ansys接觸技術(shù)精講

1、一般的接觸分類接觸問題是一種高度非線性行為，需要較大的計算資源，為了進行實為有效的計算，理解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。 接觸問題存在兩個較大的難點：其一，在你求解問題之前，你不知道接觸區(qū)域，表面之間是接觸或分開是未知的，突然變化的，這隨載荷、材料、邊界條件和其它因素而定；其二，大多的接觸問題需要計算摩擦，有幾種摩擦和模型供你挑選，它們都是非線性的，摩擦使問題的收斂性變得困難。 接觸問題分為兩種基本類型：剛體柔體的接觸，半柔體柔體的接觸，在剛體柔體的接觸問題中，接觸面的一個或多個被當作剛體，（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，問題可以被

2、假定為剛體柔體的接觸，許多金屬成形問題歸為此類接觸，另一類，柔體柔體的接觸，是一種更普遍的類型，在這種情況下，兩個接觸體都是變形體（有近似的剛度）。ANSYS接觸能力 ANSYS支持三種接觸方式：點點，點面，平面面，每種接觸方式使用的接觸單元適用于某類問題。 為了給接觸問題建模，首先必須認識到模型中的哪些部分可能會相互接觸，如果相互作用的其中之一是一點，模型的對立應組元是一個結(jié)點。如果相互作用的其中之一是一個面，模型的對應組元是單元，例如梁單元，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別可能的接觸匹對，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸面之上的一層單元，至于ANSTS使用的接觸單元和使用它

3、們的過程，下面分類詳述。點點接觸單元 點點接觸單元主要用于模擬點點的接觸行為，為了使用點點的接觸單元，你需要預先知道接觸位置，這類接觸問題只能適用于接觸面之間有較小相對滑動的情況（即使在幾何非線性情況下） 如果兩個面上的結(jié)點一一對應，相對滑動又以忽略不計，兩個面撓度（轉(zhuǎn)動）保持小量，那么可以用點點的接觸單元來求解面面的接觸問題，過盈裝配問題是一個用點點的接觸單元來模擬面與的接觸問題的典型例子。點面接觸單元 點面接觸單元主要用于給點面的接觸行為建模，例如兩根梁的相互接觸。 如果通過一組結(jié)點來定義接觸面，生成多個單元，那么可以通過點面的接觸單元來模擬面面的接觸問題，面即可以是剛性體也可以是柔性體，

4、這類接觸問題的一個典型例子是插頭到插座里。 使用這類接觸單元，不需要預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大的相對滑動。 Contact48和Contact49都是點面的接觸單元，Contact26用來模擬柔性點剛性面的接觸，對有不連續(xù)的剛性面的問題，不推薦采用Contact26因為可能導致接觸的丟失，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。面面的接觸單元 ANSYS支持剛體柔體的面面的接觸單元，剛性面被當作“目標”面，分別用Targe169和Targe170來模擬2D和3D的“目標”面，柔性體的表面被當作“接觸”面，用C

5、onta171,Conta172,Conta173,Conta174來模擬。一個目標單元和一個接單元叫作一個“接觸對”程序通過一個共享的實常號來識別“接觸對”，為了建立一個“接觸對”給目標單元和接觸單元指定相同的實常的號。 與點面接觸單元相比，面面接觸單元有好幾項優(yōu)點，支持低階和高階單元支持有大滑動和摩擦的大變形，協(xié)調(diào)剛度陣計算，單元提法不對稱剛度陣 的選項。提供工程目的采用的更好的接觸結(jié)果，例如法向壓力和摩擦應力。沒有剛體表面形狀的限制，剛體表面的光滑性不是必須允許有自然的或網(wǎng)格離散引起的表面不連續(xù)。與點面接觸單元比，需要較多的接觸單元，因而造成需要較小的磁盤空間和CPU時間。允許多種建?？?/p>

6、制，例如：綁定接觸漸變初始滲透目標面自動移動到補始接觸平移接觸面（老虎梁和單元的厚度）支持死活單元 使用這些單元，能模擬直線（面）和曲線（面），通常用簡單的幾何形狀例如圓、拋物線、球、圓錐、圓柱采模擬曲面，更復雜的剛體形狀能使用特殊的前處理技巧來建模。執(zhí)行接觸分析 不同的接觸分析類型有不同的過程，下面分別討論面面的接觸分析 在涉及到兩個邊界的接觸問題中，很自然把一個邊界作為“目標”面而把另一個作為“接觸”面，對剛體柔體的接觸，“目標”面總是剛性的，“接觸”面總是柔性面，這兩個面合起來叫作“接觸對”使用Targe169和Conta171或Conta172來定義2-D接觸對，使用Targe170和

7、Conta173或Conta174來定義3-D接觸對，程序通過相同的實常收號來識別“接觸對”。 步驟1：建立模型，并劃分網(wǎng)格在這一步中，你需要建立代表接觸體幾何形狀的實體模型。與其它分析過程一樣，設置單元類型，實常的，材料特性。用恰當?shù)膯卧愋徒o接觸體劃分網(wǎng)格。 命令：AMESHVMESHGUI：Main MenuPreprocessormeshMapped3 or4 Sided Main MenuPneprocessormeshmapped4 or 6 sided步驟二：識別接觸對你必須認識到，模型在變形期間哪些地方可能發(fā)生接觸，一是你已經(jīng)識別出潛在的接觸面，你應該通過目標單元和接觸單元來定

8、義它們，目標和接觸單元跟蹤變形階段的運動，構(gòu)成一個接觸對的目標單元和接觸單元通過共享的實常號聯(lián)系起來。接觸環(huán)（區(qū)域）可以任意定義，然而為了更有效的進行計算（主要指CPU時間）你可能想定義更小的局部化的接觸環(huán)，但能保證它足以描述所需要的接觸行為，不同的接觸對必須通過不同的實常數(shù)號來定義（即使實常數(shù)號沒有變化）。由于幾何模型和潛在變形的多樣形，有時候一個接觸面的同一區(qū)域可能和多個目標面產(chǎn)生接觸關系。在這種情況下，應該定義多個接觸對（使用多組覆蓋層接觸單元）。每個接觸對有不同的實常數(shù)號。 步驟三：定義剛性目標面剛性目標面可能是2D的或3D的。在2D情況下，剛性目標面的形狀可以通過一系列直線、圓弧和拋

9、物線來描述，所有這些都可以用TAPGE169來表示。另外，可以使用它們的任意組合來描述復雜的目標面。在3D情況下，目標面的形狀可以通過三角面，圓柱面，圓錐面和球面來推述，所有這些都可以用TAPGE170來表示，對于一個復雜的，任意形狀的目標面，應該使用三角面來給它建模。 控制結(jié)點（Pilot） 剛性目標面可能會和“pilot結(jié)點“聯(lián)系起來，它實際上是一個只有一個結(jié)點的單元，通過這個結(jié)點的運動可以控制整個目標面的運動，因此可以把pilot結(jié)點作為剛性目標的控制器。整個目標面的受力和轉(zhuǎn)動情況可以通過pilot結(jié)點表示出來，“pilot結(jié)點”可能是目標單元中的一個結(jié)點，也可能是一個任意位置的結(jié)點，只

10、有當需要轉(zhuǎn)動或力矩載荷時，“pilot結(jié)點”的位置才是重要的，如果你定義了“pilot結(jié)點”ANSYS程序只在“pilot結(jié)點”上檢查邊界條件，而忽略其它結(jié)點上的任何約束。 對于圓、圓柱、圓錐、和球的基本圖段，ANSYS總是使用條一個結(jié)點作為“pilot結(jié)點” 基本原型 你能夠使用基本幾形狀來模擬目標面，例如：“圓、圓柱、圓錐、球。直線、拋物線、弧線、和三角形不被允許、雖然你不能把這些基本原型彼此合在一起，或者是把它們和其它的目標形狀合在一起以便形成一個同一實常數(shù)號的復雜目標面。但你可以給每個基本原型指定它自己的實常的號。 單元類型和實常數(shù) 在生成目標單元之前，首先必須定義單元類型（TARG1

11、69或TARG170）。 命令：ET GUI:main menupreprocessorElement Type Add/Edit/Delete 隨后必須設置目標單元的實常數(shù)。 命令:Real GUI:main mennpreprocessorreal constants 對TARGE169和TARGE170僅需設置實常數(shù)R1和R2，而只有在使用直接生成法建立目標單元時，才需要從為指定實常數(shù)R1、R2，另外除了直接生成法，你也可以使用ANSYS網(wǎng)格劃分工具生成目標單元，下面解釋這兩種方法。 使用直接生成法建立剛性目標單元 為了直接生成目標單元，使用下面的命令和菜單路徑。 命令：TSHAP GU

12、I：main menupreprocessormodeling-createElementsElem Attributes 隨后指定單元形狀，可能的形狀有： straight line (2D) parabola (2-D) clockwise arc(2-D) counterclokwise arc (2-D) circle(2-D) Triangle (3-D) Cylinder (3-D) Cone (3-D) Sphere (3-D) Pilot node (2-D和3-D) 一旦你指定目標單元形狀，所有以后生成的單元都將保持這個形狀，除非你指定另外一種形狀。 然后你就可以使用標準的A

13、NSYS直接生成技術(shù)生成結(jié)點和單元。 命令：N E GUI：main menupnoprocessor modeling- create nodes main menupnoprocessor modeling- createElements 在建立單元之后，你可以通過列示單元來驗證單元形狀 命令：ELIST GUI：utility menulistElementsNodes+Attributes 使用ANSYS網(wǎng)格劃分工具生成剛性目標單元 你也可以使用標準的ANSYS網(wǎng)格劃分功能讓程序自動地生成目標單元，ANSYS程序?qū)詫嶓w模型為基礎生成合適的目標單元形狀而忽略TSHAP命令的選項。 為

14、了生成一個“PILOT結(jié)點”使用下面的命令或GUI路徑： 命令：Kmesh GUI：main menuproprocessormeshing-meshkeypoints 注意： KMESH總是生成“PILOT結(jié)點” 為了生成一個2D目標單元，使用下面的命令和GUI路徑： ANSYS在每條直線上生成一條單一的線，在樣條曲線上生成拋物線部分，在每條圓弧和倒角上生成圓弧部分，如果所有的圓弧形成一個封閉的圓，ANSYS生成一個單一的圓段。 命令：LMESH GUI：main menupneprocessormesling-meshlines 為了生成3D的目標單元，使用下面的命令或GUI路徑。 如果實

15、體模型的表面部分形成了一個完整的球，圓柱或圓錐，那么ANSYS程序自動生成一個基本的3D目標單元，因為生成較少的單元，從而使你分析計算更有效率，對任意形狀的表面，應該使用Amesh命令來生成目標單元，在這種情況下，網(wǎng)格形狀的質(zhì)量不是重要的，而目標單元的形狀是否能完成好的模擬剛性面的表面幾何形狀顯得更重要。 命令：AMESH GUI：main menupreprocessor-meshing-meshArea ANSYS在所有可能的面上推薦使用三角形的映射網(wǎng)格劃分，如果在表面的邊界上沒有曲率，則在網(wǎng)格劃分時，指定那條邊界分為一分，下面的命令或GUI路徑將盡可能的生成一個映射網(wǎng)格（如果不能進行映射

16、，它將生成自由網(wǎng)格） 命令：MSHKFY，2 GUI：main menupreprocessor-meshling-mesh-Ares-Target Surf 建模和網(wǎng)格劃分的注意點： 一個目標面可能由兩個或多個面斷的區(qū)域組成，你應該盡可能地通過定義多個目標面來使接觸區(qū)域局部比（每個目標面有一個不同的實常數(shù)號）剛性目標面上由的離散能足夠指述出目標面的形狀，過粗的網(wǎng)格離散可能導致收斂問題。如果剛性面有一個實的凸角，求解大的滑動問題時很難獲得收斂結(jié)果，為了避免這些建模問題，在實體模型上，使用線或面的倒角來使尖角光滑比，或者在曲率突然變化的區(qū)域使用更細的網(wǎng)格。 注意：不能使用鏡面對稱技術(shù)（ARSYS

17、M，LSYMM）來映射圓、圓柱、圓錐或球面到對稱平面的另一邊，因為每個實常數(shù)的設置不能同時賦給多個基本原型段。 檢驗目標面的接觸方向。 目標面的結(jié)點號順序是重要的，因為它定義了接觸主向，對2D接觸問題，當沿著目標線從第一個結(jié)點移向第二個結(jié)點時，變形體的接觸單元必須位于目標面的右邊。 對3D接觸問題，目標三角形單元號應該使剛性面的外法線方向指向接觸面，外法線通過右手原則來定義 為了檢查法線方向，顯示單元坐標系 命令：/PSYMS，ESYS，1 GUI：Utility menuplotctrlssymbols 如果單元法向不指向接觸面，選擇單元反轉(zhuǎn)表面的法向的方向。 命令：ESURF，REVE G

18、UI：main menupreprocossorcreateElementon free surf lvdr 2005-12-04 10:49 步驟4：定義柔性體的接觸面 為了定義柔性體的接觸面，必須使用接觸單元CONFA171或CONFA172（對2D）或CONTA173或CONTA174（對3D）來定義表面 程序通過組成變形體表面的接觸單元來定義接觸表面，接觸單元與下面覆蓋的變形體單元有同樣的幾何特性，接觸單元與下面覆蓋的變形體單元必須處于同一階次（低階或高階）下面的變形體單元可能是實體單元、殼單元、梁單元或超單元，接觸面可能殼或梁單元任何一邊。 與目標面單元一樣，你必須定義接觸面的單元類

19、型，然后選擇正確的實常數(shù)號（實常數(shù)號必須與它對應目標的實常數(shù)號相同）最后生成接觸單元。 單元類型： 下面簡單描述四種類型的接觸單元 CONTA171：這是一種2D，2個結(jié)點的低附線單元，可能位于2D實體，殼或梁單元的表面 CONTA172：這是一個2D的，3結(jié)點的高階拋物線形單元，可能位于有中結(jié)點的2D實體或梁單元的表面 CONTA173：這是一個3D的，4結(jié)點的低階四邊形單元可能位于3D實體或殼單元的表面，它可能褪化成一個結(jié)點的三角形單元。 CONTA174：這是一個3D，8結(jié)點的高階四邊形單元，可能位于有中結(jié)點的3D實體或殼單元的表面，它可能褪化成6結(jié)點的三角形單元。 不能在高階柔性體單元

20、的表面上分成低階接觸單元，反之也不行，不能在高階接觸單元上消去中結(jié)點。 命令：ET GUI：main menupreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete 實常數(shù)和材料特性 在定義了單元類型之后，需要選擇正確的實常數(shù)的設置，每個接觸對的接觸面和目標面必須有相同的實常數(shù)號，而每個接觸對必須有它自己不同的實常數(shù)號。 ANSYS使用下面柔性體單元的材料特性來計算一個合適的接觸（或罰）剛度，如果下面的單元是一個超單元。接觸單元的材料的設置必須與超單元形成時的原始結(jié)構(gòu)單元相同，生成接觸單元。 我們既可以通過直接生成法生成接觸單元，也可以在柔性體單元的外表面上自動生成接觸單元，我們推薦采用自動生成法，這種方法更為簡單和可靠。 可以通過下面三個步驟來自動生成接觸單元1、選擇結(jié)點 選擇已劃分網(wǎng)格的柔性體表面的結(jié)果，如果你確定某一部分結(jié)點永遠不會接觸到目標面，你可以忽略它以便減少計算時間，然而，你必須保證設有漏掉可能會接觸到目標面