接触刚度、接触穿透、接触压力之间是什么关系

关于接触刚度的讨论（转载）2008-09-11 10:11 阅读65 评论0字号：大中小BBS 锦城驿站我最近在做接触分析，老觉得不合理。

接触刚度应该是与接触面等材料属性有关，为什么还要自己定义这个刚度？我仿照《使用ANSYS6。

1进行结构力学分析》里面的接触例子，求解时出现real constant2 ha s been referenced by element types element types1 and 2 one of which is contact element.书上说的是通过共享实常数来判别接触对，为什么又出现这样的错误提示呢？请大家帮忙。

决定接触刚度所有的接触问题都需要定义接触刚度，两个表面之间渗量的大小取决了接触刚度，过大的接触刚度可能会引起总刚矩阵的病态，而造成收敛困难，一般来谘，应该选取足够大的接触刚度以保证接触渗透小到可以接受，但同时又应该让接触刚度足够小以使不会引起总刚矩阵的病态问题而保证收敛性。

程序会根据变形体单元的材料特性来估计一个缺省的接触刚度值，你能够用实常数FKN来为接触刚度指定一个比例因子或指定一个真正的值，比例因子一般在0.01和10之间，当避免过多的迭代次数时，应该尽量使渗透到达极小值。

为了取得一个较好的接触刚度值，又可需要一些经验，你可以按下面的步骤过行。

1、开始时取一个较低的值，低估些值要比高估些值好因为由一个较低的接触刚度导致的渗透问题要比过高的接触刚度导致的收敛性困难，要容易解决。

2、对前几个子步进行计算3、检查渗透量和每一子步中的平衡迭代次数，如果总体收敛困难是由过大的渗透引起的（而不是由不平衡力和位移增量引起的），那么可能低估了FKN的值或者是将FTOLN的值取得大小，如果总体的收敛困难是由于不平衡力和位移增量达到收敛值需要过多的迭代次数，而不是由于过大的渗透量，那么FKN的值可能被高估。

4、按需要调查FKN或FTOLN的值，重新分析。

ansys接触应力计算公式
ANSYS软件中接触应力的计算公式可能会因具体的模型和算法而有所不同。

在ANSYS的罚函数法中，假设零件之间的接触假设成两个节点之间通过弹簧连接，通过以下计算公式来求解两个接触面之间的接触压力：
FNormal = KNormal × penetration
其中，KNormal为两个接触面之间的接触刚度，penetration为两个接触
面之间的穿透量。

这种算法的精度较依赖于接触刚度和穿透量的大小。

在实际情况下，两个零件表面是不会有穿透的，这是一种为增强收敛性而进行的数值近似方法，因此，穿透量越小，计算结果精度越高，但同时收敛性较差。

另外，在ANSYS的拉格朗日算法中，接触压力作为一个自由度来满足接触兼容性。

不需要计算接触刚度和穿透量来计算接触压力，而是将他看做一个自由度。

以上内容仅供参考，如需更具体的信息，建议咨询专业的工程师或查阅ANSYS软件的使用手册。

T形截面屈曲约束支撑力学性能的影响因素分析王永贵;谢晓杰【摘要】To investigate the effect of structural factors on the mechanical properties of T‐shaped cross‐section buckling restrained braces (BRB) ,the stress mechanism of the outsourcing rectangular steel tube concrete BRB was analyzed with the finite element analysis software ANSYS by APDL secondary development .The effect of factors such as restraintstiffness ,initial defect ,width‐to‐thickness ratio , gap‐to‐thicknessratio ,core material strain hardening and friction on BRB was studied .The results showed that the impact of initial defect of core material decreased with the increase of restraint stiff‐ness ,and the minimum restraint ratio to maintain the stable state of BRB was 2.0 .The bearing capac‐ity of BRB did not chang e significantly when the gap‐to‐thickness ratio was between 0.05 to 0.1 .The influence of friction was reduced with the increase of cross‐sectional thickness of core material ,the reasonable control of gap‐to‐thickness ratio and the decrease of initial defect of core material .%文章探讨了T形截面屈曲约束支撑构造参数对其力学性能的影响，借助ANSYS有限元分析软件，通过A PDL语言二次开发，对外围约束机制为矩形钢管混凝土的屈曲约束支撑受力机理进行分析；系统研究了约束刚度、初始缺陷、宽厚比、间厚比、应变强化及摩擦力等因素变化对支撑力学性能的影响。

考虑片间接触的汽车钢板弹簧动力学建模席敏;刘桂萍;雷飞;丁飞【摘要】为提高钢板弹簧的仿真精度,提出了一种考虑片间接触的多片钢板弹簧动力学建模新方法.首先建立钢板弹簧各片的三维有限元模型,并进行模态分析,将所得的各片钢板弹簧的mnf文件导入ADAMS中进行装配,然后采用遗传优化算法反求出钢板弹簧片间接触参数,得到确定参数的钢板弹簧动力学模型,并通过试验验证了该模型的准确性,最后将该方法应用于某重型载货汽车通过凸块的平顺性分析.结果表明,该方法具有较高的建模精度.%For improving the simulation accuracy of vehicle leaf spring, a new dynamics modeling method for multi-leaf spring is proposed with consideration of inter-leaf contact. Firstly the 3D FE model for each leaf of spring is set up, and a modal analysis is conducted with all the mnf files generated for each leaf input into ADAMS and assembled. Then the inter-leaf contact parameters are inversely evaluated with genetic optimization algorithm and a leaf spring dynamic model with definite parameters is obtained and its accuracy is verified by tests. Finally the method is applied to a ride comfort analysis for a heavy-duty truck passing over a triangular bump. The results show that the method proposed has a high modeling accuracy.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2012(034)008【总页数】5页(P751-755)【关键词】钢板弹簧;接触分析;动力学模型;平顺性【作者】席敏;刘桂萍;雷飞;丁飞【作者单位】湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082【正文语种】中文前言钢板弹簧作为汽车悬架的主要元件，被广泛应用于商用车上。

第一章工艺：就是产品的制造方法和过程的总称。

工序：指一个或一组工人，在同一台设备或同一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分加工工作称工序。

工位：指在一道工序中，当工件装夹在移位工作台或回转夹具上，作若干次工作位置的改变，则工件每占据一个位置所完成的那一部分工序，称一个工位。

工步：在一个安装或工位中，加工表面、切削刀具及切削用量（指主轴转速和进给量）均不变的情况下，所连续完成的那一部分工作叫一个工步。

工件在机床上装夹过程包括定位和夹紧两方面的内容。

零件的机械加工质量包括加工精度和表面质量两方面内容。

零件的加工精度包括以下三个方面：尺寸精度、形状精度、位置精度在机械加工时，机床、夹具、刀具和工件构成一个完整的系统，称之为工艺系统在一般生产条件下，测量误差应控制在零件公差的1/10 ~ 1/3.对低精度零件取1/3机床误差主要由主轴回转误差、导轨导向误差、内传功链的传动误差及主轴、导轨等的位置关系误差所组成表面质量对零件使用性能的影响：（1）表面粗糙度越低，零件的耐磨性越好（2）对零件配合精度的影响：对于动合表面，粗糙度大，实际接触面越大，降低配合精度；对于过盈配合表面，粗糙度大，实际过盈量减小，降低配合可靠性。

（3）对零件疲劳强度的影响：表面粗糙度的凹谷处最易产生应力集中，容易发展成疲劳裂纹；表面层的残余压应力则可提高零件疲劳强度，残余拉应力相反；表面硬化层可阻碍已有疲劳裂纹的扩大和新裂纹的产生（4）对零件耐腐蚀性的影响：表面粗糙度的凹谷处就易聚集腐蚀介质而发生腐蚀，其强烈程度与凹谷深度及尖狭度成正比。

零件在有残余应力状态下工作，可能产生应力腐蚀。

在表面有裂纹存在时，更会加剧腐蚀作用。

（5）对零件接触刚度的影响：在连接面上的压力一定时，表面越粗糙，则接触处的压强越大，接触处的变形也越大，使接触刚度越低。

基准：就是根据的意思，在零件图上或实际零件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面，就称为基准设计基准：在产品图或零件图上用以确定其他点、线、面的位置所依据的基准，即标注设计尺寸的起点，称为设计基准。

接触刚度的计算范文接触刚度（Contact stiffness）是指物体间接触时的刚度或硬度。

在工程应用中，接触刚度是一个重要的参数，影响着接触界面的力学行为和传递效率。

准确计算接触刚度对于设计和分析不同工程结构和材料的接触特性非常关键。

本文将介绍接触刚度的计算方法，并探讨一些常见的接触刚度计算模型。

一、接触刚度的定义接触刚度是指单位面积上的接触载荷和接触变形之间的关系。

它可以用来描述两个物体在接触时的弹性力学行为。

接触载荷可以通过施加外部力或重力来实现，接触变形可以通过测量接触区域的位移来得到。

接触刚度可以通过施加不同的载荷并测量相应的位移来计算或测量。

二、计算方法在实际问题中，接触刚度的计算方法可以分为两类：解析法和数值法。

解析法是指基于理论分析导出的数学公式，可以用于直接计算接触刚度。

数值法则是通过建立接触区域的有限元模型，然后使用数值方法进行求解。

1.解析法最简单直接的解析计算接触刚度的方法是利用胡克定律。

胡克定律认为应力与应变之间成线性关系。

对于弹性体，应变可以通过位移除以初始长度得到。

因此，接触刚度可以通过施加一定的载荷并测量相应的位移来计算。

K=F/δ其中，K为接触刚度，F为施加的载荷，δ为相应的位移。

这个公式适用于弹性接触和小变形情况。

对于非线性接触和大变形情况，可以使用其他更为精确的解析方法。

例如，Johnson等人提出了一个非线性接触刚度的计算公式：K=(4/3E*)*√(aδ)其中，E*为等效弹性模量，a为接触半径，δ为接触位移。

2.数值法数值方法通常更适用于复杂的接触形状和非线性接触问题。

最常用的数值方法是有限元分析。

有限元分析将接触区域划分为离散点或单元，并利用离散点或单元之间的关系来计算接触刚度。

数值方法的优点在于它可以考虑复杂的材料非线性行为和接触几何形状，但需要计算机较大的计算能力和复杂的建模过程。

三、接触刚度计算模型接触刚度计算模型是计算接触刚度的一个简化的数学模型。

Superelement usage (超单元用法)接触属性：刚性目标使用Rigid target 标签为接触分析设置以下选项：Boundary condition on target nodes (目标节点上的边界条件)Area elements have (有面单元时)Pilot Node (引导节点)接触属性：热使用Thermal 标签为热接触分析指定以下设置：Thermal Contact Conductance (热接触导热性)Stephan-Boltzmann constant (Stephan-Boltzmann常数)Radiation View factor (辐射视角因子)Emissivity (发射率)Frictional heating factor (摩擦加热因子)Dissipation weight factor (耗散权因子)Thermal contact behavior (热接触行为)如果选择自由面接触行为，ANSYS 在探测到分开的接触时，它是考虑自由面辐射和对流。

对这种情况，在接触面和目标面之间没有对流和辐射热传递。

接触属性(约束类型)：约束Constraint (约束) 标签包含用于基于表面的约束接触对的一般参数。

基于表面的约束用于将接触面节点的运动耦合到目标面上的一个引导节点。

基于表面的约束需要采用：多点约束(MPC) 接触算法(KEYOPT(2) = 2)。

(在使用接触向导创建接触对时，这一KEYOPT 是自动设置的)。

Constraint surface type (约束面类型)Boundary conditions on target (目标面上的边界条件)Constrained DOF set on target (目标面上的约束自由度组)Pilot Node (引导节点)接触属性：编号ID使用Identification 标签指定接触对的ID 编号。

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。