ansys接触分析入门知识
在ansys中，有专门的接触单元用于解决各种不同的接触问题。
对于点对点接触问题有二维点对点接触单元CONTAC12、三维点对点接触单元CONTAC52和CONTAC178。为了能够使用这些点对点接触单元，需要预先知道明确的接触位置，即使在几何非线性的情况下，接触面之间也只能允许有较小的相对滑动。
对于面对点接触问题，常用的有用来模拟柔性点对刚性面接触单元CONTAC26、二维点对面接触单元CONTAC48、三维点对面接触单元CONTAC49、CONTAC175.这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，二期接触面之间也不需要保持一致的网格，同时允许有大的变形和相对滑动。
对于面对面接触问题，有二维2节点的低阶线接触单元CONTAC171、3节点的高阶抛物线接触单元CONTAC172、三维4节点的缔结四边形接触单元CONTAC173、8节点的高阶四边形接触单元CONTAC174.由于面跟面之间的相互接触，有一个目标面和接触面的问题，因此使用这些接触单元必须同时使用配对单元（用来模拟目标面和目标单元）。同CONTAC171和CONTAC172配对的是二维目标单元TARGET169，同CONTAC173和CONTAC174配对的是三维目标单元TARGET170.面对面单元比点对面单元具有更好的性能、对接触的位置、范围要求更宽，但是接触的求解结果却更好。
三大类接触单元的使用并不是限制的很死，只要对问题的本质理解清楚，就能灵活运用。比如两个面上的节点一一对应，相对滑动又可忽略不计，两个面的挠度、转动保持小量，那么就可以用点对点接触单元来模拟面对面的接触问题。又如能通过一组节点来定义接触面，生成多个单元，那么就可以用点对面的对接触单元来模拟面对面的接触问题。
接触单元就像皮肤一样覆盖在下面的有限元模型上，会自动跟踪整个变形过程。
对于点对点的接触情况，只要对节点赋予点对点接触单元即可。对于点对面或面对面接触情况，还涉及到选取目标面的问题。
1 引言
接触－碰撞问题属于最困难的非线性问题之一，因为在接触－碰撞问题中的响应是不平滑的。当发生碰撞时，垂直于接触界面的速度是瞬时不连续的。对于Coulcomb摩擦模型，当出现粘性滑移行为时，沿界面的切向速度也是不连续的。接触－碰撞问题的这些特点给离散方程的时间积分带来明显的困难。因此，方法和算法的适当选择对于数值分析的成功是至关重要的。
虽然通用商业程序LS-DYNA提供了大量的接触类型，可以对绝大多数接触界面进行合理的模拟，但用户在具体的工程问题中，面临接触类型的选择及棘手的接触参数控制等问题。
基于以上，本文对LS-DYNA中的接触-碰撞算法作了简要的阐述，对接触类型作了详尽的总结归纳，并对接触界面的模拟提出了一些建议。
2 基本概念
基本概念：“slave”、“master”、“segment”。
在绝大多数的接触类型中，检查slave nodes是否与master segment产生相互作用(穿透或滑动，在Tied Contacts 中slave限定在主面上滑动)。因此从节点的连接方式（或从面的网格单元形式）一般并不太重要。
非对称接触算法中主、从定义的一般原则：
粗网格表面定义为主面，细网格表面为从面；
主、从面相关材料刚度相差悬殊，材料刚度大的一面为主面。
平直或凹面为主面，凸面为从面。
有一点值得注意的是，如有刚体包含在接触界面中，刚体的网格也必须适当，不可过粗。
3 接触算法
在LS-DYNA中有三种不同的算法处理碰撞、滑动接触界面，即：
动态约束法（kinematic constraint method）
罚函数法（penalty method）
分布参数法（distributed paramete method）
3.1 Kinematic Constraint Method
采用碰撞和释放条件的节点约束法由Hughes 等于1976年提出，同年被Hallquit 首先应用在 DYNA2D中，后来扩展应用到 DYNA3D中。
ANSYS有三种类型的接触单元：
点对点：最终位置事先知道；只能用于低次单元
点对面：接触区域未知，并且允许大滑动；
面对面：接触区域未知，并且允许大滑动（相对点对面接触有几个优点）。
接触分析属于高度非线性分析，需要较多的计算资源，这对网格划分以及接触面的选择提出了较高要求。
ansys可完成的接触分析主要有三类：点点，点面，面面接触分析；
接触分析主要分为两类：刚体—柔体接触以及柔体—柔体接触。其中，金属成型分析是典型的刚体柔体接触，一般的接触的问题均为柔体——柔体接触。
★分析的难点在于：1.接触面的识别和选择；2.摩擦模型的选择。
ansys接触分析是通过建立一层接触单元覆盖在接触面之上
点点接触一般较少使用，它适用于：预先知道接触位置，且相对滑动忽略，转动量很小，即使是几何非线性分析。一些过盈装配问题可以采用点点接触代替面面接触；
点面接触不需要知道确切接触位置，也不必保持网格一致，允许较大的变形和相对滑动。这种接触推荐采用contact48而不是26来计算；
面面接触是最为常见也是适用范围较广的接触类型：
★几个原则（asymmetric contact）：接触单元不能渗入目标面，但是目标（面上的）单元可以渗入接触面。目标面总是刚性的，接触面总是柔性的。
平面或者凹面为目标面；
网格细致的为接触面，网格粗糙的为目标面（目标面可以被渗入）；
The softer surface should be the contact surface and the stiffer surface should be the
target surface.
高阶单元为接触面，低阶为目标面；However, for 3-D node-to-surface contact, 低阶单元为接触面，高阶为目标面；
面积大的是目标面。
In the case of 3-D internal beam-to-beam contact modeled by CONTA176 (a beam or
产品设计实践实训教程
1 13 深沟球轴承接触分析
13.1 实践任务和目的
滚动轴承的刚度、接触应力及寿命是工程应用中关心的热点问题。滚动轴承接触分析的困难在于滚动体与圈体的接触，滚动体在载荷为0的情况下与圈体接触为一点，随着载荷的增大，点接触变为面接触。接触区域的位置、大小、形状、接触面压力及摩擦力分布等接触参数在分析前未知，它们随外载荷变，是典型的边界非线性问题。深沟球轴承结构简单、使用方便，是生产批量最大、应用范围最广的一类轴承。本实验以618/5深沟球轴承为代表，利用ansys软件的建立深沟球轴承的三维有限元模型。通过加载边界条件，进行面－面接触分析，得出轴承的接触应力分布。轴承弹性模量E=210GPa，泊松比0.3，作用在轴承上的力P=3.472Mpa。
13.2 实验环境
Ansys14.0及其以上版本软件，win7以上版本操作系统
13.3 实践准备
接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，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当作刚体，（与它接触的变形体相比，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）。
1）接触分析的基本概念
①接触协调
因为实际接触体相互不穿透，Ansys在这两个接触面间建立一种关系，防止它们在有限元分析中相互穿过。将程序防止接触面间相互穿透作用称为强制接触协调。如果没有强制接触协调，接触面间会发生穿透。
②罚函数法
罚函数法用一个接触“弹簧”在两个接触面间建立关系实现接触协调的方法，弹簧刚度称为惩罚参数（也可叫接触刚度）。当接触面分开时（开状态），弹簧不起作用；当面开始穿透时（闭合），弹簧起作用，弹簧偏移量满足平衡方程：F = k△；式中 k 是接触刚度，△为穿透量，如图13.1所示。
