响此实例子步数设置为50、100、200、500，收敛容差（Tolerance）默认为0.001，研究子步数对收敛的影响。

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使用20个实常数和数个单元关键选项，来控制面─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)用来定义目标面单元的几何形状。

剩下的用来控制接触面单元。

R1和R2 定义目标单元几何形状。

FKN 定义法向接触刚度因子。

FTOLN 是基于单元厚度的一个系数，用于计算允许的穿透。

ICONT 定义初始闭合因子。

PINB 定义“Pinball"区域。

PMIN和PMAX 定义初始穿透的容许范围。

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 指定辐射观察系数。

FWGT 指定在接触面和目标面之间热分布的权重系数。

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，用户既可以定义一个正值，也可以定义一个负值。

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 = 表明初始闭合因子是“*下层单元的厚度”。

然而，ICON = 则表示真实调整带是单位。

如果下伏单元是超单元，则将接触单元的最小长度作为厚度。

参见图5-8。

图5-8 下层单元的厚度在模型中，如果单元尺寸变化很大，而且在实常数如ICONT, FTOLN, PINB, PMAX, PMIN 中应用比例系数，则可能会出现问题。

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。