面面接觸問題

1、 與所有其它非線性分析一樣，對接觸問題，時(shí)間步長是非常有力的提高收斂性的工具。 采用足夠小的時(shí)間步長以獲得收斂在涉及到兩個(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，對剛體柔體的接觸，“目標(biāo)”面總是剛性的，“接觸”面總是柔性面，這兩個(gè)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Conta173或Conta174來定義3-D接觸對，程序通過相同的實(shí)常數(shù)號來識別“接觸對”。接觸分析的步驟：執(zhí)行一個(gè)典型的面面接觸分析的基本步驟列示如下：1 建立模型，并劃分網(wǎng)格2 識別接觸對3 定義剛性目標(biāo)面4

2、定義柔性接觸面5 設(shè)置單元關(guān)鍵字和實(shí)常的6 定義控制剛性目標(biāo)面的運(yùn)動7 給定必須的邊界條件8 定義求解選項(xiàng)和載荷步9 求解接觸問題10查看結(jié)果步驟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(shí)體模型。與其它分析過程一樣，設(shè)置單元類型，實(shí)常的，材料特性。用恰當(dāng)?shù)膯卧愋徒o接觸體劃分網(wǎng)格。命令：AMESHVMESHGUI：Main Menu>Preprocessor>mesh>Mapped>3 or4 Sided           Main Menu&

3、gt;Pneprocessor>mesh>mapped>4 or 6 sided步驟二：識別接觸對你必須認(rèn)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(yīng)該通過目標(biāo)單元和接觸單元來定義它們，目標(biāo)和接觸單元跟蹤變形階段的運(yùn)動，構(gòu)成一個(gè)接觸對的目標(biāo)單元和接觸單元通過共享的實(shí)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(jìn)行計(jì)算（主要指CPU時(shí)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(shí)常數(shù)號來定義（即使實(shí)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(shí)候一個(gè)接觸面的同一區(qū)域可能

4、和多個(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（使用多組覆蓋層接觸單元）。每個(gè)接觸對有不同的實(shí)常數(shù)號。步驟三：定義剛性目標(biāo)面剛性目標(biāo)面可能是2D的或3D的。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TAPGE169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，圓錐面和球面來推述，所有這些都可以用TAPGE170來表示，對于一個(gè)復(fù)雜的，任意形狀的目標(biāo)面，應(yīng)該使用三角面來給它建模。控制結(jié)點(diǎn)（Pilot）剛性目標(biāo)面可能會和“pilot結(jié)點(diǎn)“聯(lián)系起來，它實(shí)際上是一個(gè)只有一個(gè)結(jié)點(diǎn)的單元，通

5、過這個(gè)結(jié)點(diǎn)的運(yùn)動可以控制整個(gè)目標(biāo)面的運(yùn)動，因此可以把pilot結(jié)點(diǎn)作為剛性目標(biāo)的控制器。整個(gè)目標(biāo)面的受力和轉(zhuǎn)動情況可以通過pilot結(jié)點(diǎn)表示出來，“pilot結(jié)點(diǎn)”可能是目標(biāo)單元中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，也可能是一個(gè)任意位置的結(jié)點(diǎn)，只有當(dāng)需要轉(zhuǎn)動或力矩載荷時(shí)，“pilot結(jié)點(diǎn)”的位置才是重要的，如果你定義了“pilot結(jié)點(diǎn)”ANSYS程序只在“pilot結(jié)點(diǎn)”上檢查邊界條件，而忽略其它結(jié)點(diǎn)上的任何約束。對于圓、圓柱、圓錐、和球的基本圖段，ANSYS總是使用同一個(gè)結(jié)點(diǎn)作為“pilot結(jié)點(diǎn)”基本原型你能夠使用基本幾形狀來模擬目標(biāo)面，例如：圓、圓柱、圓錐、球。直線、拋物線、弧線、和三角形。雖然你不能把這些基本原

6、型彼此合在一起，或者是把它們和其它的目標(biāo)形狀合在一起以便形成一個(gè)同一實(shí)常數(shù)號的復(fù)雜目標(biāo)面。但你可以給每個(gè)基本原型指定它自己的實(shí)常的號。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（TARG169或TARG170）。  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    &#

7、160; GUI:main menn>preprocessor>real constants對TARGE169和TARGE170僅需設(shè)置實(shí)常數(shù)R1和R2，而只有在使用直接生成法建立目標(biāo)單元時(shí)，才需要從為指定實(shí)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(biāo)單元，下面解釋這兩種方法。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路徑。      命令：TSHAP      GUI：main menu>preprocessor

8、>modeling-create>Elements>Elem 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(biāo)單元形狀，

9、所有以后生成的單元都將保持這個(gè)形狀，除非你指定另外一種形狀。然后你就可以使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS直接生成技術(shù)生成結(jié)點(diǎn)和單元。      命令：N            E      GUI：main menu>pnoprocessor> modeling- create> nodes       

10、0;     main menu>pnoprocessor> modeling- create>Elements在建立單元之后，你可以通過列示單元來驗(yàn)證單元形狀      命令：ELIST      GUI：utility menu>list>Elements>Nodes+Attributes使用ANSYS網(wǎng)格劃分工具生成剛性目標(biāo)單元你也可以使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS網(wǎng)格劃分功能讓程序自動地生成目標(biāo)單元，ANSYS程序?qū)詫?shí)

11、體模型為基礎(chǔ)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)“PILOT結(jié)點(diǎn)”使用下面的命令或GUI路徑：      命令：Kmesh      GUI：main menu>proprocessor>meshing-mesh>keypoints      注意： KMESH總是生成“PILOT結(jié)點(diǎn)”為了生成一個(gè)2D目標(biāo)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

12、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(gè)封閉的圓，ANSYS生成一個(gè)單一的圓段。      命令：LMESH      GUI：main menu>pneprocessor>mesling-mesh>lines為了生成3D的目標(biāo)單元，使用下面的命令或GUI路徑。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程序自動生成一個(gè)基本的3D目標(biāo)單元，因?yàn)樯奢^少的單元，從而使你分析計(jì)算更有效率，對任意形狀的表面，應(yīng)該使用Amesh命令來生成目標(biāo)單

13、元，在這種情況下，網(wǎng)格形狀的質(zhì)量不是重要的，而目標(biāo)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 menu>preprocessor>-meshing-mesh>Area    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(shí)，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(gè)映射網(wǎng)格（如果不能進(jìn)行映射，它將生成自由網(wǎng)

14、格）      命令：MSHKFY，2      GUI：main menu>preprocessor>-meshling-mesh>-Ares-Target Surf建模和網(wǎng)格劃分的注意點(diǎn)：一個(gè)目標(biāo)面可能由兩個(gè)或多個(gè)面斷的區(qū)域組成，你應(yīng)該盡可能地通過定義多個(gè)目標(biāo)面來使接觸區(qū)域局部比（每個(gè)目標(biāo)面有一個(gè)不同的實(shí)常數(shù)號）剛性目標(biāo)面上由的離散能足夠指述出目標(biāo)面的形狀，過粗的網(wǎng)格離散可能導(dǎo)致收斂問題。如果剛性面有一個(gè)實(shí)的凸角，求解大的滑動問題時(shí)很難獲得收斂結(jié)果，為了避免這些建模問題，在

15、實(shí)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(xì)的網(wǎng)格。注意：不能使用鏡面對稱技術(shù)（ARSYSM，LSYMM）來映射圓、圓柱、圓錐或球面到對稱平面的另一邊，因?yàn)槊總€(gè)實(shí)常數(shù)的設(shè)置不能同時(shí)賦給多個(gè)基本原型段。檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)面的接觸方向。目標(biāo)面的結(jié)點(diǎn)號順序是重要的，因?yàn)樗x了接觸主向，對2D接觸問題，當(dāng)沿著目標(biāo)線從第一個(gè)結(jié)點(diǎn)移向第二個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，變形體的接觸單元必須位于目標(biāo)面的右邊。對3D接觸問題，目標(biāo)三角形單元號應(yīng)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(biāo)系      命令：/PSY

16、MS，ESYS，1      GUI：Utility menu>plotctrls>symbols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      GUI：main menu>preprocossor>create>Element>on free surf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（

17、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(shí)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(biāo)面單元一樣，你必須定義接觸面的單元類型，然后選擇正確的實(shí)常數(shù)號（實(shí)常數(shù)號必須與它對應(yīng)目標(biāo)的實(shí)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(gè)結(jié)點(diǎn)的低附線單元，可能位于2D實(shí)體，殼或梁單元的表面CONTA172：這是一個(gè)2D的，3

18、結(jié)點(diǎn)的高階拋物線形單元，可能位于有中結(jié)點(diǎn)的2D實(shí)體或梁單元的表面CONTA173：這是一個(gè)3D的，4結(jié)點(diǎn)的低階四邊形單元可能位于3D實(shí)體或殼單元的表面，它可能褪化成一個(gè)結(jié)點(diǎn)的三角形單元。CONTA174：這是一個(gè)3D，8結(jié)點(diǎn)的高階四邊形單元，可能位于有中結(jié)點(diǎn)的3D實(shí)體或殼單元的表面，它可能褪化成6結(jié)點(diǎn)的三角形單元。不能在高階柔性體單元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(diǎn)。      命令：ET      GUI：main menu>preprocessor&

19、gt;Element type>Add/Edit/Delete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)的設(shè)置，每個(gè)接觸對的接觸面和目標(biāo)面必須有相同的實(shí)常數(shù)號，而每個(gè)接觸對必須有它自己不同的實(shí)常數(shù)號。ANSYS使用下面柔性體單元的材料特性來計(jì)算一個(gè)合適的接觸（或罰）剛度，如果下面的單元是一個(gè)超單元。接觸單元的材料的設(shè)置必須與超單元形成時(shí)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，這種方可以通過下面三個(gè)步驟來自動生成接觸單元法更為簡單和可靠。1、選擇結(jié)點(diǎn)選擇已劃分網(wǎng)格的柔性體表

20、面的結(jié)果，如果你確定某一部分結(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)不會接觸到目標(biāo)面，你可以忽略它以便減少計(jì)算時(shí)間，然而，你必須保證設(shè)有漏掉可能會接觸到目標(biāo)面的結(jié)點(diǎn)。    命令：NSEL    GUI：main menu>preprocessor>create>Element>on free surf2、生成接觸單元    命令：ESURF    GUI：main menu>preprocessor>create>Element>on free surf如果

21、接觸單元是附在已用實(shí)體單元劃分網(wǎng)格的面或體上，程序會自動決定接觸計(jì)算所需的外法向，如果下面的單元是梁或殼單元，則必須指明哪個(gè)表面（上表面或下表面）是接觸面    命令：ESURF，TOP OR BOTIOM    GUI：main menu>preprocessor>create>Element>on free surf使用上表面生成接觸單元，則它們的外法向與梁或殼單元的法向相同，使用下表面生成接觸單元，則它們的外法向與梁或殼單元的法向相反，如果下面的單元是實(shí)體單元，則TOP或BOTTOM選項(xiàng)不起作用3、檢查接

22、觸單元外法線的方向，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是重要的，對3D單元，按結(jié)點(diǎn)程序號以右手定則來決定單元的外法向，接面的外法向應(yīng)該指向目標(biāo)面，否則，在開始分析計(jì)算時(shí)，程序可能會認(rèn)為有面的過度滲透而很難找到初始解。在此情況下，程序一般會立即停止執(zhí)行，你可以檢查單元外法線方向是否正確。    命令：/PSYMB    GUI：Utility menu>plotctrls>symbols    當(dāng)發(fā)現(xiàn)單元的外法線方向不正確時(shí)，必須通過倒不正確單元的結(jié)點(diǎn)號來改變它們。 

23、60;  命令：ESURF，REVE    GUI：main menu>preprocossor>Create>Elements on free surf步驟5：設(shè)置實(shí)常數(shù)和單元關(guān)鍵字程序使用九個(gè)實(shí)常數(shù)和好幾個(gè)單元關(guān)鍵字來控制面面接觸單元的接觸行為。實(shí)常數(shù)9個(gè)實(shí)常數(shù)中，兩個(gè)（R1和R2）用采定義目標(biāo)面單元的幾何形狀，乘下的7個(gè)用來控制接觸行為。R1和R2定義目標(biāo)單元幾何形狀FKN  定義法向接觸剛度因子FTOLN 定義最大的滲透范圍ICONT 定義初始靠近因子PINB  定義“Pinball"區(qū)域PMIN和

24、PMAX 定義初始滲透的容許范圍TAUMAR   指定最大的接觸摩擦    命令：R    GUI：main menu> preprocessor>real constant對實(shí)常數(shù)FKN，F(xiàn)TOLN，ICONT，PINB，PMAX，和PMIN，你既可以定義一個(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)值作為真實(shí)值，程序?qū)⑾旅娓采w原單元的厚度作為ICON，F(xiàn)TOLN，PINB，PMAX和PMIN的參考值，例如對ICON，0.1表明初始間隙因子是0.1*下面覆蓋層單元的厚度。然而，-0.1表明真

25、實(shí)縫隙是0.1，如果下面覆蓋層單元是超單元，則將接觸單元的最小長度作為厚度。單元關(guān)鍵字每種接觸單元都飯知好幾個(gè)關(guān)鍵字，對大多的接觸問題缺省的關(guān)鍵字是合適的，而在某些情況下，可能需要改變?nèi)笔≈担瑏砜刂平佑|行為。接觸算法（罰函數(shù)+拉格郎日或罰函數(shù)）（KEYOPT（2）出現(xiàn)超單元時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)（DEYOPT（3）接觸方位點(diǎn)的位置      （KEYOPI（4）剛度矩陣的選擇        （KEYOPT（6）時(shí)間步長控制     &#

26、160;    （KEYOPT（7）初始滲透影響          （KEYOPT（9）接觸表面情況          （KEYOPT（12）    命令：KEYOPT          ET    GUI：main menu>pre

27、processor>Elemant Type>Add/Edit/Delete選擇接觸算法：對面面的接觸單元，程序可以使用擴(kuò)增的拉格朗日算法或罰函數(shù)方法，通過使用單元關(guān)鍵字KETOPT（2）來指定。擴(kuò)張的拉格朗日算法是為了找到精確的拉格朗日乘子而對罰函數(shù)修正項(xiàng)進(jìn)行反復(fù)迭代，與罰函數(shù)的方法相比，拉格朗日方法不易引起病態(tài)條件，對接觸剛度的靈敏度較小，然而，在有些分析中，擴(kuò)增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)。使用拉格朗日算法的同時(shí)應(yīng)使用實(shí)常數(shù)FTOLN    FTOLN為搠格朗日算法指定容許的最大滲艉，如果程序發(fā)現(xiàn)滲透大于此值時(shí)

28、，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，F(xiàn)TLON的缺省值為0.1，你可以改變這個(gè)值，但要注意如果此值太小可能會造成太多的迭代次數(shù)或者不收斂。    決定接觸剛度所有的接觸問題都需要定義接觸剛度，兩個(gè)表面之間滲量的大小取決了接觸剛度，過大的接觸剛度可能會引起總剛矩陣的病態(tài)，而造成收斂困難，一般來諮，應(yīng)該選取足夠大的接觸剛度以保證接觸滲透小到可以接受，但同時(shí)又應(yīng)該讓接觸剛度足夠小以使不會引起總剛矩陣的病態(tài)問題而保證收斂性。   程序會根據(jù)變形體單元的材料特性來估計(jì)一個(gè)缺省的接觸剛度值，你能夠用實(shí)常數(shù)FKN來為接觸剛

29、度指定一個(gè)比例因子或指定一個(gè)真正的值，比例因子一般在0.01和10之間，當(dāng)避免過多的迭代次數(shù)時(shí)，應(yīng)該盡量使?jié)B透到達(dá)極小值。為了取得一個(gè)較好的接觸剛度值，又可需要一些經(jīng)驗(yàn)，你可以按下面的步驟過行。1、開始時(shí)取一個(gè)較低的值，低估些值要比高估些值好因?yàn)橛梢粋€(gè)較低的接觸剛度導(dǎo)致的滲透問題要比  過高的接觸剛度導(dǎo)致的收斂性困難，要容易解決。2、對前幾個(gè)子步進(jìn)行計(jì)算3、檢查滲透量和每一子步中的平衡迭代次數(shù)，如果總體收斂困難是由過大的滲透引起的（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)到收斂值需要過多的

30、迭代次數(shù)，而不是由于過大的滲透量，那么FKN的值可能被高估。4、按需要調(diào)查FKN或FTOLN的值，重新分析。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之前，在它們的界面上會有達(dá)到某一大小的剪應(yīng)力產(chǎn)生，這種狀態(tài)則作粘合狀態(tài)（stick)庫侖摩擦模型定義了一個(gè)等效剪應(yīng)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，這種狀態(tài)，叫作滑動狀態(tài)（Sliding）粘合滑動計(jì)算決定什么時(shí)候一個(gè)點(diǎn)從粘合狀態(tài)到滑動狀態(tài)或從滑動狀態(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rough或bonded接觸（KEYOPT（2）=1（或3），程序?qū)⒉还芙o定的MV值而認(rèn)為

31、摩擦阻力無限大。程序提供了一個(gè)不管接觸壓力的故而人為指定最大等效剪應(yīng)力的選項(xiàng)，如果等效剪應(yīng)力達(dá)到此值時(shí)，滑動發(fā)生?？磮D1，為了指定接觸界面上最大許可剪應(yīng)力，設(shè)置常數(shù) TAUMAX（缺省為1.0E20），這種限制剪應(yīng)力的情況一般用于接觸壓力非常大的時(shí)候，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。一對TAUMAX的一個(gè)合理高估為 （ 是材料的mises屈服應(yīng)力）。                   

32、60;                                                 

33、60;                      圖1    摩擦模式   對無摩擦rough和bonded接觸，接觸單元剛度矩陣是對稱的，而涉及到摩擦的接觸問題產(chǎn)生一個(gè)不對稱的剛度，而在每次迭代使用不對稱的求解器比對稱的求解器需要更多的計(jì)算時(shí)間，因此ANSYS程序采用對稱化算法。通過采用這種算法大多的摩擦接觸問題能夠使用對稱系統(tǒng)的求解器

34、來求解。如果摩擦應(yīng)力在整個(gè)位移范圍內(nèi)有相當(dāng)大的影響，并且摩擦應(yīng)力的大小高度依賴于求解過程。對剛度陣的任何對稱近似都可能導(dǎo)致收斂性的降低，在這種情況下，選擇不對稱求解選項(xiàng)（KEYOPT（6）=1）來改善收斂性。    選擇檢查接觸與否的位置接觸檢查點(diǎn)位于接觸單元的積分點(diǎn)上，在積分點(diǎn)上，接觸單元不滲透進(jìn)入目標(biāo)面，然而，目標(biāo)面能滲透進(jìn)入接觸面，看圖2。                  

35、60;                                                 

36、60;            圖2  接觸檢查點(diǎn)位于高斯積分點(diǎn)上ANSYS面接觸單元使用GAUSS積分點(diǎn)作為缺省值，GAUSS積分點(diǎn)通常會比Newton-Cotes/robatto結(jié)點(diǎn)積分項(xiàng)產(chǎn)生更精確的結(jié)果，Newton-cotes/lobatto使用結(jié)點(diǎn)本身作為積分點(diǎn)，通過KEYOPT（4）來選擇，你想使用的方法，然而，使用結(jié)點(diǎn)本身作為積分點(diǎn)僅應(yīng)該用于角接觸問題（看圖3）。        

37、60;                                                 

38、60;                         圖3  接觸檢查點(diǎn)位于高斯結(jié)點(diǎn)上然而，使用結(jié)點(diǎn)作為接觸發(fā)現(xiàn)點(diǎn)，可能會導(dǎo)致其它的收斂性問題，例如“滑脫”（結(jié)點(diǎn)滑下目標(biāo)面的邊界）看圖4，對大多的點(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CONTA26、CONTA48和CONTA49。    &

39、#160;                                                 &

40、#160;                                  圖4  結(jié)點(diǎn)滑脫調(diào)整初始接觸條件    在動態(tài)分析中，剛體運(yùn)動一般不會引起問題，然而在靜力分析中，當(dāng)物體沒有足夠的約束時(shí)會產(chǎn)生剛體運(yùn)動，有可能引起錯誤而

41、終止計(jì)算。    在僅僅通過接觸的出現(xiàn)來約束剛體運(yùn)動時(shí)，必須保證在初始幾何體中，接觸對是接觸的，換句話說，你要建立模型以便接觸對是“剛好接觸”的，然而這樣作可能會遇到以下問題：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)體模型是在初始接觸狀態(tài)，在網(wǎng)格劃分后余于數(shù)值舍入誤差；兩個(gè)面的單元網(wǎng)格之間也可能會產(chǎn)生小的縫隙。接觸單元的積分點(diǎn)和目標(biāo)單元之間可能有小的縫隙。   同理，在目標(biāo)面和接觸面之間可能發(fā)生過大的初始滲透，在這種情況下，接觸單元可能會高估接觸力，導(dǎo)致不收斂或 民接觸面之間脫離開接觸關(guān)系。定義初始接觸也許是建立接觸分析模型時(shí)

42、最重要的方面，因此，程序提供了幾種方法來調(diào)整接觸對的初始接觸條件。    注意：下面的技巧可以在開始分析時(shí)獨(dú)立執(zhí)行成幾個(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縫隙或滲透，而不是為了改正網(wǎng)格或幾何數(shù)據(jù)的錯誤。1、使用實(shí)常數(shù)ICONT來指定一個(gè)好的初始接觸環(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，程序會根據(jù)幾何尺寸來給ICONT提供一個(gè)小值，同時(shí)輸出一個(gè)表時(shí)什么值被指定的警告信息，對ICONT一個(gè)正值表示相對于下面變形體單元厚度的比例因子，一個(gè)負(fù)值表示接觸環(huán)的真正值，任何落在“調(diào)整環(huán)”敬域內(nèi)的接觸檢查

43、點(diǎn)被自動移到目標(biāo)面上，（看圖5(a)）建議使用一個(gè)小的ICONT值否則，可能會發(fā)生大的不連續(xù)（看圖5(b)）                                         

44、            圖5   用ICON進(jìn)行接觸面的調(diào)整                             (a)  調(diào)整前    

45、0;                         (b)  調(diào)整后2、使用實(shí)常數(shù)PMIN和PMAX來指定初始容許的滲透范圍，當(dāng)指定PMAX或PMIN后，在開始分析時(shí)，程序會將目標(biāo)面移到初始接觸狀態(tài)，如果初始滲透大于PMAX，程序會調(diào)整目標(biāo)面的減少滲透，接觸狀態(tài)的初始調(diào)節(jié)僅僅通過平移來實(shí)現(xiàn)。    對給定載或給定位移

46、的剛性目標(biāo)面將會執(zhí)行初始接觸狀態(tài)的初始調(diào)節(jié)。同樣，對沒有指定邊界條件的目標(biāo)面也可以進(jìn)行初始接觸的調(diào)整。    當(dāng)目標(biāo)面上的節(jié)點(diǎn)，有給的零位移值時(shí)，使用PMAX和PMIN的初始調(diào)節(jié)將不會被執(zhí)行。    注意：ANSYS程序獨(dú)立地處理目標(biāo)面上節(jié)點(diǎn)的自由度，例如：如果你指定自中度UX值為“0”，那么，沿著X方向就沒有初始調(diào)查，然而，在Y和Z方向仍然會激活PMAX和PMIN選項(xiàng)。    初始狀態(tài)調(diào)整是一個(gè)迭代過程，程序最多進(jìn)行20次迭代，如果目標(biāo)面不能進(jìn)入可接受的滲透范圍，程序會給出一個(gè)警告信息，你可能需要調(diào)整你

47、的初始幾何模型。圖6給出了一個(gè)初始接觸調(diào)整迭代失敗的例子。目標(biāo)面的UY被約束住。因此，初始接觸唯一容許的調(diào)整是在X方向，然而，在這個(gè)問題中，剛性目標(biāo)面在X方向的任何運(yùn)動都不會引起初始接觸。                                  &#

48、160;                                                 &#

49、160;      圖6   一個(gè)初始調(diào)整失敗的例子3、設(shè)置KEYOPI（9）=1來消除初始滲透，看圖7。                                   &#

50、160;                                                 &#

51、160;       圖7  消除初始始滲透在某些情況下，例如過盈裝配問題，期望有過度的滲，為了緩解收斂性困難，在第一個(gè)載荷步中設(shè)置KEYOTI（9）=2來使過度滲透漸進(jìn)到0，看圖8。當(dāng)使用這種方法時(shí)，在第一個(gè)載步中不要給定其它任何載荷，也就是說要保證載荷是漸進(jìn)的（KBC，0）                     

52、                                                  

53、                圖8  漸進(jìn)初始滲透在開始分析時(shí)，程序會給出每個(gè)目標(biāo)面的初始接觸狀態(tài)的輸出信息，（在輸出窗口或輸出文件中），這個(gè)信息有助于決定每個(gè)目標(biāo)面的最大滲透成最小間隙。對于給定的目標(biāo)面如果沒有發(fā)現(xiàn)接觸，可能是目標(biāo)面離接觸面太遠(yuǎn)（超出了Piaball區(qū)域或者是接觸/目標(biāo)單元已經(jīng)被殺死。決定接觸狀態(tài)和Pinball區(qū)域。接觸單元相對于目標(biāo)面的運(yùn)動和位置決定了接觸單元的狀態(tài)；程序檢測每個(gè)接觸單元并給出一種狀態(tài) STAT=

54、0  未合的遠(yuǎn)區(qū)接觸 STAT=1  未合的近區(qū)接觸 STAT=2  滑動接觸 STAT=3  粘合接觸當(dāng)目標(biāo)面進(jìn)入pinball區(qū)域后，接觸單元就被當(dāng)作未合上的近區(qū)域接觸，pinball區(qū)域是以接觸單元的積分點(diǎn)為中心的。使用實(shí)常數(shù)PINB來為pinball指定一個(gè)比例因子（正值）或其實(shí)值（負(fù)值），缺省時(shí)，程序?qū)inball區(qū)域定義為一個(gè)以4*變形體單元厚度為半徑的圓（對2-D問題）或球（對3-D問題）。    檢查接觸的計(jì)算時(shí)間依賴于pinball區(qū)域的大小，遠(yuǎn)區(qū)接觸單元的計(jì)算是簡單的且計(jì)算時(shí)間較少，近區(qū)接觸計(jì)算將要接觸

55、的接觸單元是較慢的,并是較復(fù)雜，當(dāng)單元已經(jīng)接觸時(shí)，計(jì)算最為復(fù)雜。    如果剛性面有好幾個(gè)凸形區(qū)域，為了克服偽接觸定義，設(shè)置一個(gè)合適的pinball區(qū)域是有用的，名而對大多數(shù)問題，缺省值是合適的   選擇表面作用模式    通過設(shè)置kcyopt(12)來選擇下面的某種作用模式法問單邊接觸    (KEYOPT(12)=0)粗糙接觸，用來模擬無滑動的，表面相當(dāng)粗糙的摩擦接觸問題，這種設(shè)置對應(yīng)于摩擦系數(shù)無限大（MU），因此用戶定義的摩擦系的（MU）被忽略KEYOPT（12）=1）不分開的接

56、觸，用來模擬那種一是接觸就再不分開的問題，這種不分開是指對法方接觸而言，允許有相對滑動。（KEYOPT（12）=2）綁定接觸 用來模擬那種接觸一是發(fā)生表面在所省方向都被綁定的問題。一旦接觸就再也不能脫開也不允許有相對滑動（KEYOPT（12）=3）用超單元建立接觸模型    面一面的接觸單元能模擬剛體和另一個(gè)有 的運(yùn)動的線 單性體的接觸，而線 單性體又以體用超單元來建模，這大大降低了進(jìn)行接觸 代的自由度數(shù)，記住任荷接觸結(jié)定都必須是超單元的主自由度。    既然超單元僅僅由一組保留的結(jié)點(diǎn)自由度組成，它沒有用來定義接觸的表面幾何形狀，因此

57、，必須在形成超單元之前在單元表面上 成接觸單元，來自超單元的信息包括結(jié)點(diǎn)連結(jié)和組合剛度，但是沒有材料特性和應(yīng)力狀態(tài)，（是否軸支稱，平面應(yīng)力或平面應(yīng)變），一個(gè)限制是接觸單元的材料特性設(shè)置必須與形成超單元之前的原始單元的材料特性相同。    使用KEYOPT（3）來提供接觸分析的信息，對2D單元（CONTA171  CONTA172）關(guān)鍵字選項(xiàng)如下所示：不使用超單元（KETOPT（3）=0）軸對稱（KEYOPT（3）=1）平面應(yīng)變或單位厚度的平面應(yīng)力（KEYOPT（3）2）需要厚度輸X的平面應(yīng)力（KEYOPT（3）=3），對這種情況使用實(shí)常數(shù)的R2來指定指定

58、厚度對3D單元（CONTA173，CONTA174）關(guān)鍵字選項(xiàng)如下示：使用H單元（KETOPI（3）=0）使用超單元（KEYOPI（3）=1）   考慮厚度影響    程序夠用KEYOPI（11）來考慮殼（2-D和3-D）和梁（2-D）的厚度缺省時(shí)，程序不考慮單元厚度，用或中面來表示它。當(dāng)設(shè)置KFTOPI（11）=1時(shí)則考慮梁或殼的厚度，從底面或頂面來計(jì)算接觸距離，建模時(shí)要考慮到厚度，記住剛性目標(biāo)面會向任一邊移動，半個(gè)梁或殼單元的厚度，當(dāng)使用殼單元181號時(shí)，在變形期間厚度的變化也將被考慮。    使用時(shí)間步長控制

59、時(shí)間步長控制是一個(gè)自動時(shí)間步長特征，這個(gè)特征預(yù)測什么時(shí)間接觸單元的狀態(tài)，將發(fā)生變化或者需要二分當(dāng)前的時(shí)間步長，使用KEYOPT（7）來選擇下列四種行為之一來控制時(shí)間步長。KEYOPT（7）=0時(shí)不提供控制，KEYOPT（7）=3提供最多的控制。KEYOPI（7）=0，設(shè)有控制，時(shí)間步  的大小不受預(yù)測影響，當(dāng)自動時(shí)間步長被激活且允許一個(gè)很小的時(shí)間步長時(shí)，這個(gè)設(shè)置是合適的。KETOPI（7）=1如果一次迭代期間有太大的滲透發(fā)生或者接觸狀態(tài)突然變化，則進(jìn)行時(shí)間步長二分。KEYOPI（7）=2對下一個(gè)子步預(yù)測一個(gè)合理的時(shí)間增量KETOPI（7）=3對下一個(gè)子步，預(yù)測一個(gè)最小的時(shí)間增量使用死

60、活單元選項(xiàng)    面面的接觸單元允許激活或殺死單元，能夠在分析的某一階段中殺死這個(gè)單元而在以后的階段再重新激活它，這個(gè)特征對于模擬復(fù)雜的金屬戍形過程是有用的、在此過程的不同分析階段有多個(gè)目標(biāo)需要和接觸面相互作用，回彈模擬常常需要在成形過程的后期移走剛性工具。步驟六：    控制剛性目標(biāo)的運(yùn)動。    按照物體的原始外形來建立的且整個(gè)表剛性目標(biāo)面是面的運(yùn)動是通過“pilot”結(jié)點(diǎn)上的給定來定義的，（如果沒有定義“pilot”結(jié)點(diǎn)，則通過剛性目標(biāo)面上的不同結(jié)點(diǎn)。）為了控制整個(gè)目標(biāo)面的運(yùn)動，在下面的任何情況下都

61、必須使用"pilot"結(jié)點(diǎn)。目標(biāo)面上作用著給定的外力目標(biāo)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)目標(biāo)面和其它單元相連（例結(jié)構(gòu)質(zhì)量單元）    "pilot"結(jié)點(diǎn)的厚度代表著整個(gè)剛性面的運(yùn)動，你可以在"pilot"結(jié)點(diǎn)上給定邊界條件（位移、初速度）集中載  轉(zhuǎn)動等等，為了考慮剛體的質(zhì)量，在"pilot"結(jié)點(diǎn)上定義一個(gè)質(zhì)量單元。    當(dāng)使用"pilot"結(jié)點(diǎn)時(shí)，記住下面的幾點(diǎn)局限性每個(gè)目標(biāo)面只能有一個(gè)“Pilot"的結(jié)點(diǎn)圓、圓錐、圓柱、球的第一個(gè)結(jié)

62、點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)工）是”pilot“結(jié)點(diǎn)，你不能另外定義或改變"pilot"結(jié)點(diǎn)程序忽略不是"lilot"結(jié)點(diǎn)的所有其它結(jié)點(diǎn)上的邊 條件。只有“pilot”結(jié)點(diǎn)能與其它單元相連當(dāng)定義了“pilot”結(jié)點(diǎn)后，不能使用約束方程（CF）或結(jié)點(diǎn)來耦合（CP）來控制目標(biāo)面的自由度，如果你在剛性面上給定任意載荷或者約束，你必須定義“pilot”結(jié)點(diǎn)，是在"pilot"結(jié)點(diǎn)上加載，如果沒有使用“pilot”結(jié)點(diǎn)，則只能有剛體運(yùn)動。    在每個(gè)載 步的開始，程序檢查每個(gè)目標(biāo)面的邊界條件，如果下面的條件都滿足，那么程序?qū)⒛繕?biāo)面作

63、為固定處理：在目標(biāo)面結(jié)點(diǎn)上沒有明確定義邊界條件或給定力目標(biāo)面結(jié)點(diǎn)沒有和其它單元相連沒有目標(biāo)面結(jié)上使用約束方程或結(jié)點(diǎn)來 合    在每個(gè)載體步的末尾，程序?qū)潘杀粌?nèi)部設(shè)置的約束條件步驟7：給變形體單元加必要的邊界條件    現(xiàn)在可以按需要加上任你邊界條件。加載過程與其它的分析類型相同步驟8：定義求解和載 步選項(xiàng) 為了更好的收斂 接觸問題的收斂性隨問題不同而不同，下面列式了一些典型的在大多數(shù)面面的接觸分析中推薦使用的選項(xiàng)時(shí)間步長必須足夠 以描述適當(dāng)?shù)慕佑| 。如果時(shí)間步 太大，則接觸力的光滑傳遞會被破壞，設(shè)置精確時(shí)間步長的可信賴

64、的方法是打開自動時(shí)間步長。    命令：Autots,on    GUI：Main Menu>Solution>-load step opts-Time/Frequence>Time&Time step                           

65、;                             /Time& substeps如果在迭代期間接觸狀態(tài)變化，可能發(fā)生不連續(xù)，為了避免收斂太慢，使用修改的剛度陣，將牛頓一拉普森選項(xiàng)設(shè)置成FULL    命令：NROPT,FULL,OFF   

66、GUI：Main Menu>Solution>Analysis options不要使用自下降因子，對面一面的問題，自適應(yīng)下降因子通常不會提供任何幫助，因此我們建議關(guān)掉它。設(shè)置合理的平衡迭代次數(shù)，一個(gè)合理的平衡迭代次數(shù)通常在25和50之間    命令：NEQIT    GUI：Main Menu>Solution>-load step opts-Nonlinear>Equilibriwm iter因?yàn)榇蟮臅r(shí)間增量會使迭代趨向于變得不穩(wěn)定，使用線性搜索選項(xiàng)來使計(jì)算穩(wěn)定化。   

67、命令：LNSRCH    GUI：Main menu>solution>-load step opts-Nonlinear>lins search除非在大轉(zhuǎn)動和動態(tài)分析中，打開時(shí)間步長預(yù)測器選項(xiàng)    命令：PRED    GUI：main mean>solarion>-load step opis-nonlinear>predictor在接觸分析中許多不收斂問題是由于使用了太大的接觸剛度引起的，（實(shí)常數(shù)FKN）檢驗(yàn)是否使用了合適的接觸剛度。步驟九：求解 &#

68、160;  現(xiàn)在可以對接觸問題進(jìn)行求解，求解過程與一般的非線問題求解過程相同步驟十：檢查結(jié)果    接觸分析的結(jié)果主要包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變，支  ，和接觸信息（接觸壓力、滑動等）你可以在一般的后處理器（post1）或時(shí)間歷程后處理器（post26）中查看結(jié)果。注意點(diǎn)：1.為了在post1中查看結(jié)果，數(shù)據(jù)庫文件所包含的模型必須與用于求解的模型相同。2.必須存在結(jié)果文件在post1中查看結(jié)果1.從輸出文件中查看分析是否收斂。如果不收斂，你可能不想后處理，而更在乎為什么不收斂。如果已經(jīng)收斂，繼續(xù)后處理。2.進(jìn)入post1如果你的模型不在當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫中

69、，使用恢復(fù)命令（resume）來恢復(fù)它。 命令：/post1 GUI：main menu>General postproc3.讀入所期望的載荷步和子步的結(jié)果，這可以通過載荷步和子步數(shù)也可以通過時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。 命令：SET GUI：main menu>generad postproc4.使用下面的任何一個(gè)選項(xiàng)來顯示結(jié)果 選項(xiàng)：顯示變形形狀態(tài) 命令：PLDISP GUI：main menu>general postproc>plot resnlt deformed shape 選項(xiàng)：等值顯示 命令：PLNSOL        PLESOL GUI：main menu>general postproc>plot result>contour plot-noded solu 或