(完整版)ANSYS高級接觸問題1-3

1、接觸問題概述在工程中會遇到大量的接觸問題，如齒輪的嚙合、法蘭聯(lián)接、機電軸承接觸、卡頭與卡座、密封、板成形、沖擊等等。接觸是典型的狀態(tài)非線性問題，它是一種高度非線性行為。接觸例子如圖1： 分析中常常需要確定兩個或多個相互接觸物體的位移、接觸區(qū)域的大小和接觸面上的應力分布。 接觸分析存在兩大難點： 在求解之前，你不知道接觸區(qū)域、表面之間是接觸或分開是未知的，表面之間突然接觸或突然不接觸會導致系統(tǒng)剛度的突然變化。 大多數(shù)接觸問題需要計算摩擦。摩擦是與路徑有關的現(xiàn)象，摩擦響應還可能是雜亂的，使問題求解難以收斂。 剛柔 一個表面是完全剛性的除剛體運動外無應變、應力和變形，另一表面為軟材料構成是可變形的。

2、 只在一個表面特別剛硬并且不關心剛硬物體的應力時有效。 柔柔 兩個接觸體都可以變形。 ansys采用接觸單元來模擬接觸問題： 跟蹤接觸位置； 保證接觸協(xié)調性（防止接觸表面相互穿透）； 在接觸表面之間傳遞接觸應力（正壓力和摩擦）。 接觸單元就是覆蓋在分析模型接觸面上的一層單元。 在ansys中可以采用三種不同的單元來模擬接觸： 面一面接觸單元； 點一面接觸單元； 點一點接觸單元。 不同的單元類型具有完全不同的單元特性和分析過程。 1. 面一面接觸單元用于任意形狀的兩個表面接觸 不必事先知道接觸的準確位置； 兩個面可以具有不同的網(wǎng)格； 支持大的相對滑動； 支持大應變和大轉動。 例如: 面一面接觸可

3、以模擬金屬成型，如軋制過程。 2. 點一面接觸單元用于某一點和任意形狀的面的接觸 可使用多個點面接觸單元模擬棱邊和面的接觸； 不必事先知道接觸的準確位置； 兩個面可以具有不同的網(wǎng)格； 支持大的相對滑動； 支持大應變和大轉動。 例：點面接觸可以模擬棱邊和面之間的接觸 3. 點點接觸單元用于模擬單點和另一個確定點之間的接觸。 建立模型時必須事先知道確切的接觸位置； 多個點點接觸單元可以模擬兩個具有多個單元表面間的接觸； 每個表面的網(wǎng)格必須是相同的； 相對滑動必須很??； 只對小的轉動響應有效。 例如: 點一點接觸可以模擬一些面的接觸。如地基和土壤的接觸 如果接觸模型沒有摩擦，接觸區(qū)域始終粘在一起，并

4、且分析是小撓度、小轉動問題，那么可以用耦合或約束方程代替接觸。 使用耦合或約束方程的優(yōu)點是分析還是線性的 1 接觸剛度 1、所有的ansys接觸單元都采用罰剛度（接觸剛度）來保證接觸界面的協(xié)調性在數(shù)學上為保持平衡，需要有穿透值然而，物理接觸實體是沒有穿透的 分析者將面對困難的選擇：小的穿透計算精度高，因此接觸剛度應該大；然而，太大的接觸剛度會產(chǎn)生收斂困難：模型可能會振蕩，接觸表面互相跳開。接觸剛度是同時影響計算精度和收斂的最重要的參數(shù)。你必須選定一個合適的接觸剛度。除了在表面間傳遞法向壓力外，接觸單元還傳遞切向運動（摩擦）。采用切向罰剛度保證切向的協(xié)調性。（圖12）作為初值，可采用：ktang

5、ent=0.01knormal切向罰剛度與法向罰剛度以同樣的方式對收斂性和計算精度產(chǎn)生影響。 2、接觸剛度的選取 選定一個合適的接觸剛度值需要一些經(jīng)驗。 對于面一面接觸單元，接觸剛度通常指定為基體單元剛度的一個比例因子。 開始估計時，選用 fkn = 1.0 大面積實體接觸 fkn = 0.01-0.1 較柔軟（彎曲占主導的）部分 另外，也可以指定一個絕對剛度值，單位：（力/長度）/ 面積。 點一點（除conta178）和點面接觸單元需要為罰剛度kn輸入絕對值： 初始估計時： 對于大變形: 0.1*e kn 1.0*e 對于彎曲: 0.01*e kn 0.1*e e 為彈性模量 3、選取接觸剛

6、度的指導： step 1.開始采用較小的剛度值 step 2.對前幾個子步進行計算 step 3.檢查穿透量和每一個子步中的平衡迭代次數(shù)在粗略的檢查中，如以實際比例顯示整個模型時就能觀察到穿透，則穿透可能太大了，需要提高剛度重新分析。如果收斂的迭代次數(shù)過多（或未收斂），降低剛度重新分析。注意：罰剛度可以在載荷步間改變，并且可以在重啟動中調整。牢記：接觸剛度是同時影響計算精度和收斂性的最重要的參數(shù)。如果收斂有問題，減小剛度值，重新分析在敏感的分析中，還應該改變罰剛度來驗證計算結果的有效性。在分析中減小剛度范圍，直到結果（接觸壓力、最大seqv等）不再明顯改變。 1、兩個接觸體的剪切或滑動行為可以

7、是無摩擦的或有摩擦的 無摩擦時允許物體沒有阻力地相互滑動； 有摩擦時，物體之間會產(chǎn)生剪切力。 2、摩擦消耗能量，并且是路徑相關行為。 為獲得較高的精度，時間步長必須?。▓D2-1） 圖21 3、ansys中，摩擦采用庫侖模型，并有附加選項可處理復雜的粘著和剪切行為。 庫侖法則是宏觀模型，表述物體間的等效剪力ft不能超過正壓力fn的一部分： ft preprocessor modeling create elements surf/contact surf to surf(esurf)對于直接生成剛性目標面，在建立目標單元之前需要要指定附加的單元屬性tshap 剛性目標面的自動劃分不需要tshap

8、。ansys能根據(jù)實體模型確定合適的目標單元形狀。 劃分線(lmesh) 2d剛性目標面 劃分面(amesh) 3d剛性目標面 創(chuàng)建關鍵點(kmesh)控制節(jié)點（pilot） 剛性目標面能與控制點聯(lián)系起來，pilot實際上是只有一個節(jié)點的單元，通過這個節(jié)點的運動可以控制整個目標面的運動。ansys只在pilot節(jié)點上檢查邊界條件而忽略其它節(jié)點的約束。 對可變形體目標面建立目標單元的步驟是： 1.先選擇可變形體表面上的節(jié)點 2.然后在可變形體上建立目標單元 main menu preprocessor modeling create elements surf/contact surf to s

9、urf ansys將根據(jù)基體的網(wǎng)格確定目標單元形狀和外法線方向。 檢查外法線方向（這在自動劃分剛性目標面時非常重要）圖3-3 打開單元坐標系標志并重繪單元 /psyms,esys,1 目標單元外法線方向應該指向接觸面。如果單元法向不指向接觸面，用命令使之反轉： esurf,reve例：seal.dat(圖3-3)step 5.建立接觸面單元設置接觸單元屬性、選擇可變形體表面節(jié)點，并在可變形體上建立接觸單元（過程與在可變形體上建立目標單元相同） main menu preprocessor modeling create elements surf/contact surf to surf這些接

10、觸單元與基體有同樣的階數(shù)（低階或高階）。注意，在殼或梁單元上建立目標單元或接觸單元時，可以選擇要在梁或殼單元的頂層還是底層建立單元。 圖圖3-33-3 在選擇柔體表面上的節(jié)點時，如果你確定某一部分節(jié)點永遠不會接觸到目標面時，可以忽略它，以減少計算時間。 接觸面的外法向應指向目標面。如果發(fā)現(xiàn)外法線方向不正確，用下列命令修改之 esurf,reve step 6.在有限元模型上施加邊界條件 如果目標面是剛性面，目標面將會自動固定。 定義了pilot點ansys只檢查該點的邊界條件，忽略目標面上其它節(jié)點約束。控制點能控制目標面的運動。 對seal.dat施加的邊界條見圖33。 step 7.定義求解

11、選項和載荷步，以下是默認設置 推薦使用n.l求解自動控制 使用不帶自適應下降的full newton-raphson法求解 時間步必須足夠小。使用自動時間步。 子步數(shù)的最大值（nsbmx）應較大，最小值（nsbmin）應較小 step 8.求解 step 9.后處理 結果包括位移、應力、應變和接觸等信息。 接觸壓力、摩擦應力、總應力、接觸侵入、接觸間隙距離、滑動距離和接觸狀態(tài)都可以從/post1或/post26中得到。 面一面接觸分析實例（建立接觸對不通過接觸向導） 實例1：彈性環(huán)裝配 軸對稱 施加位移載荷：在l45線上施加0.4的-y向位移 打開幾何n.l開關(nlgeom,on) 設tim

12、e = 0.4并為自動時間步給出子步數(shù)(20,500,10) 給出輸出控制（要求輸出每一子步結果） 求解并查看輸出和監(jiān)視文件 重啟動分析亦將-y向偏移量增加到0.55使咬接裝配的第2個齒咬合。 問題以彎曲為主，設fkn = 0.1 gui方式： step 1.恢復數(shù)據(jù)庫文件 snap.db（snap.db數(shù)據(jù)庫包含此有限元模型的完整幾何模型、材料、邊界條件。但未定義目標單元與接觸單元）。 utility menu file resume from 選 snap.db 【ok】 基體單元: plane42,1 軸對稱 材料: mat,1 ex = 0.175e6; uxy = 0.35 ; mu

13、 = 0.0 mat,2 ex = 90000; nuxy = 0.35 約束節(jié)點 163 uy = 0 182 uy = 0step 2.創(chuàng)建目標面單元類型main menu preprocessor element typer add/edit/delete【add】contact 2d target 169element typer reference number = 2【ok】或命令: /prep 7et,2,target 169step 3.建立接觸面單元類型main menu preprocessor element typer add/edit/delete【add】conta

14、ct 2nd surf 171element typer reference number = 3【ok】【close】或命令: et,3,conta 171step 4.指定接觸法向剛度main menu preprocessor real constants add/edit/delete【add】type 3 conta 171【ok】real constant set no. = 1normal penalty stiffness fkn = 0.1(對彎曲問題采用初值0.1)penetration tolerance ftoln = 0.1 (不用此,不收斂)或命令：r,1,0.1,

15、0.1 確定罰剛度 fkn值通常在0.01-10之間，對于體積變形問題用1.0（默認），對彎曲問題用0.1 確定侵入容差：侵入容差(ftoln)是與接觸單元下面的實體單元深度（h）相乘的比例因子。 若此值太小會引起收斂困難，絕對不要用太小的容差!增大罰剛度（fkn）將減少侵入。 將fkn增大100倍會相應地減少侵入，但是接觸壓力只改變5。 如不收斂可調整fkn或ftoln值重新運行。檢查侵入和每個子步的平衡迭代數(shù)，如果收斂受入侵容差的驅使可能是fkn值估計不足或ftoln值太小。如果需要多次迭代才能使殘值收斂而不是侵入。fkn值可能估計得太高。 step 5.創(chuàng)建目標單元創(chuàng)建目標單元(1).為

16、目標面選擇線utility menu select entities拾取線(圖3-5)【ok】或命令：lsel,s,2,4lsel,a,15,18 圖3-6lsel,a,63(2).選擇附于線上的全部節(jié)點(圖3-6)utility menu select entitiesnodesattached to lines,all【ok】或命令：nsll,s,1nplot圖圖3-53-5圖圖3-63-6 (3).設置單元屬性 main menu preprocessor create element elem attributes 或命令： type,2 mat,1 real,1 (4).創(chuàng)建目標單元

17、 main menu preprocessor modeling create elements surf / contact surf to surf 注意：如果基體單元是2d平面或3d實體單元“tlab”無效，如果基體單元是2d單元，“shape”無效。 選 【pick all】 或命令： esurf(圖3-7)圖圖3-73-7step 6.創(chuàng)建接觸單元(1).為接觸面選線utility menu select entities lines圖3-8by num/pick from full【ok】選線(圖3-8)【ok】或命令: lsel,s,33,34lsel,a,43,44(2).選擇

18、附于選定線上的全部節(jié)點圖3-9utility menu select entities nodesattached to lines, all from full【ok】或命令:nsll, s, 1nplot(圖3-9)圖圖3-83-8圖圖3-93-9(3).設置單元屬性main menu preprocessor create element elem attributeselement type number = 3 conta 171material number = 1real constant set number = 1【ok】或命令：type,3mat,1real,1(4).創(chuàng)建

19、接觸面單元圖3-11main menu preprocessor modeling create elements surf/contact surf to surf圖3-10【ok】【pick all】(圖3-10)或命令:esurf圖圖3-103-10圖圖3-113-11step 7.選擇所有選項并畫單元utility menu select everythingutility menu plot elements或命令: allsel, alleplot(圖3-11)step 8.求解/soluantype,staticnlgeom,onsolc, ontime,0.4nsubst,20

20、,500,10outres,all,alldl,45,uy,-0.4solvedl,45,uy,-0.55solvefinistep 9.后處理所有面面接觸的單元選項和參數(shù)都可以通過接觸向導來控制。使用接觸向導進行接觸分析方便快捷 ：自動定義單元類型和實常數(shù)快速得到接觸選項和參數(shù)快速顯示和反轉接觸法向使用接觸向導必須首先對基體進行網(wǎng)格劃分，否則不能激活接觸向導。下面仍以彈性環(huán)裝配接觸問題為例。采用接觸向導完成接觸對的創(chuàng)建來說明接觸向導的使用方法。step 1.恢復數(shù)據(jù)文件utility menu file resume from選 snap.db【ok】(圖4-1)此數(shù)據(jù)庫snap.db包括此

21、有限元模型的幾何、基體單元、分網(wǎng)、材料和邊界條件。但不包括接觸單元與目標單元及接觸有關的參數(shù)。圖圖4-14-1 step 2.啟動接觸向導 main menu preprocessor modeling create contact pair 圖4-3 圖4-4【pick target】(圖43),拾取線(見圖35) 【ok】，再定義接觸面 返回圖44 【next】 (圖45)圖45【opening setting】圖46圖46【finish】返回圖42 退出 step 5.求解 求解過程同前圖42 驗證為接觸剛度估計一個合適的初始值的重要性 驗證接觸分析中摩擦的應用彈性庫侖摩擦 驗證基于接觸

22、單元臨界狀態(tài)變化的時間步預測如何會對計算效率有害 模型描述：2d超彈平面密封圈 1/2對稱，密封圈壓縮模擬 分析此模采用兩種方法： 1. 不使用接觸向導，建立命流文件seal.inp 2. 使用接觸向導創(chuàng)建接觸對，并用gui方式創(chuàng)建pilot節(jié)點。 本例具有： 幾何n.l（大應變與大變形） 材料n.l（超彈） 接觸n.l 數(shù)據(jù)文件: seal.inp/prep7et,1,56 ! hyper56 2d 4node u_p hyperelastic solidmp,nuxy,0.49tb,mooney,1tbdata,1,80 ! c10 = 80tbdata,2,20 ! c01 = 20k,

23、1 $k,2,0.333,0 $k,3,0.867,0.867 k,4,1.1,0.867k,5,1.1,1 $k,6,0.8,1 $k,7,0.267,0.133 k,8,0,0.133l,1,2*repeat,7,1,1 ! 將l,1,2命令重復7次l,8,1lfil,1,2,0.20 $lfil,2,3,0.15 $lfil,5,6,0.20lfil,6,7,0.15 $lfil,7,8,0.05 $lfil,8,1,0.05al,all ! 應用所有選擇的線生成面k,25,-0.6,0 $k,26,1.1,0 $k,27,-0.6,1.0 $k,28,1.1,1.0lstr,26,25

24、 ! l9lstr,27,28 ! l10圖圖5-25-2! * 基體分網(wǎng) *lesize,8,2 $lesize,13,4 $lesize,14,4esize,0.035type,1mat,1amesh,allsave,seal,dbstep 2.創(chuàng)建接觸對，先定義單元和接觸參數(shù)et,2,169 ! target169 2d target segmentet,3,171 ! conta171 2d surface to surface contactmp,mu,1,0 ! 用材料特性定義摩擦，本例先無摩擦計算然后再有摩擦計算，比較結果r,1,0.1,0.1 ! 用實常數(shù)定義接觸高級選項對于彎

25、曲為主的問題，采用接觸剛度fkn = 0.1作為初始估計值, ftoln = 0.1 lagrange穿透比例系數(shù)（缺省值）r,2,0.1,0.1 ! 如果fkn = 1.0則不收斂type,2 ! 目標面1 target169real,1 ! target169的實常數(shù)mat,1 ! 接觸面1定義材料與超彈單元同lesize,15,1 ! 目標面1（l15）分網(wǎng)尺寸(圖53)lmesh,15 ! 目標面1（l15）分網(wǎng),采用自動分網(wǎng)，此剛性面自動約束。檢查外法線方向【ok】! * 接觸面1：實常數(shù)（與目標面1一致）、分網(wǎng) lsel,s,line,1,3,1 ! 選l1,l2,l3lsel,a

26、,line,9,10,1 ! 再加l9,l10lsel,a,line,14 ! 再加l14nsll,s,1 ! 選擇和所選線相連系的節(jié)點type,3 ! conta171這里未發(fā)布real,1，實常數(shù)未重新定義就是前面的real,1，mat也是前面的mat, 1esurf ! 生成接觸單元lsel,all ! * 檢查外法線方向【ok】 *圖圖5 53 3 ! * 創(chuàng)建接觸對2 * type,2 ! 目標面2 target169 real,2 ! mat未重新定義，就是前面的mat, 1 lesize,16,1 ! 目標面2 lmesh,16 ! l16分網(wǎng)（目標2分網(wǎng)） kmesh,27 !

27、 指定pilot點 ! * 檢查外法線方向【ok】 * type,3 ! 接觸面2 conta171 real,2； mat,1 lsel,s,line,5,7, 1 ! 選l5, l6, l7 lsel,a,line,11,13,1 ! 再加l11,l12,l13 nsll,s,1 esurf ! 生成接觸單元,其real,2； mat,1 lsel,all nsel,all ! * 檢查外法線方向【ok】 * step 3.施加邊界條件 ! 剛性面1 被約束 ! 剛性面2 隨pilot點移動 ! l4對稱約束 dl,4,ux,0 n_load=node(kx(27),ky(27),0) !

28、 為定義剛性面2的位移做準備 finish step 4.定義求解選項和載荷步 /solu nlgeom,on solc,on ! n.l求解自動控制打開（缺?。?time,0.85 ! 載荷步、結束時間 d,n_load,uy,-0.85 nsubst,25,500,10 outres,all,all monitor,var3,n_load,fy step 5.求解 solve step 6.查看結果 /post1 pldsp,2 ! 變形圖 plnsol,s,eqv,0,1 ! von mises 應力云圖 plnsol,cont,pres,0, ! 接觸壓力圖 plnsol,epto,e

29、qv ! 繪等效總應變圖54 save,seal,dbutility menu plot elementsmain menu time hist postpro define variables【add】reaction force【ok】拾取節(jié)點263(控制點)【ok】user-specified load = force: fy【ok】【close】或命令：/post 26rforce,2,263,f,y,forcemain menu time hist postpro graph variables1st variable to gragh = 2【ok】或命令： plvar, 2 (圖

30、54)圖圖5 54 4 2、用接觸向導創(chuàng)建接觸對，用gui方式創(chuàng)建pilot節(jié)點（剛性面控制點），然后求解。 step 1.恢復數(shù)據(jù)庫文件seal.db（包括基體的幾何、單元、分網(wǎng)；沒有選接接觸單元與目標單元，未定義接觸對） utility menu file resume from 選 seal.db 【ok】 step 2.啟動接觸向導 main menu preprocessor modeling create contact pair 圖42 【contact wizard】 圖55 圖56選線(2)( 接觸對1的接觸面)【ok】；返回圖56【next】 圖圖5 57 7 圖58 圖5

31、9 定義摩擦(圖59)【ok】返回圖57 coefficient friction 0.2 【create】511 圖512接觸對1(圖511)圖510圖 圖514 (2).繪關鍵點 utility menu plot keypoints keypoints (3).建立目標單元控制點 main menu preprocessor meshing mesh keypoints 選k27 【ok】 或命令流： kmesh,27 step 6.施加位移約束 控制點27上施加 uy = -0.85 main menu solution define loads apply structural di

32、splacement on keypoints 選k27 【ok】 lab2 dofs to be constrained: uy value: -0.5 【ok】施加對稱邊界條件：main menu solution define loads apply structural displacement symmetry b.c. on lines 選線l4 【ok】step 7.求解控制、求解main menu solution analysis type soln controls main menu solution solve ls_current step 8.后處理 同1 無摩擦(

33、mu = 0) von mises = 145.096 有摩擦(mu = 0.2) von mises = 142.038 接觸剛度取 1.0 不收斂 0.1 收斂 /post26 main menu timehist postpro 選控制點27， 繪圖(見圖5-4)。 圖6-1 圖6-26 面一面接觸單元高級接觸選項 main menu preprocessor modeling create contact pair 選 【property】 1、第1個重要選項：如何保證接觸協(xié)調性： 使用修正的拉朗日法（缺?。?純罰函數(shù)方法 在接觸向導中basic contact algorithm:

34、augmented lagrange methodpenalty method 對大多數(shù)模型，修正的拉格朗日方法能很好地工作。 罰函數(shù)法推薦用于具有變形很大的單元，很大的摩擦系數(shù)和/或用修正的拉格朗日方法時收斂性很差的情況。 對于大面積接觸采用起始值（因子）1.0，對于柔性接觸采用0.1。 大值對應較高精度；小值對應較好的收斂性。 有時最好先以較小的接觸剛度進行分析，然后在一系列載荷步中逐漸增大剛度“漸變”的接觸剛度，提高收斂性 圖6-2 在最后的載荷步逐漸提高到一個剛硬的值將提高計算精度?？赏ㄟ^向導的基本表或單元特性菜單設置以允許程序更新接觸剛度接觸向導basic normal penalt

35、y stiffness 1.0 factor constant向導basic contact stiffness update: each load step (pair id based)noneeach load step(允許用戶指定剛度變化)each substep(允許自動和用戶指定變化) 缺省情況下，穿透容差是一個因子乘以基體單元厚度 。 對于變化很大的網(wǎng)格密度，采用因子會在接觸表面的某些部分產(chǎn)生太小的容差，這時采用絕對值可能更好。 不要使用太小的容差，因為它總是對收斂性有害?；蛟趩卧x項中控制：contact time/load prediction k7: no predict

36、ion pinball區(qū)域是環(huán)繞接觸單元的園（2d）或球（3d），描述接觸單元周圍“遠”和“近”區(qū)域的邊界(圖6-3)。 在缺省情況下，pinball區(qū)域半徑是4基體單元厚度（剛柔）或2基體單元厚度（柔一柔） 可以為pinball半徑指定一個不同的值。圖6-3 也可用實常數(shù)pinb調整球形區(qū)（對于初始值侵入大的問題是必要的）?；騿卧x項: behavior contact surface k12: standard 這些選項包括：標準：正常的接觸閉合和打開行為，具有正常的粘著/滑動摩擦行為。粗糙：正常接觸閉合和打開行為，但不發(fā)生滑動（類似于具有無限摩擦系數(shù)）不分離（滑動）：目標面和接觸面一旦建

37、立接觸就不再分離（允許滑動）綁定：目標面和接觸面一旦接觸就粘在一起不分離（永遠）：初始位于pinball區(qū)域內或已經(jīng)接觸的接觸檢查點在法向不分離（允許滑動）綁定接觸（永遠）：初始位于pinball區(qū)域內或已經(jīng)接觸的接觸檢查點在剩余的分析過程中綁定在一起（design space缺省值）綁定接觸（初始接觸）：只在初始接觸的地方采用綁定，初始分開的地方保持分開。計算實例：懸臂梁端部旋轉（不分離行為） contact opening stiffness（分開時的間隙剛度）保證不分離和綁定行為，它通過使用當存在間隙也具有非零剛度的彈簧來連接表面。 缺省情況下，此彈簧剛度等于法向罰剛度，其效果類似于法向

38、罰剛度剛度太小精度低；剛度太大會引起收斂問題。contact cohesion表示當沒有法向壓力時開始滑動的摩擦應力值。摩擦導致非對稱剛度陣。因為非對稱矩陣很難計算（因此導致求解變慢），程序自動控制執(zhí)行對稱求解，利用此算法可以解決多數(shù)含摩擦接觸問題。有時，采用非對稱矩陣能獲用更好的收斂性。如果遇到收斂緩慢問題可以用不對稱求解選項。記?。哼@種情況必須使用稀疏或波前求解器。對于每個支持非對稱矩陣的單元，此選項也可以由下列菜單激活：main menu solution unabridged menu analysis options設置newton-raphson選項為 full n_r unsym

39、m 有幾種技術可以模擬初始穿透接觸問題（如過盈裝置配）?？梢允褂贸跏紟缀未┩?，或指定偏移量，或二者皆有。圖6-5 指定偏移量（cnof）或在實常數(shù)中指定偏移量（cnof）contact surface offset cnof: 0.025 或單元選項: auto cnof/icont adjustment k5: no. auto. adjust初始穿透選項包括：include everything：包括由幾何模型和指定偏移量（如果有的話）引起的初始穿透exclude everything：忽略所有初始穿透效應。include with ramped effects：漸變初始穿透，以提高收斂性

40、。include offset only：只包括由偏移量指定的基本初始穿透。include offset only w/ramp：只包括由偏移量指定的基本初始穿透，且漸變初始穿透以提高收斂性 如果模型包含初始幾何穿透，接觸力將立即“階躍”到一個大值。 載荷突變經(jīng)常導致收斂困難，期望有一種機制能夠將初始穿透效應漸變到零。 include with ramped effects和include off set only w/ramp選項通過在第一載荷步，將初始穿透漸變?yōu)榱憧朔諗坷щy。為求得好的結果，在第一載荷步不應施加其它載荷(圖6-6)。 計算實例：初始穿透 圖6-6 8、剛體模式 初始不接觸

41、的兩個（或多個）物體的靜力分析中，在接觸建立前可能產(chǎn)生剛體運動(圖6-7)。 此例中圓柱體沒有施加位移約束，面由力控制。 圓柱體的約束由圓柱體和平板之間的接觸建立。 求解過程中兩個物體分離，剛度矩陣奇異。 ansys將產(chǎn)生一個負主元警告。有幾個選項可以 解決由于初始不相連物體引起的剛體模式： 圖6-7三個高級接觸特性允許調整初始接觸條件以防止剛體模式：(1).自動conf調整程序計算cnof以清除間隙。(2).初始接觸環(huán)（icont）將調整帶內接觸表面上的節(jié)點移到目標面上(3).初始允許穿透范圍(pmin & pmax）：將剛體表面移動到接觸面上調整初始接觸條件（icont）(圖6-1

42、1)：實常數(shù)icont可用于指定目標面上的“調整環(huán)”。位于調整環(huán)內的任何接觸點都要移動到目標面上。推薦只進行很小的修正，如果icont值太大會產(chǎn)生不連續(xù)。如果未指定常數(shù)icont，ansys根據(jù)模型尺寸為icont提供一個小的缺省值。關閉icont，必須將其設置成非常小的值(如1e-20)0值代表非0的缺省值計算實例：剛體icont圖6-11 如果目標面有0約束，采用pmin和pmax的初始調整將不被執(zhí)行。 初始調整是一個迭代過程，ansys最多使用20個迭代步把目標面調整到pmin和pmax范圍內。 當目標面被移動，接觸體之間不再存在間隙，而成為閉合接觸的初始狀態(tài)。 計算實例：剛體pmin

43、& pmax圖6-12 例2.懸臂梁端部旋轉 目標：采用“不分離”行為選項施加大轉動模擬特定物理效果。 不分離：目標面和接觸面一旦建立接觸就不再分離（允許滑動）。 模型描述：懸臂梁，端部施加旋轉(圖7-4)文件：no_separation.inp圖7-4采用solid185單元：3d 8 node structural solid單元，具有大變形能力。/view,1,1,1/prep7k,1,10,0,0block,0,10,-0.5,0.5,-0.5,0.5rectng,9.5,10,-1,1agen,7,-0.5,1agen,itiem,na1,na2,ninc,dx,dy,dz,

44、king,moelem,imoveimove =1 move original areas to new positionarsym,z,7arsym,ncomp,na1復制一組面積，對稱于某軸et,1,185mp,ex,1,10000esize,0.5vmesh,1esize,2 ! 為目標面分網(wǎng)用/solutionnsel,loc,x,0d,all,all,0/pbc,u,1finisheplotsave,no-separation,db1以下用接觸向導建立接觸對:step 1.恢復 no_separation.dbutility menu file resume from選 no_sep

45、aration.db 【ok】step 2.采用接觸向導創(chuàng)建接觸對main menu preprocessor modeling create contact pair【contact wizard】指定目標面：target surface: areastarget type: rigid【pick target】 選a7, a8 【ok】指定接觸面：【next】contact surface: areas【pick target】 選a1, a2 【ok】指定選項設置：【next】【optional settings】選擇表basiccontact surface behavior = no

46、 separation 【ok】建立接觸對：coefficient of friction = 0【create】【finish】step 3.創(chuàng)建目標單元控制點設置單元屬性：main menu preprocessor modeling create element elem attributeselement type number = 2 targe170material number = 1real constant set number = 3target element shape = pilot node或用命令：type,2mat,1real,3tshap,pilo繪關鍵點：k

47、plot 選k1(節(jié)點198)建立目標單元控制點main menu preprocessor meshing mesh keypoints拾取關鍵點1 【ok】或命令： kmesh,1step 4.施加45轉動（0.7854弧度）main menu preprocessor loads define loads apply structural displacement on keypointsrotxdisplacement value = 0.7854 【ok】或命令:/soludk, 1, rotx, 0.7854step 5.指定“基本”求解選項main menu solution a

48、nalysis type soln controls選basic analysis option = large displacement statictime at end of loadstep = 45number of substeps = 45max no. of substeps = 180min no. of substeps = 5all solution itemswrite every substep【ok】或命令：nlgom,ontime,45nsubst,45,180,5outres,all,allstep 6.求解solvestep 7.讀入最后子步結果，后處理/po

49、st1set, last選實體單元進行后處理：utility menu select entitieselementsby elem nameelement name = solid 185choose = from full【ok】或命令：esel, s, ename, solid 185繪位移總矢量：main menu general postproc plot results nodal soludof solutionusum【ok】或命令：plnsol, u, sumusum dmx = 0.855708smx = 0.855708 例3.緊配合環(huán)（初試穿透） 目標：驗證接觸初始穿透

50、選項。 采用缺省值和漸進化穿透選項求解一個大的初始穿透接觸分析，比較結果。 模型模述：緊配合環(huán)、軸對稱(圖7-5) 文件：interference.inp圖7-5/prep7et,1,183,1 ! 軸對稱 大應變et,2,169 ! target 169 2d目標單元et,3,172 ! target 172 2d 3節(jié)點高階拋物線接觸單元mp,ex,1,10e3mp,nuxy,1,0mp,mu,2,0 ! 無摩擦rectng,1.5,2,0,1rectng,1.9,2.4,0,1esize,0.05amesh,all ! type, 1 ; mat, 1type,2mat,2real,2l

51、sel,loc,x,1.9nsll,1 ! 1.9線上的節(jié)點esurf ! 創(chuàng)建目標單元target169! * type,3 ! mat, 2 ; real, 2lsel,loc,x,2nsll,s,1 esurf ! 創(chuàng)建接觸面conta172allsel,all /solution d,node(1.5,0,0),uy,0 d,node(2.4,0,0),uy,0 nlgeom,on nsubst,10,50,5 finish /pbc,u,1 /number,1 /pnum,mat,1 eplot save,interference,db ! 包含有限元模型、接觸對、材料、邊界條件，求

52、解控制分析步驟：step 1.恢復數(shù)據(jù)庫文件utility menu file resume from選 interference.db 【ok】step 2. 重定位輸出文件utility menu file switch output to fileinterference.output【ok】或命令：/output,interference,outputstep 3.求解接觸分析/solusolvestep 4.重定位輸出到輸出窗口utility menu file switch output to output window或命令：/output, termstep 5.繪制徑向應力m

53、ain menu general postproc plot results contour plot nodal solustress x-direction sx 【ok】或命令:/post1plnsol,s,x ! 結果：徑向應力0step 6.列表顯示接觸結果 main menu general postproc list results nodal solution選 nonlinear items contact cont 【ok】或命令： prnsol,contstat = 0“張開”幾乎不接觸stat = 1 “張開”但幾乎接觸stat = 2 “閉合”并滑動stat = 3

54、“閉合”并粘著step 7.檢查輸出文件內容（interference.output）* note *no contact was detected for a contact pair specified by real constant set 2大初始穿透問題可能導致無法檢測到接觸或檢測到接觸面求解存在收斂困難。在此情況下推薦在第一個載荷步中包含漸進化效應。step 8.為初始穿透選項指定漸進化效應可通過conta172單元選項設置可通過接觸向導中initial adjustment的設置(1)main menu preprocessor element type add/edit/de

55、lete選type 3 conta172【option】initial penetration/gap k9 = include_ramp【ok】【close】或命令:/prep7keyopt,3,9,2 (2)或向導 initial adjustment initial penetration: include everything with ramped effect【ok】step 9.重定位輸出到文件utility menu file switch output to fileramped.output【ok】step 10. 分析/solusolvestep 11.重定位輸出到輸出窗

56、口utility menu file switch output to output window命令：/output,termstep 12.繪徑向應力main menu general postproc plot results contour plot nodal solustress x-direction sx 【ok】或命令:/post 1plnsol,s,xstep 13.將軸對稱模型擴展為整個模型顯示utility menu plotctrls style symmetry expansion 2d axi-symmetricselect expansion amount =

57、full expansion【ok】或命令：/expand,36,axis,10/replotiso 顯示/view,1,1,1/replotstep 14. 檢查輸出文件 ramped.outputinitial penetration will be ramped during the first load step在第一載荷步，初始穿透漸進化。* note *max. initial penetration 0.1 was detected between contact element 425 and target element 405 specified by read const

58、ant set 2檢測到大的初始穿透 例4.兩剛性面間夾圓柱體分析（剛體模式應用初始接觸環(huán)icont）目標：驗證使用初始接觸環(huán)調整帶來克服接觸分析中的剛體模式模型描述：2d平面應力、1/4對稱、施加壓力(圖7-6)文件名: icont.inp/prep7cyl4,0,0,0,0,1,90rectng,0,2.5,1.003,1.5 ! 圖7-7et,1,182 ! plane182 2d structural solid 4節(jié)點ux, uy平面應力、平面應變和軸對稱單元、大變形、大應變圖7-6 圖7-7et,2,169 ! target169et,3,171 ! conta171mp,ex,1

59、,1000mp,ex,2,30e6mp,mu,3,0esize,0.1amesh,1 ! type, 1 ;mat, 1mat,2amesh,2! * 創(chuàng)建目標目單元 *type,2mat,3real,2lsel,loc,y,1.003nsll,1esurf! * 創(chuàng)建接觸單元 *type,3csys,1lsel,loc,x,1nsll,1esurfcsys,0llsel,all/solutionlsel,loc,x,0dl,all,ux,0lsel,loc,y,0dl,all,uy,0lsel,loc,y,1.5sfl,all,pres,200allsel,all! * 求解控制 *nlge

60、om,onnsubst,10,100,5sbctran/pbc,u,1/psf,pres,norm,2/number,1/pnum,mat,1eplotsave,icont,db其中icont.db數(shù)據(jù)文件包括此模型的有限元模型、接觸對、邊界條件、載荷、材料定義等。step 1.恢復數(shù)據(jù)庫utility menu file resume from選icont.db 【ok】step 2.重定位輸出到文件utility menu file switch output to fileicont.output【ok】step 3.求解接觸分析/solusolve產(chǎn)生錯誤，不能求解utility menu list fil