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1、接触属性高级选项设置,第四章,接触属性高级选项设置,要成功的模拟接触关系需要很好的掌握ANSYS中的众多工具，当程序缺省设置不能满足要求时可使用工具进行调整. 首先我们讨论面面接触单元和点面接触单元(CONTA171-175).,本章节包含以下主题: 初始干扰 处理刚体运动 对位移的控制 对力的控制 Full 法瞬态动力学 使用弱弹簧 关闭间隙 (CNOF, ICONT, PMIN/PMAX, PSOLVE) 对称与不对称接触 各式调整 打开接触刚度 不对称接触选择 梁/壳 厚度效应 自动时间步 一般故障的检查技巧,接触属性高级选项设置,接触属性高级选项设置A. 初始干扰,ANSYS中提供了几
2、种模拟接触初始干扰的技术，它们需要初始几何穿透值或/和指定的偏移值. 指定偏移值:,初始穿透有如下选项设置: Include everything:考虑来自几何上的初始干扰和指定偏移的初始干扰. Exclude everything: 忽略所有的初始干扰效应. Include with ramped effects: 逐渐施加干扰以增加收敛. Include offset only: 仅考虑指定偏移带来的初始干扰. Include offset only w/ ramp:仅考虑指定偏移带来的初始干扰，并逐渐施加干扰以增加收敛.,可通过KEYOPT(9)设置,接触属性高级选项设置初始干扰,如果模
3、型包含初始几何穿透的话，那么接触力会以阶跃的形式快速增加到一个很大的值. 牢记：突然改变力会导致收敛困难，应该使初始干扰坡度化. Include with ramped 选项和 Include offset only w/ ramp 有助于克服收敛困难（在第一个载荷步中使初始穿透斜坡化）. 第一个载荷步中不应再施加其它载荷. 保证 pinball区域(PINB) 要比初始穿透要大.,接触属性高级选项设置初始干扰,对于接触法向经常改变的接触问题，可尝试接触面目标面互换或去掉有问题的接触单元.,接触面,目标面,接触属性高级选项设置初始干扰,可参考WORKSHOP中的相关章节: 练习六. 初始干扰.
4、,接触属性高级选项设置初始干扰- Workshop,在静力分析中，两个或多个物体初始并没有连接，在接触创建前它们可能产生刚体运动.,接触属性高级选项设置B. 处理刚体运动,如果求解中两物体发生分离，那么刚度矩阵将变得奇异. ANSYS 将给出警告信息 ANSYS中提供了几种克服初始未接触体接触问题的方法: 在即将接触位置建立几何模型 动力学分析 位移控制 弱弹簧 使用无分离接触 （ KEYOPT(12) ） 调整初始接触条件,接触属性高级选项设置.处理刚体运动,即将接触 用户需用知道即将发生接触的具体位置.当面为曲面或不规则面时该方法较困难.,接触属性高级选项设置.处理刚体运动,动力学分析 在
5、动力学分析中，初始影响阻止刚体运动.动态地对该问题求解可解决刚体位移问题. 你需要增加质量和阻尼，然后把静态分析转换成动力学分析. 你必须确认系统在分析结束后进入静态. 否则，非零的加速度和速度将会产生假的阻尼力从而影响平衡,接触属性高级选项设置.处理刚体运动,位移控制 使用强制位移使两物体进入接触状态. 然后通过使用一个空的载荷步把位移控制转为力控制.,接触属性高级选项设置.处理刚体运动,位移控制 Load Step 1 施加一个小的强制性位移. Load Step 2 使用一个空的载荷步把位移控制转为力控制.删除上步施加的位移后施加力进行求解 (该载荷步应该迭代1到2次后就能够收敛). L
6、oad Step 3 继续施加用户需要的载荷.,接触属性高级选项设置.处理刚体运动,弱弹簧 该方法使用弱弹簧的方法阻止刚体位移.,接触属性高级选项设置.处理刚体运动,尽管这些都是有效技巧，但较难使用 “即将接触法” -由于分网时的取整处理，物体间可能存在小的间隙或穿透，这可能导致不收敛. 动力学方法 -系统在分析结束后没有完全进入静态，仍存在动态效应 位移控制法 -在一个复杂加载的情况下，需要强加的位移不好确定. 弱弹簧法 -需要施加一个非常小的力使得弱弹簧发生变形触发接触，但不能出现穿透接触面的现象.,接触属性高级选项设置.处理刚体运动,ANSYS提供给用户四种高级接触选项，用来调整初始接触
7、条件，防止刚体模型的出现. 1. 自动接触调整: 程序计算CNOF 值来关闭间隙. 2. 初始接触关闭 (ICONT): 接触面上建立节点，用户定义调整区间 3. 允许穿透容差(PMIN & PMAX): 移动刚性面使其和接触面发生接触.,接触属性高级选项设置.处理刚体运动,4. CNCHECK命令 把接触面移向目标面要遵循以下步骤: 前提条件：使用节点探测选项KEYOPT(4) = 1 和 2或使用CONTA175单元 初始接触节点处于 ICONT 区域内 初始穿透节点的 KEYOPT(9) = 1 pinball 区域应该足够大，要能够捕捉到间隙和初始穿透.,接触属性高级选项设置.处理刚体
8、运动,推荐使用CNOF自动计算并关闭小的间隙(KEYOPT(5)=1).,接触属性高级选项设置.处理刚体运动1,实常数ICONT可以指定目标面周围的调整范围. 任何处于调整范围内的点都会移动到目标面上. ICONT的值太大的话会产生不连续. 可使用程序缺省值,接触属性高级选项设置.处理刚体运动2,可参考workshop中的相关章节: 练习七. 刚体 关闭间隙,接触属性高级选项设置. 刚体 Workshop,实常数PMIN和PMAX用来指定初始穿透范围. ANSYS把整个目标面（包括它附着的柔体）移向PMIN和PMAX指定的穿透范围内. 如果目标面被约束，则PMIN和PMAX的指定无效. 初始调
9、整是一个迭代的过程.ANSYS最多使用20个迭代使目标面进入PMIN和PMAX范围.,接触属性高级选项设置.处理刚体运动3,当目标面移动后，两个原本分离的物体不再有间隙.,接触面,目标面（调整后）,目标面（调整前）,接触属性高级选项设置.处理刚体运动3,使用 CNCHECK调整接触 前提：使用节点探测选项KEYOPT(4) = 1 和 2或使用CONTA175单元 初始接触节点处于 ICONT 区域内 初始穿透节点的 KEYOPT(9) = 1 pinball 区域应该足够大，要能够捕捉到间隙和初始穿透.,接触属性高级选项设置.处理刚体运动4,接触属性高级选项设置.处理刚体运动4,使用Cont
10、act Manager时，点击Check Contact Status按钮会出现四个选项，第三个选项Move contact nodes to target可执行CNCHECK命令,可参考workshop中相关章节: 练习八. 刚体 PMIN & PMAX.,接触属性高级选项设置.刚体运动workshop,不对称接触被定义为：一个面上存在所有的接触单元，另一个面上存在所有的目标单元 一个接触对 最有效 对称接触：每个面都被指定为目标面和接触面 通常为两个接触对，也有可能为一个（自接触） 当目标面和接触面很难区分或两个面的网格都较粗时，采用对称接触 接触算法为罚函数法时可采用对称接触 对于MPC
11、 算法和三维Lagrange 乘子法, ANSYS会自动切换到不对称接触，因为此两种情况下对称接触会导致过度约束.,接触属性高级选项设置C. 对称与不对称,自接触时采用对称接触方式,把目标单元和接触单元放在同一个面上,自接触,接触属性高级选项设置.对称与不对称,假接触自动预防: 在某些自接触情况中，ANSYS可能错误的认为几何上非常临近的面处于接触状态. 如果ANSYS在第一个载荷步遇到这种接触，输出窗口或输出文件中会有如下提示：,Contact surface,Target surface,假接触可能发生,Contact element 16 has too much penetration
12、 related to target element 10 We assume it (may be more elements) is spurious contact.,接触属性高级选项设置.对称与不对称,非对称接触选项: 对称的接触对可以自动缩减为非对称接触对(KEYOPT(8)=2) 程序尽可能的把对称接触对自动转换成非对称接触对,接触属性高级选项设置D. 各式调整,非对称接触选项: 适用于: 模型中存在大量的接触对并很难选择 Workbench Simulation中使用自动接触的模型 接触面和目标面很难区分时 Workbench Simulation 模型 209 个部件 450
13、个对称接触对 115万个自由度,接触属性高级选项设置.各式调整,* NOTE * CP= 19.490 TIME= 18:22:37 Symmetric Deformable- deformable contact pair identified by real constant set 8 and contact element type 9 has been set up. The companion pair has real constant set ID 9. Both pairs should have the same behavior. ANSYS will keep the
14、current pair and remove its companion pair, resulting in asymmetric contact. * NOTE * CP= 19.490 TIME= 18:22:37 Symmetric Deformable- deformable contact pair identified by real constant set 9 and contact element type 9 has been set up. The companion pair has real constant set ID 8. Both pairs should
15、 have the same behavior. ANSYS will remove the current pair and keep its companion pair, resulting in asymmetric contact.,非对称接触选项: 当非对称接触激活时，ANSYS会通过输出窗口提示用户,接触属性高级选项设置.各式调整,请参考 Workshop 中的相关章节: 练习九. 对一个大模型进行故障检查.,接触属性高级选项设置.各式调整,梁/壳厚度效应: 如果模型包括梁单元或壳单元，接触面由于厚度效应可能平移. 对SHELL181/208/209单元, 大应变导致的厚度改变也
16、应考虑进去. 梁厚度效应只在二维梁中有效,壳的中面,壳厚度,Contact,Target,在平移后的面上探 测出接触,接触属性高级选项设置.各式调整,自动时间步: 使用载荷步可以使线性分析的精度和收敛性都大为提高 缺省状态下程序使用自动时间步长. 更多的子步 (更小的时间步) 提高收敛性和精度 然而时间步如果太小，求解的总体精度会下降,接触属性高级选项设置.各式调整,自动时间步: 时间步长预测能够基于当前及历史响应来决定下个子步需要的时间步长. 时间步的大小决定于: 上一载荷步平衡方程的数目. 响应频率 (瞬态分析). 上一载荷步的蠕变增量. 上一载荷步的塑性应变增量. 接触单元的状态改变 .,接触属性高级选项设置.各式调整,自动时间
