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ANSYS接触分析+子模型

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Ansys螺栓联接的接触分析

Ansys螺栓联接的接触分析

第一篇ANSYS结构分析第1章接触分析1.1 螺栓和法兰联接的接触分析在各种机械结构中，螺栓联接是一种简单而普遍的联接形式。

螺栓联接的研究历史悠久，一个世纪以来，各种科研机构均对其进行过深入细致的研究，多采用两种常用的方法，理论解析法和有限单元法。

由于理论解析法要对结构进行简化，忽略了结构中许多非线性因素影响，如：螺栓联接结构的螺栓预紧作用和被联接法兰面之间的接触等非线性行为均不能模拟，分析的结果误差较大。

ANSYS有限元分析软件具有很强的非线性接触行为模拟能力，同时还能利用新开发的Pretention179单元模拟螺栓的预紧作用。

下面结合一个实际例子模拟说明螺栓和法兰之间的联接。

1.1.1 主轴联轴螺栓作用水轮发电机主轴联轴螺栓是水轮发电机重要联接部件，连接着水轮发电机主轴和转子支架。

在保证机组的正常稳定运行中起着极其重要的作用。

如果联轴螺栓联接不可靠，被联接法兰间存在间隙，必将会导致机组振动过大，影响机组的正常稳定运行。

情况严重时将导致联轴螺栓断裂，主轴脱落，产生不可挽回的损失。

下面的例子重点分析了主轴联轴螺栓强度和被联接圆盘的接触状态，利用ANSYS的APDL（ANSYS Parametric Design Language）脚本编程语言，编制程序进行参数化优化设计，这样就可以快捷地分析各种拓扑结构相似的螺栓结构。

该方法具有相当的通用性，适用于模拟多种螺栓联接结构。

12图1-1 主轴联轴螺栓结构有限元剖分示意图 图1-2 主轴联轴螺栓结构边界条件 1.1.2 主轴联轴螺栓分析流程针对上面结构的模型，采用了参数化编程语言编制了APDL 程序，建立了螺母和圆盘，螺母和主轴，圆盘和主轴之间的接触对，详细讲述了接触对的建立方法。

同时还详述了螺栓预紧单元（Pretention179）的建立方法和预紧单元的加载方法以及求解中需要注意的事项。

下面结合APSL 程序说明模拟过程，重要步骤给出GUI 操作方式。

【精品】ansys绑定接触-contact

【精品】ansys绑定接触-contact

December 5, 2005 Inventory #001970 9-6
接触分析
…典型步骤
创建接触对
• •
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
接触体划分网格之后，下一步是创建接触对，它由目标表面单元和接触表 面单元组成。 接触向导工具条提供了很方便的方法。
典型步骤创建接触对?接触体划分网格之后下一步是创建接触对它由目标表面单元和接触表面单元组成
第9章
绑定接触
9. 绑定接触
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
• 在工程分析中，两物体之间的接触是最经常遇到的现象之一。 • 它也是最难解决的非线性问题之一。因为随着两物体的接触或脱离 ，刚度发生突变。
Training Manual
December 5, 2005 Inventory #001970 9-14
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
接触分析
…典型步骤
•
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
演示：
– 恢复 contact.db 数据库（包括铝制材料的两部分，用 PLANE82单元进行网格划
接触分析
…典型步骤
• 首先在接触对上点击目标表面。
Training Manual
December 5, 2005 Inventory #001970 9-9
INTRODUCTION TO ANSYS - Part 2
接触分析
…典型步骤
• 接着拾取接触表面的另外部分。

第18章_子模型(ansys教程)

第18章_子模型(ansys教程)

18.4 曲杆：子模型(续)
8.选择外表面上的节点 ①将当前坐标系设置为“working plane” ②通过location X=9来选择节点 ③将所选节点存入文件fine.node 9.保存数据库文件(fine.db) 10.恢复数据库文件coarse.db1 11.在General postprocessor > submodeling, 选择 interpolate DOF,单击OK以接受所有的缺省值
18.3.1 建立并分析粗模型


原始模型不必包括局部细节例如倒角。然而，有 限元网格的密度必须足够到能得到精确的自由度 结果，子模型的结果几乎完全是以切面上的自由 度插值结果为基础的 在进行子模型分析时需要粗模型的结果文件和数 据库文件，因此在建立子模型之前需要进行存盘
18.3.2 建立子模型
18.3.3 进行切面插值(续)
④将作业名变为粗模型时的作业名，然后恢复原始数 据库文件 Utility Menu: File > Resume from…(Use name of coarse modal database file.) ⑤进入通用后处理，从原始结果文件中读入所期望的 结果 Main Menu: General Postproc> -Read Results- > (Choose option.) ⑥进行切面边界的插值 Main Menu: General Postproc> Submodeling > Interpolate DOF(Cut boundary DOF values are written to the file, jobname.CBDO) ⑦退出后处理，将作业名改为子模型的作业名，恢复 子模型的数据库文件

ANSYS Mechanical 接触分析

ANSYS Mechanical 接触分析
试用fkn01接触刚度选择一个好的刚度值可能需要一些试验下面的步骤可以用于静态相关分析的指南改变接触单元选项允许接触刚度在重启动期间可以修改开始时采用一个软的fkn可以帮助克服收敛困难运行此分析直到最终载荷增大fkn并重启动求解重复步骤5和6直到达到所预期的收敛seqvfkn寻找fkn超过此值结果不发生显著的改变接触刚度作为一个例子对于一个轴上套环的过盈配合分析fkn化的等效vonmises应力的最大值被监控
--这是一个相对因子，一般变形问题建议使用1.0. 对弯曲支配情况， 如果收敛困难的话，小于 0.1的值可能是有用的。 --接触刚度在求解中可自动调整。如果收敛困难，刚度自动减小。
接触刚度
接触刚度WB-Mechanical系统默认自动设定。
– 用户可以输入“接触刚度因子Normal Stiffness Factor” (FKN) 它是计算刚 度代码的乘子。因子越小，接触刚度就越小。
然而, 值太大会引起收敛困难.
基本概念
如果接触刚度太大, 一个微小的穿透将会产生一个过大的 接触力, 在下一次迭代中可能会将接触面推开。
F
F
F接触
F
迭代 n
迭代 n+1
迭代 n+2
用太大的接触刚度通常会导致收敛振荡, 并且常会发散。
基本概念
接触协调 – Lagrange乘子法
另外一种方法, Lagrange乘子 法, 增加一个附加自由度 (接触压力)，来 满足不可穿透条件。
F
基本概念
接触协调 – 增广 Lagrange法
多数 ANSYS 接触单元可以将罚函数法和 Lagrange乘子法结合起来强 制接触协调，称之为增广 lagrange法。 在迭代的开始, 接触协调基于惩罚刚度确定。一旦达到平衡, 检查穿 透容差。此时, 如果有必要, 接触压力增加, 迭代继续。

ANSYS高级接触分析

ANSYS高级接触分析

图3-1
• 接触面和目标面确定准则
• 如凸面和平面或凹面接触，应指定平面或凹面为目标 面；
• 如一个面上的网格较粗而另一个面上的网格较细，应 指定粗网格面为目标面；
• 如一个面比另一个面的刚度大，应指定刚度大的面为 目标面；
• 如一个面为高阶单元而另一面为低阶单元，应指定低 阶单元面为目标面；
• 如一个面比另一个面大，应指定大的面为目标面。
• 接触单元就是掩盖在分析模型接触面上 的一层单元。
• 在 ANSYS 中可以承受三种不同的单元 来模拟接触：
•
面一面接触单元；
•
点一面接触单元；
§2 接触单元
• 不同的单元类型具有完全不同的单元特性和分 析过程。
• 1. 面一面接触单元用于任意外形的两个外表接 触
• 不必事先知道接触的准确位置； • 两个面可以具有不同的网格； • 支持大的相对滑动； • 支持大应变和大转动。 • 例如: 面一面接触可以模拟金属成型，如轧制
•
面－面接触单元在面的高斯点处传递压力，这种先进技术使面－面接触
单元具有很多优点：
•
与低阶单元和高阶单元都兼容
•
供给更好的接触结果〔于后处理接触压力和摩擦应力〕
•
可考虑壳和梁的厚度，以及壳的厚度变化
•
半自动接触刚度计算
•
刚性外表由“把握节点 – pilot node”把握
•
热接触特性
•
众多的高级选项来处理简洁问题。
2、摩擦消耗能量，并且是路径相关行为。 为获得较高的精度，时间步长必需很小〔图2-1〕
图2－1
3、ANSYS 中，摩擦承受库仑模型，并有附加选项可 处理简洁的粘着和剪切行为。 库仑法则是宏观模型，表述物体间的等效剪力 FT 不能超过正压力 FN 的一局部： FT <= μ× FN 式中： μ－ 摩擦系数 一旦所受剪力超过 FT，两物体将发生相对滑动。

ANSYS接触分析_学习手记

ANSYS接触分析_学习手记

◆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。

基于ANSYS经典界面的接触分析例子

基于ANSYS经典界面的接触分析例子

基于ANSYS经典界面的接触分析例子1．问题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 APDL14.5.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\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按下【Sweep】按钮，在主窗口中选择两个体，进行网格划分。

则结果如下然后创建接触单元。

Ansys非线性接触分析和设置

Ansys非线性接触分析和设置

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。

ansys子模型的创建

ansys子模型的创建

何为子模型？子模型是得到模型部分区域中更加精确解的有限单元技术。

在有限元分析中往往出现这种情况，即对于用户关心的区域，如应力集中区域，网格太疏不能得到满意的结果，而对于这些区域之外的部分，网格密度已经足够了。

见图5-1。

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;图5-1 轮毂和轮辐的子模型a)粗糙模型，b)叠加的子模型要得到这些区域的较精确的解，可以采取两种办法：(a)用较细的网格重新划分并分析整个模型，或(b)只在关心的区域细化网格并对其分析。

显而易见，方法a太耗费机时，方法b即为子模型技术。

子模型方法又称为切割边界位移法或特定边界位移法。

切割边界就是子模型从整个较粗糙的模型分割开的边界。

整体模型切割边界的计算位移值即为子模型的边界条件。

子模型基于圣维南原理，即如果实际分布载荷被等效载荷代替以后，应力和应变只在载荷施加的位置附近有改变。

这说明只有在载荷集中位置才有应力集中效应，如果子模型的位置远离应力集中位置，则子模型内就可以得到较精确的结果。

ANSYS程序并不限制子模型分析必须为结构（应力）分析。

子模型也可以有效地应用于其他分析中。

如在电磁分析中，可以用子模型计算感兴趣区域的电磁力。

除了能求得模型某部分的精确解以外，子模型技术还有几个优点：—&nbsp;&nbsp;它减少甚至取消了有限元实体模型中所需的复杂的传递区域。

—&nbsp;&nbsp;它使得用户可以在感兴趣的区域就不同的设计（如不同的圆角半径）进行分析。

—&nbsp;&nbsp;它帮助用户证明网格划分是否足够细。

使用子模型的一些限制如下：&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;只对体单元和壳单元有效。

&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;子模型的原理要求切割边界应远离应力集中区域。

ansys接触分析实例

ansys接触分析实例

第20章接触分析实例在这个实例中，将对一个盘轴紧配合结构进行接触分析。

第一个载荷步分析轴和盘在过盈配合时的应力，第二个载荷步分析将该轴从盘心拔出时轴和盘的接触应力情况。

20.1 问题描述：在旋转机械中通常会遇到轴与轴承、轴与齿轮、轴与盘连接的问题，根据各自的不同情况可能有不同的连接形式。

但大多数连接形式中存在过盈配合，也就是涉及到接触问题的分析。

这里我们以某转子中轴和盘的连接为例，分析轴和盘的配合应力以及将轴从盘中拔处时盘轴连接处的应力情况。

本实例的轴为一等直径空心轴，盘为等厚度圆盘，其结构及尺寸如图20.1所示。

由于模型和载荷都是轴对称的，可以用轴对称方法进行分析。

这里为了后处理时观察结果更直观，我们采用整个模型的四分之一进行建模分析，最后将其进行扩展，来观察整个结构的变形及应力分布、变化情况。

盘和轴用同一种材料，其性质如下：弹性模量：EX=2.1E5泊松比：NUXY=0.3接触摩擦系数：MU=0.220.1 盘轴结构图20.2 建立有限元模型在ANSYS6.1中，首先我们通过完成如下工作来建立本实例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析标题，定义单元类型，定义材料性能，建立结构几何模型、进行网格划分等。

根据本实例的结构特点，我们将首先建立代表盘和轴的两个1/4圆环面，然后对其进行网格划分，得到有限元模型。

20.2.1设置分析标题本实例为进行如图20.1所示的盘轴结构的接触分析，属于非线性结构分析范畴。

跟前面实例一样，为了在后面进行菜单方式操作时的方便，需要在开始分析时就指定本实例分析范畴为“Structural”。

本实例的标题可以命名为：“Analysis of a Axis Contacting a hole in a Disc”，具体的操作过程如下：1．选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname，将弹出Change Jobname (修改文件名)对话框，如图20.2所示。

ANSYS高级接触问题处理

ANSYS高级接触问题处理
的一个比例因子。
• －开始估计时，选用 • FKN = 1.0 大面积实体接触 • FKN = 0.01-0.1 较柔软（弯曲占主导的）部分 • －另外，也可以指定一个绝对刚度值，单位：（力/长度）
/ 面积。 • ·点一点（除CONTA178）和点－面接触单元需要为罚刚
度KN输入绝对值： • －初始估计时： • 对于大变形: 0.1*E < KN < 1.0*E • 对于弯曲: 0.01*E < KN < 0.1*E • E 为弹性模量
ANSYS 高级接触问题
• 接触问题概述 • 在工程中会遇到大量的接触问题，如齿轮的啮合、法兰
联接、机电轴承接触、卡头与卡座、密封、板成形、冲 击等等。接触是典型的状态非线性问题，它是一种高度 非线性行为。接触例子如图1：
• 分析中常常需要确定两个或多个相互接触 物体的位移、接触区域的大小和接触面上 的应力分布。
触
• 3. 点－点接触单元用于模拟单点和另一个确定点 之间的接触。
• －建立模型时必须事先知道确切的接触位置；
• －多个点－点接触单元可以模拟两个具有多个单 元表面间的接触；
• ·每个表面的网格必须是相同的； • ·相对滑动必须很小； • ·只对小的转动响应有效。
• 例如: 点一点接触可以模拟一些面的接触。如地 基和土壤的接触
• 3、选取接触刚度的指导：
• Step 1.开始采用较小的刚度值 • Step 2.对前几个子步进行计算 • Step 3.检查穿透量和每一个子步中的平衡迭代次数
• ·在粗略的检查中，如以实际比例显示整个模型时就能观察到穿透， 则穿透可能太大了，需要提高刚度重新分析。
• ·如果收敛的迭代次数过多（或未收敛），降低刚度重新分析。 • 注意：罚刚度可以在载荷步间改变，并且可以在重启动中调整。 • 牢记：接触刚度是同时影响计算精度和收敛性的最重要的参数。如

Ansys接触分析和设置

Ansys接触分析和设置

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。

workbench屈服分析ANSYS接触分析及四个强度理论文件

workbench屈服分析ANSYS接触分析及四个强度理论文件

⎡ π 2 • 30e6 • 12.771 ⎤ P' = 0.25 • ⎢ ⎥ = 65648.3lbf 2 (120) ⎣ ⎦
(
)
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-4
线性屈曲
作业7 – 开始页
• • • • 选取 “A link to a geometry file on my computer or network” 浏览文件 “pipe.x_t”. 点击文件 “Pump_housing” 按照指导教师的要求 更改工作路径 “Open a new simulation based on the selected geometry” 启动DS，关闭模板菜单
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-5
线性屈曲
作业7 – 前处理
1. 将工作单位设置为 U.S. customary单位制:
– “Units > U.S. Customary (in, lbm, psi, F, s)”.
Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
对于应力结果进行快速检查表明，模型在受载荷后仍保持在材料允 许的力学性能范围内。 正如前面所述，这一步在屈曲分析中并不是必要的，但却被认为是 比较符合工程实际情况的。
模型是一个钢管，一端固定，另一端自由，并在这个自由端施加 了纯压缩载荷。管的尺寸和材料属性如下： OD = 4.5 in ID = 3.5 in. E = 30e6 psi, I = 12.7 in^4, L = 120 in. 在这样的情况下，我们假设管子遵循手册中的如下公式：

ANSYS命令流学习笔记3-Solid单元的接触分析

ANSYS命令流学习笔记3-Solid单元的接触分析

!ANSYS命令流学习笔记3-Solid 单元的接触分析背景说明：两个半径均为100mm，的正交圆柱体发生正接触，作用在两圆柱接触体法线方向上的压力总和1000N，两圆柱体均为钢制分析两圆柱的接触情况。

分析思路：对模型进行对称约束，施加载荷后要进行节点自由度耦合，使加载面的所有节点能在承载后具有相同的Y方向位移，并且在变形后仍然保持为水平平面。

总结：1. 如果不进行节点耦合，结构变形会产生刚性位移，造成不收敛。

但是节点耦合造成了变形不符合实际情况，即忽略了施力面的泊松比造成的影响。

2. 由面网格生成体网格，几何只有面，有限元模型是体，需要定义网格单元，定义拉伸的目标单元，对拉伸选项做出设置。

3. 接触部分的细分十分重要，也是收敛的影响因素。

可以把下列文字，直接粘贴到TXT文档修改，更为方便。

! 本次学习重点：!1、命令流的复杂建模!重点学习下建模。

因为前处理尽可能用WB，所以这里也是规则模型。

还是太不好用了。

我选择狗带。

!2、接触的定义。

!Ansys 依据实常数识别接触对，接触对要具有同样的实常数定义。

而且命令流是根据选择的单元来定义接触单元。

GUI 操作，也不麻烦。

!3、分析步数的设定!非线性分析时步数设置，线性搜索，自动步长，定义子步。

!求解解析解finish/clearf=1000e=200r=100 ! 命令不区分大小写，参数也不区分大小写。

p=2.45*(f*e**2*((r+r)/(r*r))**2)**(1/3) !接触应力的解析解61.73，有限元法结果59.9MPa!正式分析命令流finish/clear/prep7 !进入前处理et,1,solid185et,2,mesh200keyopt,2,1,6 !查看help 中关于mesh200 和keyopt 的解释，KEYOPT, ITYPE, KNUM, VALU。

E 此处意思为定义了mesh(2)为4 nodes 的四边形单元(1,6)。

ansys接触问题

ansys接触问题

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。

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，为了使用点─点的接触单元，你需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）如果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）保持小量，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─与的接触问题的典型例子。

点─面接触单元点─面接触单元主要用于给点─面的接触行为建模，例如两根梁的相互接触。

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Main Menu>Preprocessor>Meshing -Mesh>Areas。 。
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推荐使用三角形的映射网格划分。 推荐使用三角形的映射网格划分。 4、检验目标面的接触方向 、 目标面的节点号顺序是重要的， 目标面的节点号顺序是重要的，它定义了接 触方向。 触方向。 2-D： 对2-D：当沿着目标线从第一个节点移向第二 个节点时， 个节点时，变形体的接触单元必须位于目标面 的右边。 的右边。 对3-D：目标三角形单元节点号应该使刚性面 ： 的外法线方向指向接触面(右手法则 右手法则)。 的外法线方向指向接触面 右手法则 。
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STEP1：建立模型，并划分网格 ：建立模型， 在这一步中， 在这一步中，需要建立代表接触体几何形状的 实体模型，并设置好单元类型、实常数、 实体模型，并设置好单元类型、实常数、材料特 性等。注意要利用恰当的单元类型给接触体划分 性等。 网格。 网格。 STEP2：识别接触对 ： 判断潜在的接触面， 判断潜在的接触面，通过目标单元和接触单元 来指定它们，并定义好接触区域的大小。 来指定它们，并定义好接触区域的大小。 STEP3：指定接触面和目标面 ： 接触单元不能穿透目标面， 接触单元不能穿透目标面，但目标单元可以穿 透接触面， 对柔-柔接触 柔接触， 透接触面 ， 对柔 柔接触 ， 目标面和接触面的指 定应考虑以下准则： 定应考虑以下准则：
Guidelines
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面接触的优点： 面-面接触的优点： 面接触的优点 •支持低阶和高阶单元； 支持低阶和高阶单元； 支持低阶和高阶单元 •支持有大滑动和有摩擦的大变形，协调刚度 支持有大滑动和有摩擦的大变形， 支持有大滑动和有摩擦的大变形 阵计算，单元提供不对称刚度阵的选项； 阵计算，单元提供不对称刚度阵的选项； •提供为工程目的所采用的更好的接触结果， 提供为工程目的所采用的更好的接触结果， 提供为工程目的所采用的更好的接触结果 如法向压力和摩擦应力； 如法向压力和摩擦应力； •没有刚体表面形状的限制，允许有自然的或 没有刚体表面形状的限制， 没有刚体表面形状的限制 网格离散引起的表面不连续； 网格离散引起的表面不连续； •需要较点 面接触所需较小的接触单元数； 需要较点-面接触所需较小的接触单元数 需要较点 面接触所需较小的接触单元数； •允许多种建模控制，支持死活单元。 允许多种建模控制， 允许多种建模控制 支持死活单元。
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•当凸面和平面或凹面接触时，应指定平面或凹 当凸面和平面或凹面接触时， 当凸面和平面或凹面接触时 面作为目标面； 面作为目标面； •细网格所在面为接触面，粗网格面为目标面； 细网格所在面为接触面， 细网格所在面为接触面 粗网格面为目标面； •较硬者为目标面，较软者为接触面； 较硬者为目标面， 较硬者为目标面 较软者为接触面； •基础单元为高阶单元的面为接触面，为低阶单 基础单元为高阶单元的面为接触面， 基础单元为高阶单元的面为接触面 元的面为目标面； 元的面为目标面； •大面作为目标面，小面作为接触面。 大面作为目标面， 大面作为目标面 小面作为接触面。 STEP4：定义刚性目标面 ： 利用Targe169(2-D)和 Targe170(3-D)来表示 ： 来表示： 利用 和 来表示 对2-D，目标面的形状可以通过一系列直线、圆 ，目标面的形状可以通过一系列直线、 弧和抛物线来描述； 弧和抛物线来描述；对3-D，目标面形状可以通 ， 过三角面、圆柱面、圆锥面和球面来描述。 过三角面、圆柱面、圆锥面和球面来描述。 1、控制节点 节点) 、控制节点(Pilot节点 节点
Main Menu>Preprocessor>Meshing -Mesh>Keypoints
•生成 生成2-D目标单元： 目标单元： 生成 目标单元
Main Menu>Preprocessor>Meshing -Mesh>Lines
在每条直线上生成单一的线， 在每条直线上生成单一的线 ， 在样条曲线上生 成抛物线部分， 成抛物线部分 ， 在每条圆弧和倒角上生成圆弧部 如果所有圆弧形成一个封闭的圆， 分 ， 如果所有圆弧形成一个封闭的圆， 生成一个 单一的圆。 单一的圆。 •生成 生成3-D目标单元： 目标单元： 生成 目标单元
若下面的基本单元为梁或壳单元， 若下面的基本单元为梁或壳单元 ， 必须指明哪个 表面是接触面， 使用上表面生成接触单元， 表面是接触面 ， 使用上表面生成接触单元 ， 则它们 的外法向与梁或壳的外法向相同；反之相反。 的外法向与梁或壳的外法向相同；反之相反。 3) 检查接触单元的外法线方向 接触面的外法线(由节点号顺序按右手定则定 由节点号顺序按右手定则定)应指 接触面的外法线 由节点号顺序按右手定则定 应指 向目标面。 当发现单元的外法线方向不正确时， 向目标面 。 当发现单元的外法线方向不正确时 ， 必 须通过反转不正确单元的节点号来改变它们： 须通过反转不正确单元的节点号来改变它们 ： Main
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STEP5：定义柔性体的接触面 ： 使 用 Conta171 、 172(2-D) ； Conta173 、 174(3-D)来定义。 来定义。 来定义 1、单元类型： 、单元类型： Conta171： 2-D节点低阶线单元 ； Conta172： 节点低阶线单元； ： 节点低阶线单元 ： 2-D，3节点高阶抛物线单元 2-D，3节点高阶抛物线单元。 节点高阶抛物线单元。 Conta173 ： 3-D ， 4 节点低阶 四边形 单元 ； Conta174：3-D，8节点高阶四边形单元。 节点高阶四边形单元。 ： ， 节点高阶四边形单元 2、实常数和材料特性 、 每个接触对的接触面和目标面必须具有相同 的实常数号， 的实常数号 ， 而每个接触对必须有它自己不同 的实常数号。 的实常数号。
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b. 使用ANSYS网格划分工具生成刚性目标单元 使用 网格划分工具生成刚性目标单元 可以使用标准的ANSYS网格划分功能让程序自 可以使用标准的 网格划分功能让程序自 动地生成目标单元， 动地生成目标单元， 程序将会以实体模型为基础 生成合适的目标单元形状。有如下操作： 生成合适的目标单元形状。有如下操作： •生成 生成Pilot节点： 节点： 生成 节点
Hale Waihona Puke Guidelines4
进行接触分析
不同的接触分析类型有不同的过程。 不同的接触分析类型有不同的过程。 一、面-面的接触分析 面的接触分析 接触向导为建立接触对提供了一种简单的方 法 。 进 入 接 触 向 导 ： Main Menu>Create> Contact Pair> Contact Wizard。进入接触向导 。 之前，对柔-柔接触 柔接触， 之前，对柔 柔接触，需将要接触的所有部分划 分网格；对刚-柔接触 柔接触， 分网格；对刚 柔接触，只需对柔体接触面的部 分划分网格。 面接触分析的步骤如下 面接触分析的步骤如下： 分划分网格。面-面接触分析的步骤如下：
一旦指定了目标单元形状， 一旦指定了目标单元形状 ， 以后生成的所有单 元均保持这一形状。 元均保持这一形状。 然后利用下述命令生成单元 和节点： 和节点：
Main Menu >Preprocessor > Modeling-Create>Nodes Main Menu >Preprocessor > Modeling-Create>Element
接触分析
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
Lesson Objectives
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ANSYS支持三种接触方式 ： 点 -点 、 点 -面和面 面 支持三种接触方式： 点 面和面-面 支持三种接触方式 面和面 接触。有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的 Guidelines 接触。 接触对， 接触对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一 层单元。 层单元。 一、点-点接触单元 点接触单元 该单元主要用于模拟点-点的接触行为 点的接触行为， 该单元主要用于模拟点 点的接触行为，但需预先知 道接触位置。这类接触只适用于接触面之间有较小相 道接触位置。 对滑动的情况。如果两个面上的节点一一对应， 对滑动的情况。如果两个面上的节点一一对应，相对 滑动又可以忽略不计，且两个面的挠度保持小量， 滑动又可以忽略不计，且两个面的挠度保持小量，则 可以由点-点接触单元来求解面 面的接触问题。 点接触单元来求解面-面的接触问题 可以由点 点接触单元来求解面 面的接触问题。 二、点-面接触单元 面接触单元 该单元主要用于给点-面的接触行为建模 面的接触行为建模， 该单元主要用于给点 面的接触行为建模，例如两根 梁的相互接触。使用这类单元不需预先知道接触位置， 梁的相互接触。使用这类单元不需预先知道接触位置， 接触面之间也不需要保持一致的网格， 接触面之间也不需要保持一致的网格，并允许有大变 形和大的相对滑动。 形和大的相对滑动。
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Contact48和 49是点 面的接触单元 。 同样 ， 和 是点 面的接触单元。 同样， 是点-面的接触单元 也可以由该单元来模拟面-面的接触行为 面的接触行为， 也可以由该单元来模拟面 面的接触行为，如 将插头插到插座里这样的问题。 将插头插到插座里这样的问题。 三、面-面接触单元 面接触单元 ANSYS支持刚 柔 、 柔 -柔的面 面接触单元 ， 支持刚-柔 柔的面-面接触单元 支持刚 柔的面 面接触单元， 刚性面被当作“ 目标” 面分别用Targe169和 刚性面被当作 “ 目标 ” 面分别用 和 Targe170来模拟 来模拟2-D和 3-D的 “ 目标 ” ； 柔性 来模拟 和 的 目标” 体的表面被当作“接触“ 体的表面被当作 “ 接触 “ 面 ， 用 Conta171(2D) 、 Conta172(2-D) 、 Conta173(3-D) 、 Conta174(3-D)来模拟。 程序通过一个共享的 来模拟。 来模拟 实常数号来识别“ 接触对” 实常数号来识别 “ 接触对 ” ， 因此目标单元 和接触单元应具有相同的实常数号。 和接触单元应具有相同的实常数号。