ANSYS 接触单元分析

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。

◆前提：◇有限元模型。

◇已识别接触面及目标面。

（*可应用自由度耦合来替代接触。

）选择目标面和接触面的准则：1.凸面和凹面或平面接触是，选平面或凹面为目标面。

2、接触的两个面网格划分有粗细的话，选粗网格所在面为目标面。

3两个面刚度不同时，选择刚度大的面为目标面4如果两个面为一个高阶单元，一个为低阶单元，选低阶单元为目标面 5.如果一个面比另一个面大选大的面为目标面。

2.◆定义接触单元及实常数◇（刚性）目标单元—— TARGE169 TARGE170 ；◇（柔性）接触单元—— CONTA171~CONTA172。

***Commands***ET,K,169 !K - 指定的单元编号ET,K+1,172*** ****◇实常数——一个接触对对应同一个实常数号。

TARGE单元的实常数包括：R1、R2 —定义目标单元几何形状CONTA单元的实常数包括：No. Name Description1 R1 Target circle radius（刚性环半径）2 R2 Superelement thickness（单元厚度）*3 FKN Normal penalty stiffness factor（法向接触刚度因子）*4 FTOLN Penetration tolerance factor（最大允许的穿透）*5 ICONT Initial contact closure（初始闭合因子）6 PINB Pinball region（“Pinball”区域）*7 PMAX Upper limit of initial allowable penetration（初始穿透的最大值）*8 PMIN Lower limit of initial allowable penetration（初始穿透的最小值）*9 TAUMAX Maximum friction stress（最大的接触摩擦）*10 CNOF Contact surface offset（施加于接触面的正或负的偏移值）11 FKOP Contact opening stiffness or contact damping*12 FKT Tangent penalty stiffness factor（切向接触刚度）13 COHE Contact cohesion（滑动抗力粘聚力）14 TCC Thermal contact conductance（热接触传导系数）15 FHTG Frictional heating factor（摩擦耗散能量的热转换率）16 SBCT Stefan-Boltzmann constant17 RDVF Radiation view factor18 FWGT Heat distribution weighing factor19 ECC Electric contact conductance20 FHEG Joule dissipation weight factor21 FACT Static/dynamic ratio（静摩擦系数和动摩擦系数的比率）22 DC Exponential decay coefficient（摩擦衰减系数）23 SLTO Allowable elastic slip24 TNOP Maximum allowable tensile contact pressure25 TOLS Target edge extension factor附注：+值作为比例因子，-值作为绝对值；带*号的实常数比较重要，关乎接触分析的收敛；一般实常数可为缺省值。

ANSYS接触实例分析参考1．实例描述一个钢销插在一个钢块中的光滑销孔中。

已知钢销的半径是0.5 units, 长是2.5 units，而钢块的宽是 4 Units, 长4 Units,高为1 Units,方块中的销孔半径为0.49 units,是一个通孔。

钢块与钢销的弹性模量均为36e6，泊松比为0.3.由于钢销的直径比销孔的直径要大，所以它们之间是过盈配合。

现在要对该问题进行两个载荷步的仿真。

（1）要得到过盈配合的应力。

（2）要求当把钢销从方块中拔出时，应力，接触压力及约束力。

2．问题分析由于该问题关于两个坐标面对称，因此只需要取出四分之一进行分析即可。

进行该分析，需要两个载荷步：第一个载荷步，过盈配合。

求解没有附加位移约束的问题，钢销由于它的几何尺寸被销孔所约束，由于有过盈配合，因而产生了应力。

第二个载荷步，拔出分析。

往外拉动钢销1.7 units，对于耦合节点上使用位移条件。

打开自动时间步长以保证求解收敛。

在后处理中每10个载荷子步读一个结果。

本篇先谈第一个载荷步的计算。

下篇再谈第二个载荷步的计算。

3．读入几何体首先打开ANSYS APDL然后读入已经做好的几何体。

从【工具菜单】-->【File】-->【Read Input From】打开导入文件对话框找到ANSYS自带的文件（每个ansys都自带的）\Program Files\Ansys Inc\V145\ANSYS\data\models\block.inp【OK】后，四分之一几何模型被导入。

4．定义单元类型只定义实体单元的类型SOLID185。

至于接触单元，将在下面使用接触向导来定义。

5．定义材料属性只有线弹性材料属性：弹性模量36E6和泊松比0.36．划分网格打开MESH TOOL,先设定关键地方的网格划分份数然后在MESH TOOL中设定对两个体均进行扫略划分，在volumeSweeping中选择pick all，按下【Sweep】按钮，在主窗口中选择两个体，进行网格划分。

ANSYS收敛性问题-接触单元
ANSYS在计算过程中偶尔存在收敛性问题，往往问题出现时，无法判断具体原因，另分析人员十分困惑和无奈。

这种收敛性问题在计算混凝土极限承载力或桩基承载力时出现的概率比较多。

笔者最近在求解桩土相互作用时，遇到了收敛性问题，下面仅讲述我调试过程中的一些思路，供大家参考。

桩土分析模型主要特点是含有很大的接触面积，需要考虑桩土摩擦力，同时土壤材料使用DP材料。

桩和土体使用接触单元处理彼此间力的相互作用。

在计算初期，计算需要很长时间的迭代无法收敛。

我想可能是来自于以下几方面原因：
（1）上层土体强度太低，变形程度太大，网格发生畸变；
（2）接触区域太长，属于那种细长比很大的情况，接触关系无法较好的模拟；
（3）网格不够细密，桩深度方向无法较好的模拟摩擦。

通过对以上几个原因进行反复测试，偶尔会出现收敛的情况，但方案变了还是会存在不收敛的情况。

最后，笔者采用变量的方式设置所有接触对的接触刚度和渗透容差，将接触刚度设置为0.5，渗透容差因子设置为2，结果模型在求解任何方案时均具有良好的收敛性。

这也表明，接触刚度和渗透容差是影响收敛性的关键问题。

搜集整理的资料，详细讲解ansys接触分析，有实例命令流，亲测过。

包括以下部分。

一般的接触分类ANSYS接触能力点─点接触单元点─面接触单元面─面的接触单元执行接触分析面─面的接触分析.接触分析的步骤：步骤1：建立模型，并划分网格步骤二：识别接触对步骤三：定义刚性目标面步骤4：定义柔性体的接触面步骤5：设置实常数和单元关键字步骤六：步骤7：给变形体单元加必要的边界条件步骤8：定义求解和载步选项第十步：检查结果点─面接触分析点─面接触分析的步骤点－点的接触接触分析实例（GUI方法）非线性静态实例分析（命令流方式）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，理解问题的特性和建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，突然变化的，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基本类型：刚体─柔体的接触，半柔体─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）。

ANSYS接触能力ANSYS支持三种接触方式：点─点，点─面，平面─面，每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。

为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个结点。

如果相互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ANSTS 使用的接触单元和使用它们的过程，下面分类详述。

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利用20个实常数和数个单元关键选项，来操纵面─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)用来概念目标面单元的几何形状。

剩下的用来操纵接触面单元。

R1和R2 概念目标单元几何形状。

FKN 概念法向接触刚度因子。

FTOLN 是基于单元厚度的一个系数，用于计算许诺的穿透。

ICONT 概念初始闭合因子。

PINB 概念“Pinball"区域。

PMIN和PMAX 概念初始穿透的允许范围。

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 指定辐射观看系数。

FWGT 指定在接触面和目标面之间热散布的权重系数。

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，用户既能够概念一个正值，也能够概念一个负值。

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 = 说明初始闭合因子是“*基层单元的厚度”。

但是，ICON = 那么表示真实调整带是单位。

若是下伏单元是超单元，那么将接触单元的最小长度作为厚度。

参见图5-8。

图5-8 基层单元的厚度在模型中，若是单元尺寸转变专门大，而且在实常数如 ICONT, FTOLN, PINB, PMAX, PMIN 中应用比例系数，那么可能会显现问题。