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ANSYS接触问题的计算方法及参数设置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。
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: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。
（完整版）ANSYS—接触单元说明参考ANSYS的中⽂帮助⽂件接触问题（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。
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。
