ansys接触问题

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1、接触问题（参考 ANSYS 的中文帮助文件）当两个分离的表面互相碰触并共切时，就称它们牌接触状态。在一般的物理意义中，牌接触状态的表面有下列特点： 1、不互相渗透；2、能够互相传递法向压力和切向摩擦力；3、通常不传递法向拉力。接触分类：刚性体柔性体、柔性体柔性体 实际接触体相互不穿透，因此，程序必须在这两个面间建立一种关系，防止它们在有限元分析中相互穿过。罚函数法。接触刚度 lagrange 乘子法，增加一个附加自由度（接触压力） ，来满足不穿透条件将罚函数法和 lagrange 乘子法结合起来，称之为增广 lagrange 法。三种接触单元：节点对节点、节点对面、面对面。 接触单元的实常数和

2、单元选项设置： FKN：法向接触刚度。这个值应该足够大，使接触穿透量小；同时也应该足够小，使问题没有病态矩阵。FKN 值通常在 0.110 之间，对于体积变形问题，用值 1.0（默认） ，对弯曲问题，用值 0.1。FTOLN：最大穿透容差。穿透超过此值将尝试新的迭代。这是一个与接触单元下面的实体单元深度（h）相乘的比例系数，缺省为 0.1。此值太小，会引起收敛困难。ICONT：初始接触调整带。它能用于围绕目标面给出一个“调整带” ，调整带内任何接触点都被移到目标面上；如果不给出 ICONT 值，ANSYS 根据模型的大小提供一个较小的默认值（0.03 PINB：指定近区域接触范围（球形区） 。

3、当目标单元进入 pinball 区时，认为它处于近区域接触，pinball 区是围绕接触单元接触检测点的圆（二维）或球（三维） 。可以用实常数 PINB 调整球形区（此方法用于初始穿透大的问题是必要的）PMIN 和 PMAX：初始容许穿透容差。这两个参数指定初始穿透范围，ANSYS把整个目标面（连同变形体）移到到由 PMIN 和 PMAX 指定的穿透范围内，而使其成为闭合接触的初始状态。初始调整是一个迭代过程，ANSYS 最多使用 20 个迭代步把目标面调整到 PMIN 和 PMAX 范围内，如果无法完成，给出警告，可能需要修改几何模型。TAUMAX：接触面的最大等效剪应力。给出这个参数在于，

4、不管接触压力值多大，只要等效剪应力达到最大值 TAUMAX，就会发生滑动。该剪应力极限值通常用于接触压力会变得非常大的情况。CNOF：指定接触面偏移。+CNOF 增加过盈、-CNOF 减少过盈或产生间隙、CNOF 能与几何穿透组合应用。FKOP：接触张开弹簧刚度。针对不分离或绑定接触模型，需要设置实常数FKOP，该常数为张开接触提供了一个刚度值。FKOP 阻止接触面的分离；FKOP 默认为 1.0，用于建立粘结模型，用一个较小值（1e-5）去建立软弹簧模型。FKT：切向接触刚度。作为初值，可以采用FKT0.01*FKN，这是大多数ANSYS 接触单元的缺省值。COHE：粘滞力。即没有法向压力时

5、开始滑动的摩擦应力值。FACT，DC：定义摩擦系数变化规律MUMUK*（1+（FACT-1）EXP（DC*vtfs/deltaT） ）式中：MUK动摩擦系数（用户自己定义）FACTMUS/MUK（用户自己定义）MUS静摩擦系数 DC衰减系数（用户自己定义）Vtfs/deltaT表面间的相对速度注意：动摩擦系数由被指定为材料属性（MU） ，由 MP 命令或 GUI 定义。缺省值：FACT1，MUSMUK0，DC0 Keyopt 的介绍，以 Target170,Conta173 为例：首先介绍 170 的 Keyopt KEYOPT（3）：定义接触行为KEYOPT（1）：单元阶数（是否含有中节点）

6、KEYOPT（1）0：低阶单元（不含中节点）KEYOPT（1）1：高阶单元（含中节点）KEYOPT（2）：刚体目标面约束条件0 时，自动约束选项，每一个载荷步的末尾，程序内部将是性面重新设置约束。满足以下条件，刚性面则缺省为自动约束没有明确定义边界条件；目标面与其它单元没有联系；没有定义耦合或约束方程。1 时，用户定义选项。Conta173 的 Keyopt：KEYOPT（1）：自由度选项。0 时，结构：UX，UY，和 UZ；1 时，结构和热；2 时，TEMP（用于纯热接触问题）KEYOPT（2）：选择接触算法。0 时，增广的拉格朗日法（缺省选项） ，推荐于一般应用，它对罚刚度不太敏感，但是也

7、要求给出一个穿透容差。1时，罚函数法。它推荐应用于单元非常扭曲、大摩擦系数和用增广的拉格朗日法收敛行为不好的问题。KEYOPT（4）：选择接触检查点。0 时，高斯点（缺省选项，推荐） ；1时，节点；ANSYS 面对面单元默认用高斯积分点作为接触检查点。KEYOPT（5）：自动 CNOF 调整。允许 ANSYS 基于初始状态自动给定 CNOF值导致“刚好接触”配置。0 时，不进行自动调整；1 时，闭合间隙；2 时，减小穿透；3 时，闭合间隙/减小穿透。KEYOPT（7）：时间步控制选项。 （只有在 Solution Control 中打开基于接触状态变化的时间步预测，此选项才起作用。Soluti

8、onUnabridged MenuSolution Ctrl0 时，不控制，不影响自动时间步长。对静力问题自动时间步打开时此选项一般是足够的。 1 时，自动二分，如果接触状态变化明显，时间步长将二分，对于动力问题自动二分通常是足够的；2 时，合理值。比自动细分更耗时的算法；3 时，最小值。此选项为下一子步预测最小时间增量（很耗机时，不推荐） 。KEYOPT（8）：防止伪接触选项。0 时，不防止；1 时，检测并忽略伪接触。KEYOPT（9）：初始穿透间隙控制。0 时，包括几何穿透/间隙和CNOF；1 时，忽略几何穿透/间隙和 CNOF；2 时，包括几何穿透/间隙和CNOF，且在第一个载荷步中渐变

9、；3 时，忽略几何穿透/间隙，包括CNOF；4 时，忽略几何穿透/间隙，包括 CNOF，且在第一个载荷步中渐变。KEYOPT（10）：接触刚度更新控制。0，闭合状态的接触刚度不进行任何更新；1，每一载荷步更新闭合状态的接触刚度（FKN 或 FKT，由用户指定） ；2，与1 同，此外，在每一子步，程序自动更新接触刚度（根据变形后下伏单元的刚度） 。KEYOPT（11）：壳、梁单元厚度影响。如果已经创建了一个梁或壳单元模型，接触表面能够偏置，用于考虑梁或壳的厚度。0，在中面接触（默认） ；1，在指定表面的顶部或底部。注意：当用 SHELL181 单元时，由于大应变变形引起的厚度改变也被考虑。KEY

10、OPT（12）：创立不同的接触表面相互作用模型。 0，标准的接触行为，张开时法向压力为 0；1，粗糙接触行为，不发生滑动（类似无限摩擦系数） ；2，不分离，允许滑动；3，绑定接触，目标面和接触面一旦接触就粘在一起； 4，不分离接触（总是） ，初始位于 pinball 区域内或已经接触的接触检查点在法向不分离；5，绑定接触（总是） ，初始位于 pinball 区域内或已经接触的接触检查点总是与目标面绑定在一起；6，绑定接触（初始接触） ，只在初始接触的地方采用绑定，初始张开的地方保持张开。5.1 概述接触问题是一种高度非线性行为，需要较多的计算机资源。为了进行切实有效的计算，理解问题的物理特性和

11、建立合理的模型是很重要的。接触问题存在两个较大的难点：其一，在用户求解问题之前，用户通常不知道接触区域。随载荷、材料、边界条件和其它因素的不同，表面之间可以接触或者分开，这往往在很大程度上是难以预料的，并且还可能是突然变化的。其二，大多数的接触问题需要考虑摩擦作用，有几种摩擦定律和模型可供挑选，它们都是非线性的。摩擦效应可能是无序的，所以摩擦使问题的收敛性成为一个难点。注意 -如果在模型中，不考虑摩擦，且物体之间的总是保持接触，则可以应用约束方程或自由度藕合来代替接触。约束方程仅在小应变分析( NLGEOM ，off)中可用。见ANSYS Modeling and Meshing Guide中

12、的12，Coupling and Constraint Equations。除了上面两个难点外，许多接触问题还必须涉及到多物理场影响，如接触区域的热传导、电流等。5.1.1 显式动态接触分析能力除了本章讨论的隐式接触分析外，ANSYS 还在 ANSYS/LS-DYNA 中提供了显式接触分析功能。显式接触分析对于短时间接触-碰撞问题比较理想。关于ANSYS/LS-DYNA 的更多的信息参见ANSYS/LS-DYNA Users Guide。5.2 一般接触分类接触问题分为两种基本类型：刚体柔体的接触，柔体柔体的接触。在刚体柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，(与它接触的变形体相比，有

13、大得多的刚度)。一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，可以假定为刚体柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触。柔体柔体的接触是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体(有相似的刚度)。柔体柔体接触的一个例子是栓接法兰。5.3 ANSYS 接触分析功能ANSYS 支持三种接触方式：点点，点面，面面接触。每种接触方式使用不同的接触单元集，并适用于某一特定类型的问题。为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触。如果相互作用的其中之一是一点，模型的对应组元是一个节点。如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，如梁单元、壳单元或实体单元。有限元模型通过指

14、定的接触单元来识别可能的接触对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于 ANSYS 使用的接触单元和使用它们的过程，后面会分类详述，然后论述 ANSYS 接触单元和他们的功能。参见ANSYS Elements Reference和ANSYS Theory Reference。表 5-1 ANSYS 接触分析功能点-点 点-面 面 - 面CONTAC 12CONTAC52CONTA178CONTAC26CONTAC48CONTAC49CONTAC171,172 TARGET 169CONTAC 173, 174 TARGET 170点-点 Y Y Y点-面 Y Y Y面-面 Y Y

15、Y Y2-D Y Y Y Y Y Y3-D Y Y Y Y滑动 小 小 小 大 大 大 大 大曲面 Y Y圆柱间隙 Y Y纯Lagrange乘子Y增加Lagrange乘子Y Y Y Y Y接触刚度 用户定 义 半自动 用户定 义 用户定 义 用户定 义 半自动 半自动自动网格工具 EINTF EINTF None GCGEN GCGEN ESURF ESURF低阶 Y Y Y Y Y Y Y Y高阶 Y Y Y刚体-柔体 Y Y Y Y Y Y Y Y柔体-柔体 Y Y Y Y Y Y Y热接触 Y Y Y Y5.3.1 面面的接触单元ANSYS 支持刚体柔体和柔体柔体的面面的接触单元。这些单

16、元应用“目标”面和“接触”面来形成接触对。分别用 TARGE169 或 TARGE170 来模拟 2D 和 3D 目标面。用 CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174 来模拟接触面。为了建立一个“接触对”，给目标单元和接触单元指定相同的实常数号。参见5.4。这些面-面接触单元非常适合于过盈装配安装接触或嵌入接触，锻造，深拉问题。与点面接触单元相比，面面接触单元有许多优点:支持面上的低阶和高阶单元(即角节点或有中节点的单元)；支持有大滑动和摩擦的大变形。计算一致刚度阵，可用不对称刚度阵选项；提供为工程目的需要的更好的接触结果，如法向压力和摩擦应力；没有刚体表面形状的限制，刚体表面的光滑性不是必须的，允许有自然的或网格离散引起的表面不连续；与点面接触单元比，需要较少的接触单元，因而只需较小的磁盘空间和CPU 时间，并