ANSYS_高级接触问题

2013-08-29 15:33 by:有限元来源:广州有道有限元例3. 紧配合环（初始穿透）目标：验证接触初始穿透选项。

采用缺省值和渐进化穿透选项求解一个大的初始穿透接触分析，比较结果。

模型模述：紧配合环、轴对称(图7-5)/PREP7ET,1,183,,,1 ! 轴对称大应变ET,2,169 ! Target 169 2D目标单元ET,3,172 ! Target 172 2D 3节点高阶抛物线接触单元MP,EX,1,10E3MP,NUXY,1,0MP,MU,2,0 ! 无摩擦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线上的节点ESURF ! 创建目标单元Target169! *** TYPE,3 ! Mat, 2 ; Real, 2LSEL,,LOC,X,2NSLL,S,1ESURF ! 创建接触面conta172ALLSEL,ALL/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、接触对、材料、边界条件，求解控制分析步骤：Step 1.恢复数据库文件Utility Menu > File > Resume from选interference.db 【OK】Step 2. 重定位输出文件Utility Menu > File > Switch Output to > FileInterference.output【OK】或命令：/Output,interference,OutputStep 3.求解接触分析/SolusolveStep 4.重定位输出到输出窗口Utility Menu > File > Switch Output to > Output Window或命令：/OUTPUT, TERMStep 5.绘制径向应力Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu Stress X-direction SX 【OK】或命令:/POST1PLNSOL,S,X ! 结果：径向应力＝0Step 6.列表显示接触结果Main Menu > General Postproc > List Results > Nodal Solution选Nonlinear itemscontact CONT【OK】或命令：PRNSOL,CONTSTAT = 0“张开”几乎不接触STAT = 1 “张开”但几乎接触STAT = 2 “闭合”并滑动STAT = 3 “闭合”并粘着Step 7.检查输出文件内容（interference.output）…*** NOTE ***No contact was detected for a contact pair specified by real constant set 2 大初始穿透问题可能导致无法检测到接触或检测到接触面求解存在收敛困难。

ANSYS高级接触分析ANSYS是一种工程仿真软件，可以用于进行各种结构、流体和多物理场的仿真分析。

其中，高级接触分析是ANSYS的一项强大功能，可以用于模拟两个或多个物体之间的接触行为，包括刚性接触、弹性接触和非线性接触。

本文将介绍ANSYS高级接触分析的基本原理、应用领域和实例。

ANSYS高级接触分析的基本原理是通过数值方法来求解接触问题。

其基本思想是将接触问题分解为两个或多个物体之间的几何约束和力学方程，并通过离散化和迭代求解来得到接触状态和接触力。

在求解过程中，可以考虑物体之间的几何形状、材料特性、摩擦力和接触刚度等因素，以模拟真实接触行为。

ANSYS高级接触分析的应用领域非常广泛，例如机械工程、汽车工程、电子工程和生物医学工程等。

在机械工程领域，可以用于模拟齿轮传动、轴承接触和摩擦等问题。

在汽车工程领域，可以用于模拟刹车片与刹车盘之间的接触行为。

在电子工程领域，可以用于模拟芯片与散热器之间的接触热阻。

在生物医学工程领域，可以用于模拟骨骼和关节之间的接触力和摩擦力。

下面以模拟齿轮传动为例，介绍ANSYS高级接触分析的实例。

假设有两个齿轮，需要分析它们之间的接触行为。

首先，在ANSYS中建立齿轮的几何模型，并定义材料特性和接触边界条件。

然后，设置求解器和参数，运行仿真计算。

最后，通过结果分析和后处理，得到齿轮之间的接触力、接触应力和接触变形等信息。

在该实例中，ANSYS高级接触分析可以帮助工程师评估齿轮传动的安全性和可靠性。

通过模拟齿轮之间的接触行为，可以得到接触力的分布和接触应力的大小，进而判断齿轮是否会发生磨损、疲劳和断裂等问题。

如果发现问题，可以进一步优化齿轮设计，以提高传动效率和使用寿命。

总的来说，ANSYS高级接触分析是一种强大的工程仿真技术，可以用于模拟各种接触问题。

通过该技术，工程师可以评估接触行为的性能和可靠性，优化设计方案，提高产品的质量和竞争力。

因此，掌握ANSYS高级接触分析技术对于工程师来说是非常重要的。

Ansys接触问题处理方法接触问题的关键在于接触体间的相互关系，此关系又可分为在接触前后的法向关系与切向关系。

法向关系：在法向，必须实现两点：1）接触力的传递。

2）两接触面间没有穿透。

ANSYS通过两种算法来实现此法向接触关系：罚函数法和拉格朗日乘子法。

1．罚函数法是通过接触刚度在接触力与接触面间的穿透值（接触位移）间建立力与位移的线性关系：对面面接触单元17*，接触刚度由实常数FKN来定义。

穿透值在程序中通过分离的接触体上节点间的距离来计算。

接触刚度越大，则穿透就越小，理论上在接触刚度为无穷大时，可以实现完全的接触状态，使穿透值等于零。

但是显而易见，在程序计算中，接触刚度不可能为无穷大（否则病态），穿透也就不可能真实达到零，而只能是个接近于零的有限值。

以上力与位移的接触关系可以很容易地合并入整个结构的平衡方程组K*X=F中去。

并不改变总刚K的大小。

这种罚函数法有以下几个问题必须解决：1）接触刚度FKN应该取多大？2）接触刚度FKN取大些可以减少虚假穿透，但是会使刚度矩阵成为病态。

3）既然与实际情况不符合的虚假穿透既然是不可避免的，那么可以允许有多大为合适？因此，在ANSYS程序里，通常输入FKN实常数不是直接定义接触刚度的数值，而是接触体下单元刚度的一个因子，这使得用户可以方便地定义接触刚度了，一般FKN取0.1到1中间的值。

当然，在需要时，也可以把接触刚度直接定义，FKN输入为负数，则程序将其值理解为直接输入的接触刚度值。

对于接近病态的刚度阵，不要使用迭代求解器，例如PCG等。

它们会需要更多的迭代次数，并有可能不收敛。

可以使用直接法求解器，例如稀疏求解器等。

这些求解器可以有效求解病态问题。

穿透的大小影响结果的精度。

用户可以用PLESOL,CONT,PENE来在后处理中查看穿透的数值大小。

如果使用的是罚函数法求解接触问题，用户一般需要试用多个FKN值进行计算，可以先用一个较小的FKN值开始计算，例如0.1。

接触问题的关键在于接触体间的相互关系（废话，），此关系又可分为在接触前后的法向关系与切向关系。

?? 法向关系：?? 在法向，必须实现两点：1）接触力的传递。

2）两接触面间没有穿透。

??A N S Y S通过两种算法来实现此法向接触关系：罚函数法和拉格朗日乘子法。

?? 1．罚函数法?? 是通过接触刚度在接触力与接触面间的穿透值（接触位移）间建立力与位移的线性关系：?? &n b s p;&n b s p;&n b s p;&n b s p;接触刚度*接触位移=法向接触力?? 对面面接触单元17*，接触刚度由实常数FKN来定义。

穿透值在程序中通过分离的接触体上节点间的距离来计算。

接触刚度越大，则穿透就越小，理论上在接触刚度为无穷大时，可以实现完全的接触状态，使穿透值等于零。

但是显而易见，在程序计算中，接触刚度不可能为无穷大（否则病态），穿透也就不可能真实达到零，而只能是个接近于零的有限值。

?? 以上力与位移的接触关系可以很容易地合并入整个结构的平衡方程组K*X=F中去。

并不改变总刚K的大小。

这种罚函数法有以下几个问题必须解决：?? 1）接触刚度F K N应该取多大？?? 2）接触刚度F K N取大些可以减少虚假穿透，但是会使刚度矩阵成为病态。

?? 3）既然与实际情况不符合的虚假穿透既然是不可避免的，那么可以允许有多大为合适？?? 因此，在ANSYS程序里，通常输入FKN实常数不是直接定义接触刚度的数值，而是接触体下单元刚度的一个因子，这使得用户可以方便地定义接触刚度了，一般FKN取0.1到1中间的值。

当然，在需要时，也可以把接触刚度直接定义，FKN输入为负数，则程序将其值理解为直接输入的接触刚度值。

?? 对于接近病态的刚度阵，不要使用迭代求解器，例如PCG等。

它们会需要更多的迭代次数，并有可能不收敛。

可以使用直接法求解器，例如稀疏求解器等。

这些求解器可以有效求解病态问题。

ANSYS接触类型分析ANSYS接触类型分析是指通过使用ANSYS软件进行接触问题的模拟和分析。

接触问题是工程和科学中一个非常重要的领域，包括各种材料之间的接触和摩擦现象。

接触类型分析可以用于研究材料之间的接触压力、接触应力、接触面形变等现象，对设计和优化接触表面的摩擦和力学性能具有重要意义。

在ANSYS中，接触类型分析可以通过以下几个步骤进行：1.几何建模：首先需要对接触系统进行几何建模。

这包括对接触物体的几何形状进行建模，并确定接触点的位置和接触面的形状。

在ANSYS中可以使用3D建模工具进行几何建模。

2.材料定义：接下来需要为接触物体定义其材料属性。

材料属性包括弹性模量、泊松比等力学特性。

在ANSYS中可以通过材料库或自定义材料参数来定义材料属性。

3.网格划分：在进行接触类型分析之前，需要对几何模型进行网格划分。

网格划分对接触分析结果的准确性和计算效率有很大影响。

ANSYS提供了不同类型和密度的网格生成工具，并根据需要选择适当的网格划分方法。

4.接触定义：在ANSYS中，可以通过多种方式定义接触类型。

最常用的是基于节点间的接触定义，即定义接触区域和接触材料的属性。

可以选择不同的接触模型，如无限平面接触、接触解脱接触等，以满足不同的接触问题需求。

5.边界条件：在进行接触类型分析时，需要定义适当的边界条件。

边界条件可以包括施加的力、位移限制等。

在ANSYS中，可以通过施加边界条件来模拟不同的工况和载荷情况。

6.求解器设置：在进行接触类型分析之前，需要选择合适的求解器，并设置相应的求解参数。

ANSYS提供了多种求解器选项，可以根据需要选择合适的求解器。

7.后处理：当接触类型分析计算完成后，可以进行后处理，包括结果的可视化、提取关键数据和分析结果。

ANSYS提供了丰富的后处理工具来分析和展示接触分析结果。

除了基本的接触类型分析，ANSYS还提供了一些高级功能和扩展模块，以满足复杂接触问题的模拟和分析需求。

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。