ansys非線性接觸分析

1、第五章   接觸分析5.1 概述接觸問題是一種高度非線性行為，需要較多的計(jì)算機(jī)資源。為了進(jìn)行切實(shí)有效的計(jì)算，理解問題的物理特性和建立合理的模型是很重要的。接觸問題存在兩個(gè)較大的難點(diǎn)：其一，在用戶求解問題之前，用戶通常不知道接觸區(qū)域。隨載荷、材料、邊界條件和其它因素的不同，表面之間可以接觸或者分開，這往往在很大程度上是難以預(yù)料的，并且還可能是突然變化的。其二，大多數(shù)的接觸問題需要考慮摩擦作用，有幾種摩擦定律和模型可供挑選，它們都是非線性的。摩擦效應(yīng)可能是無序的，所以摩擦使問題的收斂性成為一個(gè)難點(diǎn)。注意 -如果在模型中，不考慮摩擦，且物體之間的總是保持接觸，則可以應(yīng)用約束方程或

2、自由度藕合來代替接觸。約束方程僅在小應(yīng)變分析( NLGEOM ，off)中可用。見ANSYS Modeling and Meshing Guide中的§12，Coupling and Constraint Equations。除了上面兩個(gè)難點(diǎn)外，許多接觸問題還必須涉及到多物理場(chǎng)影響，如接觸區(qū)域的熱傳導(dǎo)、電流等。5.1.1 顯式動(dòng)態(tài)接觸分析能力除了本章討論的隱式接觸分析外，ANSYS還在ANSYS/LS-DYNA中提供了顯式接觸分析功能。顯式接觸分析對(duì)于短時(shí)間接觸-碰撞問題比較理想。關(guān)于ANSYS/LS-DYNA的更多的信息參見ANSYS/LS-DYNA User"s Gui

3、de。5.2 一般接觸分類接觸問題分為兩種基本類型：剛體柔體的接觸，柔體柔體的接觸。在剛體柔體的接觸問題中，接觸面的一個(gè)或多個(gè)被當(dāng)作剛體，(與它接觸的變形體相比，有大得多的剛度)。一般情況下，一種軟材料和一種硬材料接觸時(shí)，可以假定為剛體柔體的接觸，許多金屬成形問題歸為此類接觸。柔體柔體的接觸是一種更普遍的類型，在這種情況下，兩個(gè)接觸體都是變形體(有相似的剛度)。柔體柔體接觸的一個(gè)例子是栓接法蘭。5.3 ANSYS接觸分析功能ANSYS支持三種接觸方式：點(diǎn)點(diǎn)，點(diǎn)面，面面接觸。每種接觸方式使用不同的接觸單元集，并適用于某一特定類型的問題。為了給接觸問題建模，首先必須認(rèn)識(shí)到模型中的哪些部分可能會(huì)相互

4、接觸。如果相互作用的其中之一是一點(diǎn)，模型的對(duì)應(yīng)組元是一個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果相互作用的其中之一是一個(gè)面，模型的對(duì)應(yīng)組元是單元，如梁單元、殼單元或?qū)嶓w單元。有限元模型通過指定的接觸單元來識(shí)別可能的接觸對(duì)，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸面之上的一層單元，至于ANSYS使用的接觸單元和使用它們的過程，后面會(huì)分類詳述，然后論述ANSYS接觸單元和他們的功能。參見ANSYS Elements Reference和ANSYS Theory Reference。表5-1 ANSYS接觸分析功能點(diǎn)-點(diǎn)點(diǎn)-面面 - 面 CONTAC 12 CONTAC52 CONTA 178 CONTAC26 CONTAC48 CONTA

5、C49 CONTAC171,172 TARGET 169 CONTAC 173, 174 TARGET 170 點(diǎn)-點(diǎn) Y YY點(diǎn)-面YYY面-面YYYY2-DYYYYYY3-DYYYY滑動(dòng)小 小 小 大 大 大大大曲面YY圓柱間隙YY純Lagrange乘子Y增加Lagrange乘子YYYYY接觸剛度 用戶定義 半自動(dòng)用戶定義 用戶定義 用戶定義 半自動(dòng)半自動(dòng)自動(dòng)網(wǎng)格工具EINTF EINTF None GCGEN GCGEN ESURF ESURF 低階 YY Y Y Y Y Y Y 高階YYY剛體-柔體YYYYYYYY柔體-柔體YYYYYYY熱接觸YYYY5.3.1 面面的接觸單元ANSY

6、S支持剛體柔體和柔體柔體的面面的接觸單元。這些單元應(yīng)用“目標(biāo)”面和“接觸”面來形成接觸對(duì)。   分別用TARGE169或TARGE170來模擬2D和3D目標(biāo)面。   用CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174來模擬接觸面。為了建立一個(gè)“接觸對(duì)”，給目標(biāo)單元和接觸單元指定相同的實(shí)常數(shù)號(hào)。參見§5.4。這些面-面接觸單元非常適合于過盈裝配安裝接觸或嵌入接觸，鍛造，深拉問題。與點(diǎn)面接觸單元相比，面面接觸單元有許多優(yōu)點(diǎn):   支持面上的低階和高階單元(即角節(jié)點(diǎn)或有中節(jié)點(diǎn)的單元)；  

7、 支持有大滑動(dòng)和摩擦的大變形。計(jì)算一致剛度陣，可用不對(duì)稱剛度陣選項(xiàng)；   提供為工程目的需要的更好的接觸結(jié)果，如法向壓力和摩擦應(yīng)力；   沒有剛體表面形狀的限制，剛體表面的光滑性不是必須的，允許有自然的或網(wǎng)格離散引起的表面不連續(xù)；   與點(diǎn)面接觸單元比，需要較少的接觸單元，因而只需較小的磁盤空間和CPU時(shí)間，并具有高效的可視化；   允許多種建?？刂?，例如：   綁定接觸，不分離接觸，粗糙接觸；   漸變初始穿透；   目標(biāo)面自動(dòng)移動(dòng)到初始接觸； 

8、;  平移接觸面(考慮梁和單元的厚度)，用戶定義的接觸偏移；   死活能力；   支持熱-力耦合分析。使用這些單元來做為剛性目標(biāo)面，能模擬2D和3D中的直線(面)和曲線(面)，通常用簡單的幾何形狀例如圓、拋物線、球、圓錐、圓柱來模擬曲面。更復(fù)雜的剛體形狀或普通可變形體，可以應(yīng)用特殊的前處理技巧來建模，參見§5.4。面-面接觸單元不能很好地應(yīng)用于點(diǎn)-點(diǎn)或點(diǎn)-面接觸問題，如管道或鉚頭裝配。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用點(diǎn)-點(diǎn)或點(diǎn)-面接觸單元。用戶也可以在大多數(shù)接觸區(qū)域應(yīng)用面-面接觸單元，而在少數(shù)接觸角點(diǎn)應(yīng)用點(diǎn)-點(diǎn)接觸單元。  

9、  面面接觸單元只支持一般的靜態(tài)或瞬態(tài)分析，屈曲、模態(tài)、譜分析或子結(jié)構(gòu)分析。不支持諧響應(yīng)分析、縮減或模態(tài)疊加瞬態(tài)分析，或縮減或模態(tài)疊加諧響應(yīng)分析。本章后面將分別討論ANSYS不同接觸分析類型的能力。5.3.2 點(diǎn)面接觸單元點(diǎn)面接觸單元主要用于給點(diǎn)面接觸行為建模，例如兩根梁的相互接觸(梁端或尖角節(jié)點(diǎn))，鉚頭裝配部件的角點(diǎn)。如果通過一組節(jié)點(diǎn)來定義接觸面，生成多個(gè)單元，那么可以通過點(diǎn)面接觸單元來模擬面面的接觸問題。面既可以是剛性體也可以是柔性體。這類接觸問題的一個(gè)典型例子是插頭插到插座里。使用這類接觸單元，不需要預(yù)先知道確切的接觸位置，接觸面之間也不需要保持一致的網(wǎng)格。并且允許有大的變形和

10、大的相對(duì)滑動(dòng)，雖然這一功能也可以模擬小的滑動(dòng)。CONTACT48 和 CONTACT49單元是點(diǎn)面的接觸單元。這2種單元支持大滑動(dòng)、大變形、以及接觸部件間不同的網(wǎng)格。用戶也可以用這2種單元來進(jìn)行熱-機(jī)械耦合分析，其中熱在接觸實(shí)體之間的傳導(dǎo)非常重要。應(yīng)用 CONTACT26 單元用來模擬柔性點(diǎn)剛性面的接觸。對(duì)有不光滑剛性面的問題，不推薦采用 CONTACT26 單元，因?yàn)樵谶@種環(huán)境下，可能導(dǎo)致接觸的丟失。在這種情況下，CONTACT48 通過使用偽單元算法，能提供較好的建模能力(參見ANSYS Theory Reference)，但如果目標(biāo)面嚴(yán)重不連續(xù)，依然可能失敗。5.3.3 點(diǎn)點(diǎn)接觸單元點(diǎn)點(diǎn)

11、接觸單元主要用于模擬點(diǎn)點(diǎn)的接觸行為。為了使用點(diǎn)點(diǎn)接觸單元，用戶需要預(yù)先知道接觸位置，這類接觸問題只能適用于接觸面之間有較小相對(duì)滑動(dòng)的情況(即使在幾何非線性情況下)。其中一個(gè)例子是傳統(tǒng)的管道裝配模型，其中接觸點(diǎn)總是在管端和約束之間。點(diǎn)點(diǎn)接觸單元也可以用于模擬面面的接觸問題，如果兩個(gè)面上的節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，相對(duì)滑動(dòng)又可以忽略不計(jì)，兩個(gè)面位移(轉(zhuǎn)動(dòng))保持小量，那么可以用點(diǎn)點(diǎn)的接觸單元來求解面面的接觸問題，過盈裝配問題是一個(gè)用點(diǎn)點(diǎn)的接觸單元來模擬面面接觸問題的典型例子。另一個(gè)點(diǎn)點(diǎn)接觸單元的應(yīng)用是表面應(yīng)力的精確分析，如透平機(jī)葉片的分析。ANSYS的 CONTA178 單元是大多數(shù)點(diǎn)-點(diǎn)接觸問題的最好選擇。它

12、比其他單元提供了范圍更廣的選項(xiàng)和求解類型。CONTAC12 和 CONTAC52 單元保留的理由，在很大程度上是為了與已有模型的向下兼容。5.4 面面的接觸分析用戶可以應(yīng)用面-面接觸單元來模擬剛體-柔體或柔體之間的接觸。從菜單(Preprocessor>Create>Contact Pair>Contact Wizard)進(jìn)入接觸向?qū)?，為大多?shù)接觸問題建立接觸對(duì)提供了簡單的方法。接觸向?qū)⒅笇?dǎo)用戶建立接觸對(duì)的整個(gè)過程。每個(gè)對(duì)話框中的HELP按鈕對(duì)其應(yīng)用及選項(xiàng)作了詳細(xì)說明。在用戶未對(duì)模型的任何區(qū)域分網(wǎng)之前，接觸向?qū)Р荒軕?yīng)用。如果用戶希望建立剛體-柔體模型，則在進(jìn)入接觸向?qū)?，僅

13、對(duì)用作柔體接觸面的部分分網(wǎng)(不對(duì)剛體目標(biāo)面分網(wǎng))。如用戶希望建立柔體-柔體接觸模型，則應(yīng)在進(jìn)入接觸向?qū)?，?duì)所有用作接觸面的部件進(jìn)行分網(wǎng)(包括目標(biāo)面)。下面諸節(jié)將論述不用接觸向?qū)斫⒔佑|面和目標(biāo)面的方法。5.4.1 應(yīng)用面-面接觸單元在涉及到兩個(gè)邊界的接觸問題中，很自然把一個(gè)邊界作為“目標(biāo)”面，而把另一個(gè)作為“接觸”面。對(duì)剛體柔體的接觸，目標(biāo)面總是剛性面，接觸面總是柔性面。對(duì)柔體柔體的接觸，目標(biāo)面和接觸面都與變形體關(guān)聯(lián)。這兩個(gè)面合起來叫作“接觸對(duì)”。使用TARGE169與CONTA171(或CONTA172)單元來定義2-D接觸對(duì)。使用TARGE170與CONTA173(或CONTA174)

14、單元來定義3-D接觸對(duì)。程序通過相同的實(shí)常數(shù)號(hào)來識(shí)別每一個(gè)接觸對(duì)。5.4.2 接觸分析的步驟典型面面接觸分析的基本步驟如下，后面將對(duì)每一步驟進(jìn)行詳細(xì)解釋。1、建立幾何模型并劃分網(wǎng)格；2、識(shí)別接觸對(duì)；3、指定接觸面和目標(biāo)面；4、定義目標(biāo)面；5、定義接觸面；6、設(shè)置單元關(guān)鍵選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)；7、定義控制剛性目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)(僅適用于剛體-柔體接觸)；8、施加必須的邊界條件；9、定義求解選項(xiàng)和載荷步；10、求解接觸問題；11、查看結(jié)果。5.4.3 建立幾何模型并劃分網(wǎng)格在這一步，用戶需要建立代表接觸體的幾何實(shí)體模型。與其它分析一樣，需要設(shè)置單元類型、實(shí)常數(shù)、材料特性。用恰當(dāng)?shù)膯卧愋徒o接觸體劃分網(wǎng)格。參見A

15、NSYS Modeling and Meshing Guide。命令： AMESH VMESH GUI：Main Menu>Preprocessor>Mesh5.4.4 識(shí)別接觸對(duì)用戶必須判斷模型在變形期間哪些地方可能發(fā)生接觸。一旦已經(jīng)判斷出潛在的接觸面，就應(yīng)該通過目標(biāo)單元和接觸單元來定義它們，目標(biāo)和接觸單元將跟蹤變形階段的運(yùn)動(dòng)。構(gòu)成一個(gè)接觸對(duì)的目標(biāo)單元和接觸單元通過共享的實(shí)常數(shù)號(hào)聯(lián)系起來。接觸區(qū)域可以任意定義，然而為了更有效地進(jìn)行計(jì)算(主要指CPU時(shí)間)，用戶可能想定義更小的局部化的接觸區(qū)域，但要保證它足以描述所需要的所有接觸行為。不同的接觸對(duì)必須通過不同的實(shí)常數(shù)號(hào)來定義，即使實(shí)

16、常數(shù)沒有變化。但不限制允許的面的數(shù)目。圖5-1 局部接觸區(qū)域由于幾何模型和潛在變形的多樣性，有時(shí)候一個(gè)接觸面的同一區(qū)域可能與多個(gè)目標(biāo)面產(chǎn)生接觸關(guān)系。在這種情況下，應(yīng)該定義多個(gè)接觸對(duì)(使用多組覆蓋接觸單元)。每個(gè)接觸對(duì)有不同的實(shí)常數(shù)號(hào)。見 圖5-1 。5.4.5 指定接觸面和目標(biāo)面接觸單元被限制不得穿透目標(biāo)面。但是，目標(biāo)單元可以穿透接觸面。對(duì)于剛體-柔體接觸，目標(biāo)面總是剛體表面，而接觸面總是柔體表面。對(duì)于柔體-柔體接觸，選擇那一個(gè)面作為接觸面或目標(biāo)面可能會(huì)引起穿透量的不同，從而影響求解結(jié)果。這可參照下面的論述：   如凸面預(yù)期與一個(gè)平面或凹面接觸，則平面/凹面應(yīng)當(dāng)指定為目標(biāo)面

17、；   如一個(gè)面有較密的網(wǎng)格，而相比較之下，另一個(gè)面網(wǎng)格較粗，則較密網(wǎng)格的面應(yīng)當(dāng)是接觸面，而較粗網(wǎng)格的面則為目標(biāo)面；   如一個(gè)面比另一個(gè)面剛，則較柔的面應(yīng)當(dāng)指定為接觸面，而較剛的面則為目標(biāo)面；   如果高階單元位于一個(gè)外表面，而低階單元位于另一個(gè)面，則前者應(yīng)指定為接觸面，后者則為目標(biāo)面；   如果一個(gè)面明顯地比另一個(gè)面大(如一個(gè)面包圍其他面)，則較大的面應(yīng)指定為目標(biāo)面。上面的論述對(duì)于不對(duì)稱接觸是正確的。但不對(duì)稱接觸可能不能滿足模型需要。下面一小節(jié)祥細(xì)論述不對(duì)稱接觸和對(duì)稱接觸的差異，并簡要說明需要對(duì)稱接觸的一些場(chǎng)合

18、。5.4.6 不對(duì)稱接觸與對(duì)稱接觸不對(duì)稱接觸定義為所有的接觸單元在一個(gè)面上，而所有的目標(biāo)單元在另一個(gè)面上的情況。有時(shí)候也稱為“單向接觸”。這在模擬面-面接觸時(shí)最為有效。但是，在某些環(huán)境下，不對(duì)稱接觸不能滿足要求。在這些情況下，可以把任一個(gè)面指定為目標(biāo)面和接觸面。然后在接觸的面之間生成二組接觸對(duì)(或僅是一個(gè)接觸對(duì)，如自接觸情況)。這就稱為對(duì)稱接觸，有時(shí)也稱為“雙向接觸”。顯然，對(duì)稱接觸不如非對(duì)稱接觸效率高。但是，許多分析要求應(yīng)用對(duì)稱接觸(典型地，是為了減少穿透)。要求對(duì)稱接觸的情況如下：   接觸面和目標(biāo)面區(qū)分不十分清楚；   二個(gè)面都有十分粗糙的網(wǎng)格。對(duì)

19、稱接觸算法比非對(duì)稱接觸算法在更多的面上施加了接觸約束條件。如果二個(gè)面上的網(wǎng)格相同并且足夠密，則對(duì)稱接觸算法可能不會(huì)顯著改變運(yùn)行，而事實(shí)上可能更費(fèi)CPU時(shí)間。在這種情況下，拾取一個(gè)面為目標(biāo)面，而另一個(gè)面為接觸面。在任何接觸模型中，可以混合不同的接觸對(duì)：剛體-柔體或柔體-柔體接觸對(duì)；對(duì)稱接觸或非線稱接觸。但在一個(gè)接觸對(duì)中只能有一種類型。5.4.7 定義目標(biāo)面目標(biāo)面可以是2D或3D的剛體或柔體的面。對(duì)于柔體目標(biāo)面，一般應(yīng)用 ESURF 命令來沿現(xiàn)有網(wǎng)格的邊界生成目標(biāo)單元。也可以按相同的方法來生成柔體接觸面(見§5.4.8)。用戶不應(yīng)當(dāng)應(yīng)用下列剛性目標(biāo)面作為柔體接觸面：ARC, CARC,

20、CIRC, CYL1, CONE, SPHE 或 PILO。對(duì)于剛體目標(biāo)面的情況論述如下。在2D情況下，剛性目標(biāo)面的形狀可以通過一系列直線、圓弧和拋物線來描述，所有這些都可以用 TARGE169 單元來表示。另外，可以使用它們的任意組合來描述復(fù)雜的目標(biāo)面。在3D情況下，目標(biāo)面的形狀可以通過三角面、圓柱面、圓錐面和球面來描述，所有這些都可以用 TAPGE170 單元來表示。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的、任意形狀的目標(biāo)面，可以使用低階/高階三角形和四邊形來給它建模。5.4.7.1 控制節(jié)點(diǎn)剛性目標(biāo)面可能會(huì)與“控制(pilot)節(jié)點(diǎn)”聯(lián)系起來，它實(shí)際上是一個(gè)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的單元，其運(yùn)動(dòng)控制整個(gè)目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)，因此可以

21、把控制節(jié)點(diǎn)作為剛性目標(biāo)的控制器。整個(gè)目標(biāo)面的力/力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)/位移可以只通過控制節(jié)點(diǎn)來表示?？刂乒?jié)點(diǎn)可能是目標(biāo)單元中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也可能是一個(gè)任意位置的節(jié)點(diǎn)。只有當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)或力矩載荷時(shí)，控制節(jié)點(diǎn)的位置才是重要的。如果用戶定義了控制節(jié)點(diǎn)，ANSYS程序只在控制節(jié)點(diǎn)上檢查邊界條件，而忽略其它節(jié)點(diǎn)上的任何約束。注意 -當(dāng)前的接觸向?qū)Р恢С稚煽刂乒?jié)點(diǎn)。用戶可以在接觸向?qū)舛x控制節(jié)點(diǎn)。5.4.7.2 基本圖元用戶可以使用基本幾何圖元，如圓、圓柱、圓錐、球，來模擬目標(biāo)面(它需要實(shí)常數(shù)來定義半徑)。也可以組合圖元與一般的直線、拋物線、三角形和四邊形來定義目標(biāo)面。本文系e-works專稿，未經(jīng)授權(quán)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載 5

22、.4.7.3 單元類型和實(shí)常數(shù)在生成目標(biāo)單元之前，首先必須定義單元類型(2維的TARGE169單元，或3維的TARGE170單元)。命令： ET GUI：main menu>preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete隨后必須設(shè)置目標(biāo)單元的實(shí)常數(shù)。命令： Real GUI：main menn>preprocessor>real constants對(duì)于 TARGE169 單元和 TARGE170 單元，僅需設(shè)置實(shí)常數(shù)R1和R2(如果需要的話)。關(guān)于目標(biāo)單元、單元形狀、實(shí)常數(shù)的完整描述，參見ANSYS Elements Refe

23、rence中TARGE169單元和TARGE170單元的論述。注意 -只有在使用直接生成法建立目標(biāo)單元時(shí)，才需要指定實(shí)常數(shù)R1、R2。另外除了直接生成法，用戶也可以使用ANSYS網(wǎng)格劃分工具生成目標(biāo)單元，下面解釋這兩種方法。5.4.7.4 使用直接生成法建立剛性目標(biāo)單元為了直接生成目標(biāo)單元，使用下面的命令和菜單。命令： TSHAP GUI：main menu>preprocessor>modeling-create>Elements>Elem Attributes隨后指定單元形狀，可能的形狀有：   直線(2D)   拋物線(2-

24、D)   順時(shí)針的圓弧(2-D)   反時(shí)針的圓弧(2-D)   圓(2-D)   三角形(3-D)   圓柱(3-D)   圓錐(3-D)   球(3-D)   控制節(jié)點(diǎn)(2-D和3-D)一旦用戶指定目標(biāo)單元形狀，所有以后生成的單元都將保持這個(gè)形狀，除非用戶指定另外一種形狀。注意 -不能在同一個(gè)目標(biāo)面上混合2D和3D目標(biāo)單元。注意 -不能在同一個(gè)目標(biāo)面上混合剛體目標(biāo)單元和柔體目標(biāo)單元。在求解期間，ANSYS對(duì)具有下伏單元的目標(biāo)單元指定

25、為可變形狀態(tài)，而對(duì)沒有下伏單元的目標(biāo)單元指定為剛體狀態(tài)。如果刪除柔性表面的下伏單元的一部分，在求解時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤。用戶可以用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS直接生成技術(shù)生成節(jié)點(diǎn)和單元。參見ANSYS Modeling and Meshing Guide§9。命令： N E GUI：main menu>preprocessor> modeling- create>nodesmain menu>preprocessor> modeling- create>Elements在建立單元之后，可以通過列表單元來驗(yàn)證單元形狀。命令： ELIST GUI：utility me

26、nu>list>Elements>Nodes+Attributes5.4.7.5 使用ANSYS網(wǎng)格劃分工具生成剛性目標(biāo)單元用戶也可以用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS網(wǎng)格劃分功能讓程序自動(dòng)地生成目標(biāo)單元。ANSYS程序會(huì)基于體模型生成合適的目標(biāo)單元形狀，而忽略 TSHAP 命令的選項(xiàng)。為了生成一個(gè)控制(Pilot)節(jié)點(diǎn)，使用下面的命令或GUI路徑：命令： KMESH GUI：main menu>preprocessor>meshing-mesh>keypoints注意 ： KMESH 總是生成控制節(jié)點(diǎn)。為了生成一個(gè)2D剛性目標(biāo)單元，使用下面的命令和GUI路徑。ANSYS在

27、每條線上生成一條單一的線，在B-樣條曲線上生成拋物線線段，在每條圓弧和倒角線上生成圓弧線段，參見 圖5-2 。如果所有的圓弧形成一個(gè)封閉的圓，ANSYS 生成一個(gè)單一的圓，參見 圖5-3 。但是，如果圍成封閉圓的弧是從外部輸入(如IGES)的幾何實(shí)體，則ANSYS可能無法生成一個(gè)單一的圓。命令： LMESH GUI：main menu>preprocessor>meshing-mesh>lines圖5-2 ANSYS幾何實(shí)體和相應(yīng)的剛性目標(biāo)單元圖5-3 從圓弧線段生成單一的圓為了生成3D的目標(biāo)單元，使用下面的命令或GUI路徑。命令： AMESH GUI：main menu&g

28、t;preprocessor>-meshing-mesh>Areas如果實(shí)體模型的表面部分形成了一個(gè)完整的球、圓柱或圓錐，那么ANSYS程序通過 AMESH 命令，自動(dòng)生成一個(gè)基本3D目標(biāo)單元。因?yàn)樯奢^少的單元，從而使用戶分析計(jì)算更有效率。對(duì)任意形狀的表面，應(yīng)該使用 AMESH 命令來生成目標(biāo)單元。在這種情況下，網(wǎng)格形狀的質(zhì)量不重要。而目標(biāo)單元的形狀是否能較好地模擬剛性面的表面幾何形狀顯得更重要。在所有可能的面上，推薦使用映射網(wǎng)格。如果在表面邊界上沒有曲率，則在網(wǎng)格劃分時(shí)，指定那條邊界分為一份。剛體TAREG169單元總是在一根線上按一個(gè)單元這樣來分網(wǎng)，而忽略 LESIZE 命令

29、的設(shè)置。缺省的單元形狀是四邊形。如果要用三角形目標(biāo)單元，應(yīng)用 MSHAPE ,1。 圖5-4 示出任意目標(biāo)面的網(wǎng)格布局。下面的命令或GUI路徑，將盡可能地生成一個(gè)映射網(wǎng)格(如果不能進(jìn)行映射，它將生成自由網(wǎng)格)。命令： MSHKFY ，2GUI：main menu>preprocessor>-meshing-mesh>-Areas-Target Surf圖5-4 任意目標(biāo)面的網(wǎng)格布局如果目標(biāo)面是平面(或接近平面)，用戶可以選擇低階目標(biāo)單元(3節(jié)點(diǎn)三角形或4節(jié)點(diǎn)四邊形單元)。如果目標(biāo)面是曲面，用戶應(yīng)該選擇高階目標(biāo)單元(6節(jié)點(diǎn)三角形或8節(jié)點(diǎn)四邊形單元)。為此在目標(biāo)單元定義中設(shè)置KE

30、YOPT(1)=1。注意 -低階單元致使獲取穿透和間隙時(shí)CPU的開銷較?。坏?，分網(wǎng)后的面可能不夠光滑。高階單元?jiǎng)t在獲取穿透和間隙時(shí)CPU的開銷較大；但是需要較少的單元就可以離散整個(gè)目標(biāo)曲面。注意 -如果通過程序分網(wǎng)( KMESH 、LMESH、ESURF 命令)來建立目標(biāo)單元，則忽略 TSHAP 命令，而ANSYS自動(dòng)選擇合適的形狀。5.4.7.5.1 建模和網(wǎng)格劃分的一些訣竅一個(gè)目標(biāo)面可能由兩個(gè)或多個(gè)不連續(xù)的區(qū)域組成。用戶應(yīng)該盡可能地通過定義多個(gè)目標(biāo)面，來使接觸區(qū)域限于局部(每個(gè)目標(biāo)面有一個(gè)不同的實(shí)常數(shù)號(hào))。剛性面上的形狀不限制，不要求光滑。但是，要保證剛性目標(biāo)面上曲面的離散足夠。過粗的網(wǎng)

31、格離散可能導(dǎo)致收斂問題。如果剛性面有一個(gè)尖銳的凸角，求解大的滑動(dòng)問題時(shí)很難獲得收斂結(jié)果。為了避免這些建模問題，在實(shí)體模型上使用線或面的倒角來使尖角光滑化，或者在曲率突變的區(qū)域使用更細(xì)的網(wǎng)格或使用高階單元，見 圖5-5 。圖5-5 凸角的光滑化5.4.7.5.2 檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)面的節(jié)點(diǎn)號(hào)順序(接觸方向)目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)號(hào)順序是重要的，因?yàn)樗x了接觸方向。對(duì)2D接觸問題，當(dāng)沿著目標(biāo)線從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)移向第二個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，變形體的接觸單元必須位于目標(biāo)面的右邊。見 圖5-6 。圖5-6 正確的節(jié)點(diǎn)順序?qū)?D接觸問題，目標(biāo)三角形單元號(hào)應(yīng)使剛性面的外法線方向指向接觸面。外法線通過右手法則來定義。為了檢查法線方向，顯示單元

32、坐標(biāo)系。命令：/ PSYMB ，ESYS，1GUI：Utility menu>PlotCtrls>symbols如果單元法向不指向接觸面，選擇該單元，反轉(zhuǎn)表面法線的方向。命令： ESURF ,REVEGUI：main menu>preprocossor>create>Elements>Surf to Surf或重新定向單元的法向：命令： ENORM GUI：Main Menu>Preprocessor>Create>Move/Modify>Shell Normals注意 -在目標(biāo)元素(如完整的圓、圓柱、圓錐、球)上的接觸，只能在這些目

33、標(biāo)元素的外表面上出現(xiàn)。5.4.8 定義柔體的接觸面為了建立柔體的接觸面，對(duì)于2D接觸必須使用接觸單元 CONFA171 或 CONFA172 接觸單元；對(duì)于3D接觸必須使用 CONTA173 或 CONTA174 接觸單元。程序通過組成柔體表面的接觸單元來定義接觸面。接觸單元與下伏柔體單元有同樣的幾何特性。接觸單元與下伏柔體單元必須處于同一階次(低階或高階)，以使在邊上的節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)。高階接觸單元可以通過消除中節(jié)點(diǎn)而與低階下層單元匹配。下伏單元可能是實(shí)體單元、殼單元、2D梁單元。接觸面可以在殼或梁單元任何一邊。下伏單元也可以是超單元。但是，軸對(duì)稱調(diào)和單元不能用作下伏單元。與目標(biāo)面單元一樣，用戶必須

34、定義接觸面的單元類型，然后選擇正確的實(shí)常數(shù)號(hào)(在每個(gè)接觸對(duì)中，實(shí)常數(shù)號(hào)必須與它所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)面的實(shí)常數(shù)號(hào)相同)，最后生成接觸單元。5.4.8.1 單元類型下面簡單描述四種類型的接觸單元。參見ANSYS Elements Reference。   CONTA171：這是2D、2個(gè)節(jié)點(diǎn)的低階線單元，可位于2D實(shí)體、殼或梁單元(如 BEAM3、PLANE42 或 SHELL51)的表面。   CONTA172：這是2D、3節(jié)點(diǎn)的高階拋物線形單元，可位于有中節(jié)點(diǎn)的2D實(shí)體或梁單元(如 PLANE82 或 VISCO88)的表面。   CONTA

35、173：這是3D、4節(jié)點(diǎn)的低階四邊形單元，可位于3D實(shí)體或殼單元(如 SOLID45 或 SHELL181)的表面?？赏嘶?節(jié)點(diǎn)的三角形單元。   CONTA174：這是3D、8節(jié)點(diǎn)的高階四邊形單元，可位于有中節(jié)點(diǎn)的3D實(shí)體或殼單元(如 SOLID92、SOLID95 或 SHELL93)的表面?？赏嘶?節(jié)點(diǎn)的三角形單元。命令： ET GUI：main menu>preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete5.4.8.2 實(shí)常數(shù)和材料特性在定義了單元類型之后，需要選擇正確的實(shí)常數(shù)集。一個(gè)接觸對(duì)中的接觸面和目標(biāo)面必須

36、有相同的實(shí)常數(shù)號(hào)。每個(gè)接觸對(duì)必須有不同的實(shí)常數(shù)號(hào)。ANSYS 使用下伏單元的材料特性來計(jì)算一個(gè)合適的接觸(或罰)剛度。在下層單元有用 TB 命令定義的塑性材料特性(不論激活與否)的情況下，接觸的法向剛度可能按照系數(shù)100降低。ANSYS 自動(dòng)為切向(滑動(dòng))剛度定義一個(gè)與 MU 和法向剛度成正比的缺省值。如果下伏單元是一個(gè)超單元，接觸單元的材料必須與超單元形成時(shí)的原始結(jié)構(gòu)單元相同。5.4.8.3 生成接觸單元既可以通過直接生成法生成接觸單元，也可以在下層單元的外表面上自動(dòng)生成接觸單元。推薦采用自動(dòng)生成法，這種方法更為簡單和可靠?？梢酝ㄟ^下面三個(gè)步驟，來自動(dòng)生成接觸單元。、選擇節(jié)點(diǎn)選擇已分網(wǎng)的柔體

37、表面的節(jié)點(diǎn)。對(duì)每一個(gè)面，檢查節(jié)點(diǎn)排列。如果用戶確定某一部分節(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)不會(huì)接觸到目標(biāo)面，用戶可以忽略它以便減少計(jì)算時(shí)間。然而用戶必須保證設(shè)有漏掉可能會(huì)接觸到目標(biāo)面的節(jié)點(diǎn)。命令： NSEL GUI：Utility Menu>Select>Entities2、生成接觸單元命令： ESURF GUI：Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Surf to Surf如果接觸單元是附在已用實(shí)體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格的面或體上，程序會(huì)自動(dòng)決定接觸計(jì)算所需的外法向。如果下層單元是梁或殼單元，則必須指明哪個(gè)表面(上表面或下表面)是接觸面。命令： ES

38、URF ,TOP (或 BOTIOM)GUI：Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Surf to Surf使用 TOP(缺省)生成接觸單元，它們的外法向與梁或殼單元的法向相同；使用 BOTIOM 生成接觸單元，則它們的外法向與梁或殼單元的法向相反。必須確保梁上的單元或殼單元有一致的法向。如果下伏單元是實(shí)體單元，則 TOP 或 BOTTOM 選項(xiàng)不起作用3、檢查接觸單元外法向。當(dāng)程序進(jìn)行是否接觸的檢查時(shí)，接觸面的外法線方向至關(guān)重要。對(duì)于3D單元，按節(jié)點(diǎn)順序號(hào)以右手法則來決定單元的外法向。接觸面的外法向應(yīng)該指向目標(biāo)面。否則，在開始分

39、析計(jì)算時(shí)，程序可能會(huì)認(rèn)為是有過度穿透的面，而很難找到初始解。在這些情況下，程序一般會(huì)立即停止執(zhí)行。 圖5-7 說明正確和不正確的外法向。命令：/ PSYMB ,ESYSGUI：Utility menu>plotctrls>symbols圖5-7 定義接觸單元的外法向當(dāng)發(fā)現(xiàn)單元的外法線方向不正確時(shí)，必須通過反轉(zhuǎn)所選擇的不正確單元的節(jié)點(diǎn)號(hào)來改變它們：命令： ESURF ,REVEGUI：Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Surf to Surf或重新定向單元法向：命令： ENORM GUI：Main Menu>P

40、reprocessor>Create>Move/Modify>Shell Normals本文系e-works專稿，未經(jīng)授權(quán)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載 5.4.9 設(shè)置實(shí)常數(shù)和單元關(guān)鍵選項(xiàng)程序使用20個(gè)實(shí)常數(shù)和數(shù)個(gè)單元關(guān)鍵選項(xiàng)，來控制面面接觸單元的接觸。參見ANSYS Elements Reference中對(duì)接觸單元的描述。5.4.9.1 實(shí)常數(shù)在20個(gè)實(shí)常數(shù)中，兩個(gè)(R1和R2)用來定義目標(biāo)面單元的幾何形狀。剩下的用來控制接觸面單元。R1和R2     定義目標(biāo)單元幾何形狀。FKN       

41、 定義法向接觸剛度因子。FTOLN       是基于單元厚度的一個(gè)系數(shù)，用于計(jì)算允許的穿透。ICONT       定義初始閉合因子。PINB       定義“Pinball"區(qū)域。PMIN和PMAX     定義初始穿透的容許范圍。TAUMAR    指定最大的接觸摩擦。CNOF        指定施加于接觸面的正或負(fù)的偏

42、移值。FKOP        指定在接觸分開時(shí)施加的剛度系數(shù)。FKT             指定切向接觸剛度。COHE        制定滑動(dòng)抗力粘聚力。TCC             指定熱接觸傳導(dǎo)系數(shù)。FHTG     &#

43、160;  指定摩擦耗散能量的熱轉(zhuǎn)換率。SBCT        指定 Stefan-Boltzman 常數(shù)。RDVF        指定輻射觀察系數(shù)。FWGT        指定在接觸面和目標(biāo)面之間熱分布的權(quán)重系數(shù)。FACT        靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)的比率。DC     

44、60;   靜、動(dòng)摩擦衰減系數(shù)。命令： R GUI：main menu> preprocessor>real constant對(duì)實(shí)常數(shù) FKN, FTOLN, ICONT, PINB, PMAX, PMIN, FKOP 和 FKT，用戶既可以定義一個(gè)正值，也可以定義一個(gè)負(fù)值。程序?qū)⒄底鳛楸壤蜃?，將?fù)值作為絕對(duì)值。程序?qū)⑾路鼏卧暮穸茸鳛镮CON，F(xiàn)TOLN，PINB，PMAX 和 PMIN 的參考值。例如 ICON = 0.1 表明初始閉合因子是“0.1*下層單元的厚度”。然而，ICON = -0.1 則表示真實(shí)調(diào)整帶是 0.1 單位。如果下伏單元是超單元，

45、則將接觸單元的最小長度作為厚度。參見 圖5-8 。圖5-8 下層單元的厚度在模型中，如果單元尺寸變化很大，而且在實(shí)常數(shù)如 ICONT, FTOLN, PINB, PMAX, PMIN 中應(yīng)用比例系數(shù)，則可能會(huì)出現(xiàn)問題。因?yàn)閺谋壤禂?shù)得到的實(shí)際結(jié)果，取決于下層單元的厚度，這就可能引起大、小單元之間的重大變化。如果出現(xiàn)這一問題，請(qǐng)用絕對(duì)值代替比例系數(shù)。TCC, FHTG, SBCT, RDVF 和 FWGT 僅用于熱接觸分析KEYOPT(1)=1。5.4.9.2 單元關(guān)鍵選項(xiàng)每種接觸單元都包括數(shù)個(gè)關(guān)鍵選項(xiàng)。對(duì)大多的接觸問題，缺省的關(guān)鍵選項(xiàng)是合適的。而在某些情況下，可能需要改變?nèi)笔≈?。下面是可以控?/p>

46、接觸行為的一些關(guān)鍵選項(xiàng)：自由度                          KEYOPT(1)接觸算法(罰函數(shù)+拉格朗日乘子或罰函數(shù))   KEYOPT(2)存在超單元時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)(僅2D)        KEYOPT(3)接觸檢測(cè)點(diǎn)的位置(僅低階接觸單

47、元)    KEYOPT(4)CNOF自動(dòng)調(diào)整                        KEYOPT(5)時(shí)間步控制                 KEYOPT(7)偽接觸預(yù)防 &#

48、160;                    KEYOPT(8)初始穿透或間隙的影響   KEYOPT(9)法向和切向接觸剛度修正方法控制  KEYOPT(10)殼的厚度影響           KEYOPT(11)接觸面行為(粗糙、綁定等) KEYOPT(12)命令： KEYOPT ET GUI

49、：main menu>preprocessor>Elemant Type>Add/Edit/Delete5.4.9.3 選擇接觸算法對(duì)面面接觸單元，程序可以使用增進(jìn)的拉格朗日方法或罰函數(shù)方法。通過單元關(guān)鍵字 KEYOPT(2)來指定。增進(jìn)的拉格朗日方法是為了找到精確的拉格朗日乘子（即接觸力），而對(duì)罰函數(shù)進(jìn)行一系列修正迭代。與罰函數(shù)的方法相比，拉格朗日方法容易得到良態(tài)條件，對(duì)接觸剛度的敏感性較小。然而，在有些分析中，增進(jìn)的拉格朗日方法可能需要更多的迭代，特別是在變形后網(wǎng)格變得太扭曲時(shí)。使用拉格朗日方法的同時(shí)應(yīng)使用實(shí)常數(shù) FTOLN。FTOLN 為拉格朗日方法指定容許的最大穿透。

50、如果程序發(fā)現(xiàn)穿透大于此值時(shí)，即使不平衡力和位移增量已經(jīng)滿足了收斂準(zhǔn)則，總的求解仍被當(dāng)作不收斂處理。FTLON 的缺省值為0.1。用戶可以改變這個(gè)值，但要注意，如果此值太小，可能會(huì)造成太多的迭代次數(shù)或者不收斂。5.4.9.4 確定接觸剛度所有的接觸問題都需要定義接觸剛度，兩個(gè)表面之間穿透量的大小取決于接觸剛度。過大的接觸剛度可能會(huì)引起總剛矩陣的病態(tài)，從而造成收斂困難。一般來說，應(yīng)該選取足夠大的接觸剛度以保證接觸穿透小到可以接受，但同時(shí)又應(yīng)該讓接觸剛度足夠小以不致引起總剛矩陣的病態(tài)而保證收斂性。ANSYS 程序根據(jù)下伏柔體單元的材料特性，來估計(jì)一個(gè)缺省的接觸剛度值。用戶可用實(shí)常數(shù) FKN 來為接觸

51、剛度指定一個(gè)比例因子或指定一個(gè)絕對(duì)值。比例因子一般在0.01和10之間；對(duì)于大變形問題，選1是比較好的；而對(duì)于彎曲為主的問題，通常為0.010.1。用戶應(yīng)當(dāng)總是檢驗(yàn)以使穿透到達(dá)極小值，而又避免過多的迭代次數(shù)。注意 -FTOLN 和 FKN 從一個(gè)荷載步到另一個(gè)荷載步中，都可以修改。也可以在重啟動(dòng)中修改。這時(shí)，必須定義KEYOPT(10)=1,2。為了確定一個(gè)較好的接觸剛度值，可能需要一些經(jīng)驗(yàn)。用戶可以按下面的步驟來進(jìn)行嘗試：1、 開始時(shí)取一個(gè)較低的值。低估值要比高估值好，因?yàn)橛梢粋€(gè)較低的接觸剛度導(dǎo)致的穿透問題，比過高的接觸剛度導(dǎo)致的收斂性困難，要容易解決。2、 對(duì)前幾個(gè)子步進(jìn)行計(jì)算分析，直到最

52、終荷載的一個(gè)比例(剛好完全建立接觸)。3、 檢查每一子步中的穿透量和平衡迭代次數(shù)。如果總體收斂困難是由過大的穿透引起的(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，或者是將 FTOLN 的值取得大小。如果總體的收斂困難是由于不平衡力和位移增量達(dá)到收斂值時(shí)需要過多的迭代次數(shù)，而不是由于過大的穿透量引起的，那么 FKN 的值可能被高估。4、 按需要調(diào)整 FKN 或 FTOLN 的值，重新進(jìn)行完整的分析。注意 - 如果穿透控制變成總體平衡迭代中的主因(如果為使問題收斂到穿透容差內(nèi)，比收斂到不平衡力的容差內(nèi)，需要更多的迭代)，用戶應(yīng)該增大 FTOLN 值，以允許更多的穿透，或增大

53、FKN。5.4.9.5 選擇摩擦類型在基本的庫侖摩擦模型中，兩個(gè)接觸面在開始相互滑動(dòng)之前，在它們的界面上會(huì)有達(dá)到某一大小的剪應(yīng)力產(chǎn)生。這種狀態(tài)稱為粘合狀態(tài)(stick)。庫侖摩擦模型定義了一個(gè)等效剪應(yīng)力，在某一法向壓應(yīng)力p作用下剪應(yīng)力達(dá)到此值時(shí)表面開始滑動(dòng) (=p+COHE，其中是摩擦系數(shù)-MU-作為材料特性定義，而 COHE 是粘聚力)。一旦剪應(yīng)力超過此值后，兩個(gè)表面之間將開始相互滑動(dòng)。這種狀態(tài)，叫作滑動(dòng)狀態(tài)(Sliding)。粘合/滑動(dòng)計(jì)算決定什么時(shí)候一個(gè)點(diǎn)從粘合狀態(tài)到滑動(dòng)狀態(tài)，或從滑動(dòng)狀態(tài)變到粘合狀態(tài)。摩擦系數(shù)可以是任一非負(fù)值，程序缺省值為表面之間無摩擦。對(duì)于粗糙或綁定接觸( KEYOP

54、T(12)=1、3、5、6)，程序?qū)⒉还芙o定的 MU 值而認(rèn)為摩擦阻力無限大。程序提供了一個(gè)人為指定最大等效剪應(yīng)力的選項(xiàng)，不管接觸壓力值的大小，如果等效剪應(yīng)力達(dá)到此值時(shí)，即發(fā)生滑動(dòng)，見 圖5-9 。為了指定接觸界面上最大容許剪應(yīng)力，設(shè)置常數(shù) TAUMAX (缺省為1.0E20)。這個(gè)剪應(yīng)力極限，通常用于在接觸壓力非常大的時(shí)候(如在某些加工過程中)的一些情況，以至于用庫侖理論計(jì)算出的界面剪應(yīng)力超過了材料的屈服極限。TAUMAX 的一個(gè)合理上限估值為 是表面附近材料的 von Mises屈服應(yīng)力)。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)有助于決定 TAUMAX 的值。圖5-9 摩擦模式5.4.9.5.1  靜、動(dòng)摩擦

55、系數(shù)摩擦系數(shù)依賴于接觸面的相對(duì)滑動(dòng)速度，通常靜摩擦系數(shù)高于動(dòng)摩擦系數(shù)。ANSYS提供了如下表示的指數(shù)衰減摩擦模型：=MU×(1+(FACT-1)exp(-DC×V rel )其中：  為摩擦系數(shù)。  MU動(dòng)摩擦系數(shù)，用MP命令輸入。  FACT是靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)之比，缺省為最小值1.0。  DC為衰減系數(shù)，缺省為0.0，單位為time/length。因此，時(shí)間在靜態(tài)分析中有一些意義。  V rel 是ANSYS計(jì)算的滑動(dòng)速度。如果知道靜、動(dòng)摩擦系數(shù)和至少一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（ 1 ，V rel ），則可以確定摩擦衰減系數(shù)為：&#

56、160;   如果不指定衰減系數(shù)，且FACT大于1.0，當(dāng)接觸進(jìn)入滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)，摩擦系數(shù)會(huì)從靜摩擦系數(shù)突變到動(dòng)摩擦系數(shù)，這種行為類似于CONTAC46和CONTAC49單元所用的動(dòng)摩擦模型，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致收斂困難，所以不建議采用。5.4.9.5.2  對(duì)稱、不對(duì)稱求解器對(duì)無摩擦、粗糙和綁定接觸，接觸單元?jiǎng)偠染仃囀菍?duì)稱的。而涉及到摩擦的接觸問題產(chǎn)生一個(gè)不對(duì)稱的剛度。在每次迭代使用不對(duì)稱的求解器，比對(duì)稱的求解器需要更多的計(jì)算時(shí)間。因此ANSYS程序采用對(duì)稱化算法。通過采用這種算法大多數(shù)摩擦接觸問題，能夠使用對(duì)稱系統(tǒng)的求解器來求解。如果摩擦應(yīng)力在整個(gè)位移場(chǎng)內(nèi)有相當(dāng)大的影響，

57、并且摩擦應(yīng)力的大小高度依賴于求解過程，則對(duì)剛度陣的任何對(duì)稱近似都可能導(dǎo)致收斂性降低。在這種情況下，選擇不對(duì)稱求解選項(xiàng)( NROPT ,UNSYM)來改善收斂性。5.4.9.6 選擇接觸檢查的位置接觸檢查點(diǎn)位于接觸單元的積分點(diǎn)上。在積分點(diǎn)上，接觸單元不穿透進(jìn)入目標(biāo)面。然而，目標(biāo)面能穿透進(jìn)入接觸面。見 圖5-10 。圖5-10 接觸檢查點(diǎn)位于高斯積分點(diǎn)上圖5-11 接觸檢查點(diǎn)位于節(jié)點(diǎn)上ANSYS面面接觸單元使用高斯積分點(diǎn)作為缺省值，高斯積分點(diǎn)通常會(huì)比 Newton-Cotes/Lobatto 節(jié)點(diǎn)積分方案產(chǎn)生更精確的結(jié)果，Newton-cotes/Lobatto 用節(jié)點(diǎn)本身作為積分點(diǎn)。通過KEYO

58、PT(4)來選擇用戶想使用的方法。這一選項(xiàng)僅適用于低階接觸( CONTAC171 和 CONTAC173)。然而，使用節(jié)點(diǎn)本身作為積分點(diǎn)僅應(yīng)該用于角接觸問題(看 圖5-11 )。注意，使用節(jié)點(diǎn)作為接觸檢查點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致其它收斂性問題，例如“滑脫”(節(jié)點(diǎn)滑出目標(biāo)面的邊界)，見 圖5-12 。對(duì)大多數(shù)的點(diǎn)面的接觸問題，我們推薦使用其它的點(diǎn)面的接觸單元，例如CONTAC26、CONTAC48 和 CONTAC49。見本書§5.5。 圖5-12 節(jié)點(diǎn)滑脫5.4.9.7 調(diào)整初始接觸條件在動(dòng)態(tài)分析中，剛體運(yùn)動(dòng)一般不會(huì)引起問題。然而在靜力分析中，當(dāng)物體沒有足夠的約束時(shí)會(huì)產(chǎn)生剛體運(yùn)動(dòng)，有可能引起錯(cuò)誤

59、而終止計(jì)算。在僅僅通過接觸的出現(xiàn)來約束剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須保證在初始幾何體中，接觸對(duì)是接觸的。換句話說，用戶要建立模型以便接觸對(duì)是“剛好接觸”的。然而這樣做，可能會(huì)遇到以下問題：   剛體外形常常是復(fù)雜的，很難決定第一個(gè)接觸點(diǎn)發(fā)生在哪兒。   既使實(shí)體模型在初始時(shí)處于接觸狀態(tài)，在網(wǎng)格劃分后由于數(shù)值舍入誤差，兩個(gè)面的單元網(wǎng)格之間也可能會(huì)產(chǎn)生小縫隙。   接觸單元的積分點(diǎn)和目標(biāo)單元之間可能有小縫隙。同理，在目標(biāo)面和接觸面之間可能發(fā)生過大的初始穿透。在這種情況下，接觸單元可能會(huì)高估接觸力，導(dǎo)致不收斂或接觸面之間脫開接觸關(guān)系。定義初始接觸也許是建

60、立接觸分析模型時(shí)最重要的方面。因此，程序提供了幾種方法來調(diào)整接觸對(duì)的初始接觸條件。注意 ：下面的技巧可以在開始分析時(shí)獨(dú)立執(zhí)行，或幾個(gè)聯(lián)合起來執(zhí)行。它們是為了消除由于生成網(wǎng)格造成的數(shù)值舍入誤差而引起的小間隙或穿透，而不是為了改正網(wǎng)格或幾何數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。1、應(yīng)用實(shí)常數(shù) CNOF 來指定一個(gè)接觸面偏移。指定正的值來使整個(gè)接觸面偏向目標(biāo)面。 指定負(fù)的值來使接觸面離開目標(biāo)面。ANSYS 能夠自動(dòng)提供 CNOF 值到剛好閉合間隙或減少初始穿透。如下設(shè)置KEYOPT(5)：=1: 閉合間隙；=2: 減少初始穿透；=3: 閉合間隙或減少初始穿透。如果設(shè)置了 KEYOPT(5)>0 ，則 ICONT 缺省值

61、為0。2、使用實(shí)常數(shù) ICONT 來指定一個(gè)小的初始接觸環(huán)，初始接觸環(huán)是指沿著目標(biāo)面的“調(diào)整環(huán)”的深度。如果沒有人為指定 ICONT 的值，程序會(huì)根據(jù)幾何尺寸來給 ICONT 提供一個(gè)小值(但有意義的值)，同時(shí)輸出一個(gè)表示什么值被指定的警告信息。 ICONT 正值表示相對(duì)于下層單元厚度的比例因子；負(fù)值表示接觸環(huán)的絕對(duì)值。任何落在“調(diào)整環(huán)”域內(nèi)的接觸檢查點(diǎn)被自動(dòng)移到目標(biāo)面上，(參見 圖5-13a )。建議使用一個(gè)十分小的 ICONT 值，否則可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重不連續(xù)(看 圖5-13b )圖5-13 用ICON進(jìn)行接觸面的調(diào)整。(a)調(diào)整前;(b)調(diào)整后本文系e-works專稿，未經(jīng)授權(quán)嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載 CN

62、OF 與 ICONT 之間的差別，是前者把整個(gè)接觸面移動(dòng) CNOF 的距離，而后者把所有初始分開的(剛好位于調(diào)整環(huán) ICONT 內(nèi)的)接觸點(diǎn)向目標(biāo)面移動(dòng)。如果用戶應(yīng)用其他方法來平衡初始未約束的自由體(如 FTOLN, PINB, PMAX 和 PMIN)，基本上消除ICONT 的影響(把它關(guān)聯(lián)一個(gè)很小的值，如1E-20)，是一個(gè)好辦法。但是，設(shè)置 ICONT=0，并不會(huì)關(guān)閉它。而是導(dǎo)致 ANSYS 用缺省值代替。當(dāng)與其他約束自由體的方法聯(lián)用時(shí)，這反過來可能不能達(dá)到效果。3、使用實(shí)常數(shù) PMIN 和 PMAX 來指定初始容許的穿透范圍。當(dāng)指定 PMAX 或 PMIN 后，在開始分析時(shí)，程序會(huì)將目標(biāo)面移到初始接觸狀態(tài)，見 圖5-14 。如果初始穿透大于 PMAX，程序會(huì)調(diào)整目標(biāo)面來減少穿透。接觸狀態(tài)的初始調(diào)節(jié)僅僅通過平移來實(shí)現(xiàn)