ANSYS-高级接触分析

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1、ANSYS 高级接触问题 接触问题概述在工程中会遇到大量的接触问题，如齿轮的啮合、法兰联接、机电轴承接触、卡头与卡座、密封、板成形、冲击等等。接触是典型的状态非线性问题，它是一种高度非线性行为。接触例子如下图：分析中常常需要确定两个或多个相互接触物体的位移、接触区域的大小和接触面上的应力分布。接触分析存在两大难点： 在求解之前，你不知道接触区域的范围；表面之在求解之前，你不知道接触区域的范围；表面之间是接触还是分开是未知的；表面之间突然接触间是接触还是分开是未知的；表面之间突然接触或突然不接触会导致系统刚度的突然变化。或突然不接触会导致系统刚度的突然变化。大多数接触问题需要计算摩擦。摩擦是与路

2、径有关的现象，摩擦响应还可能是杂乱的，使问题求解难以收敛。ANSYS 高级接触问题 1 接触分类刚柔一个表面是完全刚性的除刚体运动外无应变、应力和变形，另一表面为软材料构成是可变形的。只在一个表面特别刚硬并且不关心刚硬物体的应力时有效。柔柔两个接触体都可以变形。2 接触单元ANSYS 采用接触单元来模拟接触问题： 跟踪接触位置； 保证接触协调性（防止接触表面相互穿透）； 在接触表面之间传递接触应力（正压力和摩擦）。 接触单元就是覆盖在分析模型接触面上的一层单元。 在 ANSYS 中可以采用三种不同的单元来模拟接触： 面一面接触单元； 点一面接触单元； 点一点接触单元。不同的单元类型具有完全不同

3、的单元特性和分析过程。1. 面一面接触单元用于任意形状的两个表面接触 不必事先知道接触的准确位置； 两个面可以具有不同的网格； 支持大的相对滑动； 支持大应变和大转动。例如: 面一面接触可以模拟金属成型，如轧制过程。2 接触单元2 接触单元2. 点一面接触单元用于某一点和任意形状的面的接触 可使用多个点面接触单元模拟棱边和面的接触； 不必事先知道接触的准确位置； 两个面可以具有不同的网格； 支持大的相对滑动； 支持大应变和大转动。例：点面接触可以模拟棱边和面之间的接触2 接触单元2 接触单元3. 点点接触单元用于模拟单点和另一个确定点之间的接触。 建立模型时必须事先知道确切的接触位置； 多个点

4、点接触单元可以模拟两个具有多个单元表面间的接触；每个表面的网格必须是相同的；相对滑动必须很小；只对小的转动响应有效。例如: 点一点接触可以模拟一些面的接触。如地基和土壤的接触2 接触单元2 接触单元3 关于耦合和约束方程的应用如果接触模型没有摩擦，接触区域始终粘在一起，并且分析是小挠度、小转动问题，那么可以用耦合或约束方程代替接触。使用耦合或约束方程的优点是分析还是线性的 接触问题的一般特性1 接触刚度1、所有的 ANSYS 接触单元都采用罚刚度（接触刚度）来保证接触界面的协调性在数学上为保持平衡，需要有穿透值然而，物理接触实体是没有穿透的 分析者将面对困难的选择：小的穿透计算精度高，因此接触

5、刚度应该大；然而，太大的接触刚度会产生收敛困难：模型可能会振荡，接触表面互相跳开。接触刚度是同时影响计算精度和收敛的最重要的参数。你必须选定一个合适的接触刚度。除了在表面间传递法向压力外，接触单元还传递切向运动（摩擦）。采用切向罚刚度保证切向的协调性。（图12）作为初值，可采用：Ktangent=0.01 Knormal切向罚刚度与法向罚刚度以同样的方式对收敛性和计算精度产生影响。2、接触刚度的选取 选定一个合适的接触刚度值需要一些经验。 对于面一面接触单元，接触刚度通常指定为基体单元刚度的一个比例因子。 开始估计时，选用 FKN = 1.0 大面积实体接触 FKN = 0.01-0.1 较柔

6、软（弯曲占主导的部分） 另外，也可以指定一个绝对刚度值，单位：（力/长度）/ 面积。 对于点一点（除 CONTA178）和点面接触单元需要为罚刚度 KN 输入绝对值： 初始估计时： 对于大变形: 0.1*E KN 1.0*E 对于弯曲: 0.01*E KN 0.1*E E 为弹性模量3、选取接触刚度的指导：Step 1. 开始采用较小的刚度值Step 2. 对前几个子步进行计算Step 3. 检查穿透量和每一个子步中的平衡迭代次数在粗略的检查中，如以实际比例显示整个模型时就能观察到穿透，则穿透可能太大了，需要提高刚度重新分析。如果收敛的迭代次数过多（或未收敛），降低刚度重新分析。注意：罚刚度可

7、以在载荷步间改变，并且可以在重启动中调整。牢记：接触刚度是同时影响计算精度和收敛性的最重要的参数。如果收敛有问题，减小刚度值，重新分析在敏感的分析中，还应该改变罚刚度来验证计算结果的有效性。在分析中减小刚度范围，直到结果（接触压力、最大SEQV 等）不再明显改变。2 摩擦1、两个接触体的剪切或相互滑动行为可以是无摩擦的，也可以是有摩擦的 无摩擦时允许物体没有阻力地相互滑动； 有摩擦时，物体之间会产生剪切力 (摩擦力)。2、摩擦消耗能量，并且是路径相关行为。 为获得较高的精度，时间步长必须很小（图2-1）图213、ANSYS 中，摩擦采用库仑模型，并有附加选项可处理复杂的粘着和剪切行为。 库仑法

8、则是宏观模型，表述物体间的等效剪力 FT 不能超过正压力 FN 的一部分： FT Preprocessor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to Surf(ESURF) 对于直接生成刚性目标面，在建立目标单元之前需要要指定附加的单元属性 TSHAP刚性目标面的自动划分不需要 TSHAP。ANSYS 能根据实体模型确定合适的目标单元形状。 划分线 (LMESH) 2D 刚性目标面 划分面 (AMESH) 3D 刚性目标面 创建关键点(KMESH)控制节点（Pilot）刚性目标面能与控制点联系起来。Pilot 实际上是只有一个节点的单元，通过这

9、个节点的运动可以控制整个目标面的运动。ANSYS 只在 Pilot 节点上检查边界条件而忽略其它节点的约束。 对可变形体目标面建立目标单元的步骤是： 1.先选择可变形体表面上的节点 2.然后在可变形体上建立目标单元 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to SurfANSYS 将根据基体的网格确定目标单元形状和外法线方向。检查外法线方向（这在自动划分刚性目标面时非常重要）图 3-3 打开单元坐标系标志并重绘单元 /PSYMS,ESYS,1 目标单元外法线方向应该指向接触面。如果单元法向不指向接触面，

10、用命令使之反转： ESURF,REVE例：Seal.dat (图3-3)Step 5. 建立接触面单元 设置接触单元属性、选择可变形体表面节点，并在可变形体上建立接触单元（过程与在可变形体上建立目标单元相同） Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to Surf (ESURF) 这些接触单元与基体有同样的阶数（低阶或高阶）。 注意，在壳或梁单元上建立目标单元或接触单元时，可以选择要在梁或壳单元的顶层还是底层建立单元。 图图3-33-3 在选择柔体表面上的节点时，如果你确定某一部分节点永远不会接触到目标

11、面，可以忽略它，以减少计算时间。 接触面的外法向应指向目标面。如果发现外法线方向不正确，用下列命令修改之 ESURF,REVEStep 6. 在有限元模型上施加边界条件 如果目标面是刚性面，目标面将会自动固定。 定义了 Pilot 点 ANSYS 只检查该点的边界条件，忽略目标面上其它节点约束。控制点能控制目标面的运动。 对 Seal.dat 施加的边界条见图 33。Step 7. 定义求解选项和载荷步，以下是默认设置 推荐使用N.L求解自动控制 使用不带自适应下降的 full Newton-Raphson 法求解 时间步必须足够小。使用自动时间步。 子步数的最大值（NSBMX）应较大，最小值

12、（NSBMIN）应较小Step 8. 求解Step 9. 后处理 结果包括位移、应力、应变和接触等信息。 接触压力、摩擦应力、总应力、接触侵入、接触间隙距离、滑动距离和接触状态都可以从 /POST1 或/POST26 中得到。面一面接触分析实例（建立接触对不通过接触向导）实例1：弹性环装配轴对称施加位移载荷：在 L45 线上施加 0.4的 Y 向位移打开几何 N.L 开关 (NLGEOM,on)设 Time = 0.4 并为自动时间步给出子步数(20,500,10)给出输出控制（要求输出每一子步结果）求解并查看输出和监视文件重启动分析亦将 Y 向偏移量增加到 0.55使咬接装配的第 2 个齿咬

13、合。问题以弯曲为主，设 FKN = 0.1GUI 方式：Step 1. 恢复数据库文件 Snap.db（Snap.db 数据库包含此有限元模型的完整几何模型、材料、边界条件。但未定义目标单元与接触单元）。 Utility Menu File Resume from 选 Snap.db 【OK】基体单元: Plane42,1 轴对称材料: MAT,1 EX = 0.175e6; NUXY = 0.35 ; MU = 0.0 MAT,2 EX = 90000; NUXY = 0.35 约束节点 163 UY = 0 182 UY = 0Step 2. 创建目标面单元类型Main Menu Prep

14、rocessor Element Typer Add/Edit/Delete 【Add】 contact 2D targe169 Element typer reference number = 2 【OK】或命令: /PREP 7 ET,2,Targe169Step 3. 建立接触面单元类型Main Menu Preprocessor Element Typer Add/Edit/Delete 【Add】 contact 2nd Surf 171 Element typer reference number = 3 【OK】 【close】或命令: ET,3,conta171Step 4.指

15、定接触法向刚度 Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete 【Add】 Type 3 CONTA171 【OK】 Real Constant Set No. = 1 Normal Penalty Stiffness FKN = 0.1(对弯曲问题采用初值0.1) Penetration tolerance FTOLN = 0.1 (不用此,不收敛) 或命令：R,1,0.1,0.1确定罚刚度 FKN 值通常在 0.01-10 之间，对于体积变形问题用 1.0（默认），对弯曲问题用 0.1确定侵入容差：侵入容差 (FTOLN) 是与接

16、触单元下面的实体单元深度（h） 相乘的比例因子。若此值太小会引起收敛困难，绝对不要用太小的容差!增大罚刚度（FKN）将减少侵入。 将 FKN 增大 100 倍会相应地减少侵入，但是接触压力只改变 5。如不收敛可调整 FKN 或 FTOLN 值重新运行。检查侵入和每个子步的平衡迭代数，如果收敛受侵入容差的驱使可能是FKN 值估计不足或 FTOLN 值太小。如果需要多次迭代才能使残值收敛而不是侵入。FKN 值可能估计得太高。 Step 5. 创建目标单元(1) 为目标面选择线 Utility Menu Select Entities 拾取线(图3-5) 【OK】 或命令： LSEL,S,2,4 L

17、SEL,A,15,18 图3-6 LSEL,A,63(2).选择附于线上的全部节点(图3-6) Utility Menu Select Entities Nodes Attached to lines,all 【OK】或命令： NSLL,S,1 NPlot图图3-53-5图图3-63-6(3).设置单元属性 Main Menu Preprocessor Create Element Elem Attributes或命令： Type,2 Mat,1 Real,1(4).创建目标单元 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Surf / Co

18、ntact Surf to Surf注意：如果基体单元是 2D 平面或 3D 实体单元 “Tlab” 无效，如果基体单元是 2D 单元，“Shape” 无效。选 【pick all】或命令： ESURF(图3-7)图图3-73-7Step 6. 创建接触单元(1) 为接触面选线 Utility Menu Select Entities Lines 图3-8 By Num/pick From Full 【OK】 选线(图3-8) 【OK】或命令: LSEL,s,33,34 LSEL,a,43,44 (2) 选择附于选定线上的全部节点图3-9 Utility Menu Select Entitie

19、s Nodes Attached to Lines, all From Full 【OK】或命令: NSLL, S, 1 Nplot(图3-9)图图3-83-8图图3-93-9(3) 设置单元属性 Main Menu Preprocessor Create Element Elem Attributes Element type number = 3 ConTA 171 Material number = 1 Real constant set number = 1 【OK】或命令： Type,3 Mat,1 Real,1(4) 创建接触面单元图3-11 Main Menu Preproces

20、sor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to Surf 图3-10 【OK】 【PICK ALL】(图3-10)或命令: ESURFStep 7. 选择所有选项并画单元 Utility Menu Select Everything Utility Menu Plot Elements或命令: Allsel, all Eplot(图3-11)Step 8. 求解 /solu antype,static nlgeom,on solc, on time,0.4 nsubst,20,500,10 outres,all,all dl,45,uy,-0

21、.4 solve dl,45,uy,-0.55 solve finiStep 9. 后处理4 应用接触向导创建接触对所有面面接触的单元选项和参数都可以通过接触向导来控制。使用接触向导进行接触分析方便快捷 ： 自动定义单元类型和实常数 快速得到接触选项和参数 快速显示和反转接触法向使用接触向导必须首先对基体进行网格划分，否则不能激活接触向导。下面仍以弹性环装配接触问题为例。采用接触向导完成接触对的创建来说明接触向导的使用方法。Step 1. 恢复数据文件 Utility Menu File Resume from 选 Snap.db 【OK】(图4-1)此数据库 Snap.db 包括此有限元模型

22、的几何、基体单元、分网、材料和边界条件。但不包括接触单元与目标单元及接触有关的参数。Step 2.启动接触向导Main Menu Preprocessor Modeling Create Contact PairStep 3. 创建接触对 图4-3 图4-4【Pick Target】(图43),拾取线(见图35) 【OK】，再定义接触面 返回图44 【Next】 (图45)图45【opening setting】图46图46Step 4. 设置接触参数【OK】 返回图45【create】【Finish】返回图42退出Step 5.求解求解过程同前图425 实例 2 平面密封圈计算 验证为接触刚

23、度估计一个合适的初始值的重要性 验证接触分析中摩擦的应用 弹性库仑摩擦 验证基于接触单元临界状态变化的时间步预测如何会对计算效率有害模型描述：2D 超弹平面密封圈 对称，密封圈压缩模拟分析此模型采用两种方法：1. 不使用接触向导，建立命流文件 Seal.inp2. 使用接触向导创建接触对，并用 GUI 方式创建 Pilot 节点。本例具有：几何 N.L（大应变与大变形）材料 N.L（超弹）接触 N.L 数据文件: Seal.inpStep 1. Step 1. 建模：单元类型、实常数、建模：单元类型、实常数、材料特性、基体分网材料特性、基体分网/prep7et,1,56 ! HYPER56 2

24、D 4node U_P Hyperelastic Solidmp,nuxy,0.49tb,mooney,1tbdata,1,80 ! C10 = 80tbdata,2,20 ! C01 = 20k,1 $k,2,0.333,0 $k,3,0.867,0.867 k,4,1.1,0.867k,5,1.1,1 $k,6,0.8,1 $k,7,0.267,0.133k,8,0,0.133l,1,2*repeat,7,1,1 ! 将l,1,2命令重复7次l,8,1lfil,1,2,0.20 $lfil,2,3,0.15 $lfil,5,6,0.20lfil,6,7,0.15 $lfil,7,8,0.0

25、5 $lfil,8,1,0.05al,all ! 应用所有选择的线生成面k,25,-0.6,0 $k,26,1.1,0 $k,27,-0.6,1.0 k,28,1.1,1.0lstr,26,25 ! L9lstr,27,28 ! L10图图5-25-2! * 基体分网 *lesize,8,2 $lesize,13,4 $lesize,14,4esize,0.035type,1mat,1amesh,allsave,seal,dbStep Step 2. 2. 创建接触对，先定义单元和接触参数创建接触对，先定义单元和接触参数et,2,169 ! Target169 2D Target Segmen

26、tet,3,171 ! Conta171 2D Surface to Surface Contactmp,mu,1,0 ! 用材料特性定义摩擦，本例先无摩擦计算然后再有摩擦计算，比较结果r,1,0.1,0.1 ! 用实常数定义接触高级选项对于弯曲为主的问题，采用接触刚度FKN = 0.1作为初始估计值, FTOLN = 0.1 lagrange穿透比例系数（缺省值）r,2,0.1,0.1 ! 如果FKN = 1.0则不收敛! * ! * 创建接触对创建接触对1 1（定义实常数和分网）（定义实常数和分网） * *type,2 ! 目标面 1 Target169real,1 ! Target169

27、的实常数mat,1 ! 接触面 1 定义材料与超弹单元同lesize,15,1 ! 目标面1（L15）分网尺寸(图53)lmesh,15 ! 目标面1（L15）分网,采用自动分网，此刚性面自动约束。检查外法线方向【OK】! * 接触面1：实常数（与目标面1一致）、分网lsel,s,line,1,3,1 ! 选L1,L2,L3lsel,a,line,9,10,1 ! 再加L9,L10lsel,a,line,14 ! 再加L14nsll,s,1 ! 选择和所选线相连系的节点type,3 ! Conta171这里未发布Real,1，实常数未重新定义就是前面的Real,1，MAT也是前面的MAT, 1

28、esurf ! 生成接触单元lsel,all ! * 检查外法线方向【OK】 *图图5 53 3! * 创建接触对2 *type,2 ! 目标面2 Target169real,2 ! MAT未重新定义，就是前面的MAT, 1lesize,16,1 ! 目标面2lmesh,16 ! L16分网（目标2分网）kmesh,27 ! 指定Pilot点! * 检查外法线方向【OK】 *type,3 ! 接触面2 Conta171 Real,2； Mat,1lsel,s,line,5,7, 1 ! 选L5, L6, L7lsel,a,line,11,13,1 ! 再加L11,L12,L13nsll,s,1

29、esurf ! 生成接触单元,其Real,2； Mat,1lsel,allnsel,all! * 检查外法线方向【OK】 *! ! * * 创建接触对创建接触对2 *2 *! 刚性面1 被约束! 刚性面2 随Pilot点移动! L4对称约束dl,4,ux,0n_load=node(kx(27),ky(27),0) ! 为定义刚性面2的位移做准备finishStep Step 3. 3. 施加边界条件施加边界条件/solunlgeom,onsolc,on ! N.L求解自动控制打开（缺省）time,0.85 ! 载荷步、结束时间d,n_load,uy,-0.85nsubst,25,500,10o

30、utres,all,allmonitor,var3,n_load,fyStep 4.Step 4.定义求解选项和载荷步定义求解选项和载荷步Step 5.Step 5.求解求解SolveStep 6.Step 6.查看结果查看结果/post1pldsp,2 ! 变形图plnsol,s,eqv,0,1 ! Von Mises 应力云图plnsol,cont,pres,0, ! 接触压力图plnsol,epto,eqv ! 绘等效总应变图54save,seal,db定义反力变量、绘载荷变形图Utility Menu Plot ElementsMain Menu Time Hist Postpro D

31、efine Variables【Add】Reaction force【OK】拾取节点263(控制点)【OK】User-Specified Load = FORCE: FY【OK】【close】或命令：或命令： /POST 26 RFORCE,2,263,F,Y,FORCE Main Menu Time Hist Postpro Graph Variables 1st Variable to gragh = 2 【OK】或命令：或命令： PLVAR, 2 (图54)图图5 54 42、用接触向导创建接触对，用 GUI 方式创建 Pilot 节点（刚性面控制点），然后求解。Step 1. 恢复数据

32、库文件 Seal.db（包括基体的几何、单元、分网；没有选接触单元与目标单元，未定义接触对）Utility Menu File Resume from选 Seal.db 【OK】Step 2. 启动接触向导Main Menu Preprocessor Modeling Create Contact Pair图 42 【contact Wizard】刚性目标面 - 使用 Pilot 节点 创建接触对创建接触对1 1 图 55选线(1)( 接触对1的目标面)【OK】返回图55【next】图56选线(2) (接触对1的接触面)【OK】；返回图56【next】Step 3.Step 3.设置接触参数设

33、置接触参数 图57 图58 图59定义摩擦 (图59)【OK】返回图 57 Coefficient friction 0.2 【Create】511 图512接触对 1 (图511)图510图Step 5.Step 5.创建目标单元控制点创建目标单元控制点 图514( (1).1).设置单元属性设置单元属性用命令流：用命令流： Type,4Type,4 MAT,1 MAT,1 REAL,4 REAL,4 TSHAP,PIL10 TSHAP,PIL10 GUI GUI: : Main Main Menu Preprocessor Modeling Create Menu Preprocessor

34、 Modeling Create Element Element Elem Elem Attributes Attributes(2).(2).绘关键点绘关键点 UtilityUtility Menu Plot Menu Plot KeypointsKeypoints KeypointsKeypoints(3).(3).建立目标单元控制点建立目标单元控制点 MainMain Menu Preprocessor Meshing Mesh Menu Preprocessor Meshing Mesh KeypointsKeypoints 选选 K27K27 【OKOK】或命令流：或命令流： KME

35、SH,27KMESH,27StepStep 6. 6.施加位移约束施加位移约束控制点控制点 27 27 上施加上施加 UY = -0.85UY = -0.85 Main Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement Displacement On On KeypointsKeypoints 选选 K27K27 【OKOK】 Lab2 Lab2 DOFsDOFs to be constrained: UY to be constra

36、ined: UY Value Value: -0.5: -0.5 【OKOK】Step 5.Step 5.创建目标单元控制点创建目标单元控制点施加对称边界条件： Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C. On Lines 选线L4 【OK】Step 7.求解控制、求解 Main Menu Solution Analysis Type Soln ControlsStep 5.Step 5.创建目标单元控制点创建目标单元控制点 Main Menu Solution Solve LS_Cur

37、rentStep 8.后处理 同1 无摩擦(MU = 0) Von Mises = 145.096 有摩擦(MU = 0.2) Von Mises = 142.038 接触刚度取 1.0 不收敛 0.1 收敛/POST26 Main Menu TimeHist Postpro 选控制点27， 绘图(见图5-4)。Step 5.Step 5.创建目标单元控制点创建目标单元控制点 面一面接触具有面一面接触具有 20 20 个可个可用实常数，用实常数，2 2 个材料属性和个材料属性和 30 30 个可用单元选项设置。能个可用单元选项设置。能够模拟特殊的效果和处理困难够模拟特殊的效果和处理困难的收敛情

38、况。的收敛情况。 通常分析开始先用缺省值，通常分析开始先用缺省值，只指定罚刚度和穿透容差及子只指定罚刚度和穿透容差及子步数。步数。 只有在缺省设置遇到困难只有在缺省设置遇到困难时才用高级选项。时才用高级选项。 所有的单元选项和参数都所有的单元选项和参数都可以通过接触向导来控制；也可以通过接触向导来控制；也可以通过实常数和单元选项来可以通过实常数和单元选项来指定。指定。 Conta178 Conta178 接触单元、实接触单元、实常数选项见图常数选项见图 6-1 6-1 及及 6-26-2。 图6-16 面一面接触单元高级接触选项6 面一面接触单元高级接触选项 图 6-2进入接触选项菜单用下列过

39、程： Main Menu Preprocessor Modeling Create Main Menu Preprocessor Modeling Create Contact Pair Contact Pair 选选 【propertyproperty】 1 1、第、第 1 1 个重要选项：如何保证接触协调性：个重要选项：如何保证接触协调性： 使用修正的拉朗日法（缺省）使用修正的拉朗日法（缺省） 纯罚函数方法纯罚函数方法 在接触向导中在接触向导中 Basic Contact algorithm: Basic Contact algorithm: Augmented Lagrange Meth

40、od Augmented Lagrange Method Penalty Method Penalty Method 对大多数模型，修正的拉格朗日方法能很好地工作。对大多数模型，修正的拉格朗日方法能很好地工作。 罚函数法推荐用于具有变形很大的单元，很大的摩擦系罚函数法推荐用于具有变形很大的单元，很大的摩擦系数和数和/ /或用修正的拉格朗日方法时收敛性很差的情况。或用修正的拉格朗日方法时收敛性很差的情况。 1、最重要的选项是法向罚刚度或接触刚度 对于大面积接触采用起始值（因子）对于大面积接触采用起始值（因子）1.01.0，对于柔性接，对于柔性接触采用触采用 0.10.1。 大值对应较高精度；小值

41、对应较好的收敛性。大值对应较高精度；小值对应较好的收敛性。 有时最好先以较小的接触刚度进行分析，然后在一系列有时最好先以较小的接触刚度进行分析，然后在一系列载荷步中逐渐增大刚度载荷步中逐渐增大刚度“ “渐变渐变” ”的接触刚度，提高收敛的接触刚度，提高收敛性图性图6-26-2 在最后的载荷步逐渐提高到一个刚硬的值将提高计算精在最后的载荷步逐渐提高到一个刚硬的值将提高计算精度。可通过向导的基本表或单元特性菜单设置以允许程序度。可通过向导的基本表或单元特性菜单设置以允许程序更新接触刚度更新接触刚度 接触向导接触向导 Basic Normal Penalty Stiffness 1.0 Basic

42、Normal Penalty Stiffness 1.0 factor factor constantconstant 向导向导 Basic contact stiffness update: Each load Basic contact stiffness update: Each load step (PAIR ID based) none Each load step (step (PAIR ID based) none Each load step (允许允许用户指定刚度变化用户指定刚度变化) Each ) Each substepsubstep ( (允许自动和用户指允许自动和用户

43、指定变化定变化) )2、第 2 个重要选项穿透容差。 缺省情况下，穿透容差是一个因子乘以基体单元厚度。缺省情况下，穿透容差是一个因子乘以基体单元厚度。 对于变化很大的网格密度，采用因子会在接触表面的某对于变化很大的网格密度，采用因子会在接触表面的某些部分产生太小的容差，这时采用绝对值可能更好。些部分产生太小的容差，这时采用绝对值可能更好。 不要使用太小的容差，因为它总是对收敛性有害。不要使用太小的容差，因为它总是对收敛性有害。3、对于临界接触状态变化的自动时间步控制或在单元选项中控制：或在单元选项中控制： Contact time/load prediction K7: No predicti

44、onContact time/load prediction K7: No prediction1 1 不控制：不影响自动时间步，对静力问题自动时间步打开时此选项一不控制：不影响自动时间步，对静力问题自动时间步打开时此选项一般是足够的。般是足够的。2 2 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：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。自动二分通常是足够的。3 3 合理值：比自动细分更耗时的算法。合理值：比自动细分更耗时的算法。4 4 最小值：此选项为下一步预测最小时间增量（很耗计算时间，不推荐）最小值：此选项为下一步预测最小时间增量

45、（很耗计算时间，不推荐）4、Pinball 区域影响接触状态的确定和其它许多接触特性Pinball 区域是环绕接触单元的园（2D）或球（3D），描述接触单元周围 “远” 和 “近” 区域的边界 (图6-3)。在缺省情况下，Pinball 区域半径是 4基体单元厚度（刚柔）或 2基体单元厚度（柔一柔）可以为 Pinball 半径指定一个不同的值。图6-3也可用实常数PINB调整球形区（对于初始值侵入大的问题是必要的）。5、几种不同的接触模式这些选项使你能够模拟特殊的物理现象。或单元选项: Behavior contact surface K12: standard 这些选项包括： 标准：正常的接

46、触闭合和打开行为，具有正常的粘着/滑动摩擦行为。 粗糙：正常接触闭合和打开行为，但不发生滑动（类似于具有无限摩擦系数） 不分离（滑动）：目标面和接触面一旦建立接触就不再分离（允许滑动） 绑定：目标面和接触面一旦接触就粘在一起 不分离（永远）：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（允许滑动） 绑定接触（永远）：初始位于 Pinball 区域内或已经接触的接触检查点在剩余的分析过程中绑定在一起（Design Space 缺省值） 绑定接触（初始接触）：只在初始接触的地方采用绑定，初始分开的地方保持分开。计算实例：悬臂梁端部旋转（不分离行为）6、影响某些表面行为的选项C

47、ontact Opening stiffness（分开时的间隙刚度）保证不分离和绑定行为，它通过使用当存在间隙也具有非零刚度的弹簧来连接表面。 缺省情况下，此弹簧刚度等于法向罚刚度，其效果类似于法向罚刚度 刚度太小精度低；刚度太大会引起收敛问题。摩擦系数影响基本摩擦行为：Contact cohesion 表示当没有法向压力时开始滑动的摩擦应力值。 摩擦导致非对称刚度阵。因为非对称矩阵很难计算（因此导致求解变慢），程序自动控制执行对称求解，利用此算法可以解决多数含摩擦接触问题。 有时，采用非对称矩阵能获用更好的收敛性。 如果遇到收敛缓慢问题可以用不对称求解选项。 记住：这种情况必须使用稀疏或波前

48、求解器。 对于每个支持非对称矩阵的单元，此选项也可以由下列菜单激活： Main Menu Solution Unabridged Menu Analysis Options 设置 Newton-Raphson 选项为 Full N_R unsymm7、初始穿透有几种技术可以模拟初始穿透接触问题（如过盈装配）。可以使用初始几何穿透，或指定偏移量，或二者皆有。(图6-5) 指定偏移量（CNOF）或在实常数中指定偏移量（CNOF）contact surface offset CNOF: 0.025 正的 CNOF 加大初始穿透 负的 CNOF 减小初始穿透或导致间隙 CNOF 可与几何穿透组合 自动

49、 CNOF 调整 允许 ANSYS 基于初始穿透自动给定 CNOF 值。 导致 “刚好接触” 配置 ICONT 缺省为 0或单元选项: Auto CNOF/ICONT adjustment K5: No. Auto. Adjust7、初始穿透初始穿透选项包括： Include everything：包括由几何模型和指定偏移量 （如果有的话）引起的初始穿透 Exclude everything：忽略所有初始穿透效应。 Include with ramped effects：渐变初始穿透，以提高收敛性。 Include offset only：只包括由偏移量指定的基本初始穿透。 Include o

50、ffset only w/ramp：只包括由偏移量指定的基本初始穿透，且渐变初始穿透以提高收敛性7、初始穿透如果模型包含初始几何穿透，接触力将立即“阶跃”到一个大值。载荷突变经常导致收敛困难，期望有一种机制能够将初始穿透效应渐变到零。Include with ramped effects 和 Include off set only w/ramp选项通过在第一载荷步，将初始穿透渐变为零克服收敛困难。为求得好的结果，在第一载荷步不应施加其它载荷 (图6-6)。计算实例：初始穿透图6-67、初始穿透初始不接触的两个（或多个）物体的静力分析中，在接触建立前可能产生刚体运动 (图6-7)。此例中圆柱体

51、没有施加位移约束，面由力控制。圆柱体的约束由圆柱体和平板之间的接触建立。求解过程中两个物体分离，刚度矩阵奇异。ANSYS 将产生一个负主元警告。有几个选项可以解决由于初始不相连物体引起的刚体模式： 图6-78、刚体模式三个高级接触特性允许调整初始接触条件以防止刚体模式：(1).自动 CONF 调整 程序计算 CNOF 以清除间隙。(2).初始接触环（ICONT） 将调整带内接触表面上的节点移到目标面上(3).初始允许穿透范围 (PMIN & PMAX）：将刚体表面移动到接触面上调整初始接触条件（ICONT）(图6-11)： 实常数 ICONT 可用于指定目标面上的 “调整环”。位于调整环内的任

52、何接触点都要移动到目标面上。推荐只进行很小的修正，如果 ICONT 值太大会产生不连续。如果未指定常数 ICONT，ANSYS 根据模型尺寸为 ICONT 提供一个小的缺省值。 关闭 ICONT，必须将其设置成非常小的值(如1e-20) 0 值代表非 0 的缺省值计算实例：刚体ICONT图6-11 如果目标面有 0 约束，采用 PMIN 和 PMAX 的初始调整将不被执行。 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。 当目标面被移动，接触体之间不再存在间隙，而成为闭合接触的初始状态。计算实例：刚体 PMIN & PMAX图6-1

53、28、刚体模式7 几种典型接触问题分析实例目标：采用 “不分离” 行为选项施加大转动模拟特定物理效果。不分离：目标面和接触面一旦建立接触就不再分离（允许滑动）。模型描述：悬臂梁，端部施加旋转(图7-4)文件：no_separation.inp图7-4例2. 悬臂梁端部旋转 采用Solid185单元：3D 8 node structural Solid单元，具有大变形能力。/view,1,1,1/prep7k,1,10,0,0BLOCK,0,10,-0.5,0.5,-0.5,0.5RECTNG,9.5,10,-1,1AGEN,7,-0.5,1AGEN,ITIEM,NA1,NA2,NINC,DX,

54、DY,DZ,KING,MOELEM,IMOVEIMOVE =1 move original areas to new positionARSYM,Z,7ARSYM,Ncomp,NA1 ! 复制一组面积，对称于某轴et,1,185mp,ex,1,10000esize,0.5vmesh,1ESIZE,2 ! 为目标面分网用/solutionnsel,loc,x,0d,all,all,0/pbc,u,1finisheplotSAVE,no-separation,db1例2. 悬臂梁端部旋转 ! 以下用接触向导建立接触对:! Step 1.恢复 no_separation.dbUtility Menu

55、 File Resume from选 no_separation.db 【OK】Step 2.采用接触向导创建接触对Main Menu Preprocessor Modeling Create Contact Pair【contact wizard】指定目标面：Target surface: AreasTarget Type: Rigid【Pick target】 选A7, A8 【OK】指定接触面：【next】contact surface: Areas【Pick target】 选A1, A2 【OK】指定选项设置：【next】【Optional Settings】选择表BASICcont

56、act surface Behavior = No Separation 【OK】建立接触对：Coefficient of Friction = 0【Create】【Finish】Step 3.创建目标单元控制点设置单元属性： Main Menu Preprocessor Modeling Create Element Elem Attributes Element type number = 2 Targe170 Material number = 1 Real constant set number = 3 Target Element Shape = Pilot node或用命令： Ty

57、pe,2 MAT,1 REAL,3 TSHAP,PILO绘关键点： Kplot 选 K1 (节点 198)例2. 悬臂梁端部旋转 建立目标单元控制点Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Keypoints拾取关键点1 【OK】或命令： KMESH,1Step 4.施加45转动（0.7854弧度）Main Menu Preprocessor Loads Define Loads Apply Structural Displacement On KeypointsROTXDisplacement Value = 0.7854 【OK】或命令:/SoluDK, 1,

58、 ROTX, 0.7854Step 5.指定“基本”求解选项Main Menu Solution Analysis Type Soln Controls选BASIC Analysis Option = Large Displacement StaticTime at end of loadstep = 45Number of Substeps = 45Max No. of Substeps = 180Min No. of Substeps = 5All Solution ItemsWrite every Substep【OK】或命令：NLGOM,onTime,45NSUBST,45,180,5

59、Outres,all,allStep 6.求解SolveStep 7.读入最后子步结果，后处理/POST1set, last选实体单元进行后处理：Utility Menu Select EntitiesElementsBy Elem NameElement name = solid 185Choose = From Full【OK】或命令：ESEL, S, Ename, Solid 185绘位移总矢量：Main Menu General Postproc Plot Results Nodal SoluDOF SolutionUSUM【OK】或命令：PLNSOL, U, SUMUSUM DMX

60、= 0.855708SMX = 0.855708例2. 悬臂梁端部旋转 例2. 悬臂梁端部旋转 目标：验证接触初始穿透选项。采用缺省值和渐进化穿透选项求解一个大的初始穿透接触分析，比较结果。模型模述：紧配合环、轴对称(图7-5)文件：Interference.inp图7-5例3. 紧配合环（初始穿透）/PREP7ET,1,183,1 ! 轴对称 大应变ET,2,169 ! Target 169 2D目标单元ET,3,172 ! Target 172 2D 3节点高阶抛物线接触单元MP,EX,1,10E3MP,NUXY,1,0MP,MU,2,0 ! 无摩擦RECTNG,1.5,2,0,1RECT

61、NG,1.9,2.4,0,1ESIZE,0.05AMESH,ALL ! Type, 1 ; Mat, 1TYPE,2MAT,2REAL,2LSEL,LOC,X,1.9NSLL,1 ! 1.9线上的节点ESURF ! 创建目标单元Target169! * TYPE,3 ! Mat, 2 ; Real, 2LSEL,LOC,X,2NSLL,S,1 ESURF ! 创建接触面conta172ALLSEL,ALL/SOLUTIOND,NODE(1.5,0,0),UY,0D,NODE(2.4,0,0),UY,0NLGEOM,ONNSUBST,10,50,5FINISH/PBC,U,1/NUMBER,1/

62、PNUM,MAT,1EPLOTSAVE,interference,db ! 包含有限元模型、接触对、材料、边界条件，求解控制例3. 紧配合环（初始穿透）分析步骤：Step 1.恢复数据库文件Utility Menu File Resume from选 interference.db 【OK】Step 2. 重定位输出文件Utility Menu File Switch Output to FileInterference.output【OK】或命令：/Output,interference,OutputStep 3.求解接触分析/SolusolveStep 4.重定位输出到输出窗口Utilit

63、y Menu File Switch Output to Output Window或命令：/OUTPUT, TERMStep 5.绘制径向应力Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal SoluStress X-direction SX 【OK】例3. 紧配合环（初始穿透）或命令:/POST1PLNSOL,S,X ! 结果：径向应力0Step 6.列表显示接触结果 Main Menu General Postproc List Results Nodal Solution选 Nonlinear items contac

64、t CONT 【OK】或命令： PRNSOL,CONTSTAT = 0“张开”几乎不接触STAT = 1 “张开”但几乎接触STAT = 2 “闭合”并滑动STAT = 3 “闭合”并粘着例3. 紧配合环（初始穿透）Step 7.检查输出文件内容（interference.output）* NOTE *No contact was detected for a contact pair specified by real constant set 2 大初始穿透问题可能导致无法检测到接触或检测到接触面求解存在收敛困难。在此情况下推荐在第一个载荷步中包含渐进化效应。Step 8.为初始穿透选项指

65、定渐进化效应 可通过conta172单元选项设置 可通过接触向导中Initial Adjustment的设置(1) Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 选 Type 3 conta172 【Option】 initial penetration/gap K9 = include_ramp 【OK】 【close】或命令: /prep7 KEYOPT,3,9,2例3. 紧配合环（初始穿透）(2)或向导 Initial Adjustment Initial penetration: Include everything with

66、ramped effect 【OK】例3. 紧配合环（初始穿透）Step 9.重定位输出到文件Utility Menu File Switch Output to FileRamped.output【OK】Step 10. 分析/SoluSolveStep 11.重定位输出到输出窗口Utility Menu File Switch Output to Output Window命令：/output,TERMStep 12.绘径向应力Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal SoluStress X-direction

67、SX 【OK】或命令:/POST 1PLNSOL,S,X例3. 紧配合环（初始穿透）Step 13.将轴对称模型扩展为整个模型显示 Utility Menu PlotCtrls Style Symmetry Expansion 2D Axi-Symmetric Select expansion amount = Full expansion 【OK】或命令： /EXPAND,36,Axis,10 /Repxzlot ISO 显示 /View,1,1,1 /ReplotStep 14. 检查输出文件 ramped.outputInitial penetration will be ramped

68、during the first load step在第一载荷步，初始穿透渐进化。* NOTE *Max. Initial penetration 0.1 was detected between contact element 425 and target element 405 specified by read constant set 2检测到大的初始穿透例3. 紧配合环（初始穿透）刚体模式应用初始接触环 ICONT）目标：验证使用初始接触环调整带来克服接触分析中的刚体模式模型描述：2D 平面应力、1/4 对称、施加压力 (图7-6)文件名: ICONT.inp/prep7CYL4,0

69、,0,0,0,1,90RECTNG,0,2.5,1.003,1.5 ! 图7-7ET,1,182 ! Plane182 2D Structural Solid 4节点UX, UY平面应力、平面应变和轴对称单元、大变形、大应变图7-6 图7-7例4. 两刚性面间夹圆柱体分析ET,2,169 ! Target169ET,3,171 ! Conta171MP,EX,1,1000MP,EX,2,30E6MP,MU,3,0ESIZE,0.1AMESH,1 ! type, 1 ;mat, 1MAT,2AMESH,2! * 创建目标目单元 *TYPE,2MAT,3REAL,2LSEL,LOC,Y,1.003

70、NSLL,1ESURF! * 创建接触单元 *TYPE,3CSYS,1LSEL,LOC,X,1NSLL,1ESURFCSYS,0LLSEL,ALL/SOLUTIONLSEL,LOC,X,0DL,ALL,UX,0LSEL,LOC,Y,0DL,ALL,UY,0LSEL,LOC,Y,1.5SFL,ALL,PRES,200ALLSEL,ALL! * 求解控制 *NLGEOM,ONNSUBST,10,100,5SBCTRAN/PBC,U,1/PSF,PRES,NORM,2/NUMBER,1/PNUM,MAT,1EPLOTSAVE,ICONT,db其中ICONT.db数据文件包括此模型的有限元模型、接触对

71、、边界条件、载荷、材料定义等。例4. 两刚性面间夹圆柱体分析例4. 两刚性面间夹圆柱体分析分析步骤：Step 1.恢复数据库 Utility Menu File Resume from 选 ICONT.db 【OK】Step 2.重定位输出到文件 Utility Menu File Switch Output to File ICONT.output 【OK】Step 3.求解接触分析 /Solu solve产生错误，不能求解 Utility Menu List Files Error File Error: 两部分之间的小间隙产生刚体模式，导致 “自由度超限” 错误。 DOF (e.g Di

72、splacement)limit exceeded at time 3.5e-02 检查输出文件 ICONT.output ANSYS提供接触对信息用于诊断。 ICONT.OUTPUT* NOTE *Min Initial gap 4.022432169e-3 was detected between contact element 264 and target element 224 specified by real constant set2. 此例中采用最小初始间隙估计初始接触环的值，间隙大小为 0.004 in，因此采用绝对值ICONT = -0.005inStep 4. Step

73、4. 指定初始接触环绝对值指定初始接触环绝对值 -0.005 in-0.005 in在单元实常数中赋 Main Menu Preprocessor Real Constant Add/Edit/Delete或用向导赋值或命令： /Prep 7 RMODIF,2,5,-0.005 ! ICONT = -0.005 注意: 推荐只用小值, ICONT 值太大将导致模型不连续MainMain Menu Preprocessor Modeling Create Contact Pair Menu Preprocessor Modeling Create Contact Pair选选 【property

74、property】Step 5. 求解接触分析 /Solu solveStep 6. 重定位输出到输出窗口 Utility Menu File Switch Output to Output Window或命令：/OUTPUT,TERMStep 7. 后处理：绘位移总矢量 Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu DOF Solution USUM 【OK】或命令: /POST 1 PLNSOL, U, SUMStep 8. 检查输出文件 ICONT.output* NOTE * Absolute initi

75、al closure ICONT 0.5000e-02 指定的初始接触环调整带成功的防止了刚体运动。例4. 两刚性面间夹圆柱体分析例4. 两刚性面间夹圆柱体分析本例也可以用向导 Automatic Contact adjustment:c lose gap或单元设置: Automatic CNOF adjustment KS close gap 防止刚体运动而不输入 ICONT=-0.005或命令： /prep 7 KEYOPT,3,5,1例4. 两刚性面间夹圆柱体分析（刚体模式（刚体模式- -应用初始穿透范围应用初始穿透范围 PMIN-PMAXPMIN-PMAX）目标：验证采用初始穿透范围来

76、克服接触分析中的刚体模式采用合适的初始穿透范围绝对值（-PMIN & PMAX）求解接触分析。模型描述：轴对称、1/2对称施加压力(图7-8)文件: PMIN-PMAX.INP/prep7 k,1,0,2.5 $k,2,2,2.5 k,3,2,0.5 k,4,1.25,0.5 $k,5,0,1.5 l,1,2 $l,2,3 $l,3,4 $l,4,5 l,5,1图7-8例5.两刚性卡间夹一圆球分析al,1,2,3,4,5 ! A1k,6,0,1 $k,7,1,0 $k,8,0,0larc,6,7,8,1.0l,7,8 $l,8,6al,6,7,8ET,1,182,1 ! Keyopt(3)=1

77、 Axis metricET,2,169 $ET,3,171MP,EX,1,30E6 $MP,EX,2,1000MP,MU,3,0ESIZE,0.1AMESH,1 ! type,1; Mat,1MAT,2AMESH,2! * 创建目标单元 *TYPE,2REAL,2LSEL,LOC,Y,1 ! 选L4NSLL,1ESURF! * 创建接触面单元 *TYPE,3 ! Mat,2; Real,2CSYS,1LSEL,LOC,X,1NSLL,1ESURFCSYS,0ALLSEL,ALL! * 加约束和载荷 */SOLUTIONLSEL,LOC,X,0DL,ALL,UX,0LSEL,LOC,Y,0DL

78、,ALL,UY,0LSEL,LOC,Y,2.5SFL,ALL,PRES,50ALLSEL,ALL! * 求解控制 *NLGEOM,ONNSUBST,10,100,5SBCTRAN/PBC,U,1/PSF,PRES,NORM,2/NUMBER,1/PNUM,MAT,1EPLOTSAVE,PMIN-PMAX.db Step 1.恢复数据库 PMIN-PMAX.db Utility Menu File Resume from 选 PMIN-PMAX.db.db 【OK】Step 2.重定位输出到文件 Utility M enu File Switch Output to File PMIN-PMAX

79、.output 【OK】或命令：/output, PMIN-PMAX, outputStep 3.求解接触分析 /Solu solve 出错 Error Dofe.g Displacementlimit exceeded et time 0.1【OK】分析步骤：Step 4.检查输出文件 PMIN-PMAX .output * NOTE * No contact was detected for a contact pair specified by real constant set 2 具有“大”的初始间隙的载荷控制问题可能引起检测不到接触和 或自由度超限错误(图7-9)。 包含小的初始穿

80、透范围将目标面具有初始接触状态，以阻止刚体运动。Step 5.指定初始穿透范围绝对值 在实常数中指定 在接触向导中指定 Main Menu Preprocessor Real Constant Add/Edit/Delete 选 Set 2 【Edit】 大间隙，产生刚体模式，引起自由度超限错误 选 Type,3 conta171 【OK】 Ini.allow.penetration PMIN = -0.001 【OK】 【close】或命令： /prep7 RMODIF,2,7,-0.002,-0.001或向导 Main Menu Preprocessor Modeling Create C

81、ontact Pair property例5.两刚性卡间夹一圆球分析 Step 6. 求解接触分析 /Solu solveStep 7.重定位输出到输出窗口 Utility Menu File Switch Output to Output Window或命令：/OUTPUT, TERM例5.两刚性卡间夹一圆球分析Step 8.绘轴线位移（Y向） Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu DOF Solution UY 【OK】或命令: /POST 1 PLNSOL,U,Y (图 7-10)图7-10 注意：

82、此结果中等值线还包括由于目标面调整产生的刚体位移，因此接触面未接触例5.两刚性卡间夹一圆球分析Step 9. 检查输出文件 PMIN-PMAX.output * Absolute Max.allow penetration range PMAX 0.2000E-2 Absolute Min.allow penetration range PMIN 0.1000E-2 * NOTE * The Max. Initial penetration 1.002326104e-3 has been adjusted to match allowable range (1.e-03,2.e-03),for

83、 the target surface specified by real constant set 2.* NOTE * For this purpose the entire rigid target surface specified by real constant set 2 has been moved by X=0,Y=-0.221729606,Z=0 指定的初始穿透范围成功阻止了刚体运动，由初始调整引起目标面移动列于结果文件中。 Force convergence value-0.8867 criterion=1.471 Solution Converged After equ

84、ilibrium iteration 2* NOTE * The displacement vector in results file(.rst)has been updated due to rigid body motion of target surface indentified by real constant set 2: X=0,Y=-0.221729606,Z=0. Solution is done! ANSYS在结果文件中（PMIN-PMAX.RST）自动更新位移矢量以包含目标面刚体运动。 不包含刚体位移的结果等值线图中最小 Y 向位移 -0.189845 与目标面调整值

85、Y = -0.22173 组合，总 Y 向位移为 -0.411575： (-0.189845) + (-0.22173) = -0.41149Step 10. 读入最后子步的结果 Main Menu General Postproc Read Results Last Set命令: Set,last 结果文件包含目标面刚体运动的位移，因此，为对包含刚体位移的结果进行后处理，必须用 SET 命令从结果文件（.rst）中读入数据Step 11. 绘制轴线位移图 7-11 Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu

86、DOF Solution UY 【OK】或命令: PLNSOL, U, Y(图7-11)图7-11例5.两刚性卡间夹一圆球分析例5.两刚性卡间夹一圆球分析第四章 点面接触单元 1 概述 点面接触单元是90年代普遍使用的接触单元。由于点面接触单元理论上的限制，使它们被更新更好的面一面接触单元取代。 点一面接触单元可以用来模拟一个表面和一个节点的接触；也可以把表面指定为一组节点，用点面接触单元来模拟面一面的接触。 面一面接触单元处理角点接触有困难，因为它们采用高斯点作为接触检查点，在角点处会呈现过渡穿透。在此情况下，可以混合使用面一面接触单元和点面接触单元(图1-1)。图1-1点面接触单元不必知道

87、接触面的位置。允许大变形，大的相对滑动，库仑摩擦滑动；接触面间可用不同的网格划分。点面接触是通过跟踪一个表面（接触面）上的点相对于另一表面（目标面）上的线或面的位置来表示的，程序使用接触单元来跟踪两个面的相对位置。接触单元形状为三角形、四面体或椎体，其底面由目标面上的节点组成，而顶点为接触面上的节点(图1-2)。图1-2第四章 点面接触单元点面接触单元在节点传递力（面面接触单元在高斯点传递力）此特性使其只能用于低阶单元（角节点）这是由于中间节点的单元节点上的反力不均匀(图1-3)：单元不提供偏移功能用这些单元尚无法模拟梁和壳的厚度效应。图1-3第四章 点面接触单元2 接触刚度点面接触单元（co

88、nta48、49）要求给出罚刚度。可以通过实验来确定一个合适的接触刚度，使求解收敛而且侵入量可以接受。选择接触刚度：对于块状实体，通常赫芝接触刚度适用于罚刚度，可以这样来估算：K = fE式中：f = 0.110系数E = 较软的接触体材料的弹性模量设f = 1通常是一个较好的起始值。对于柔性体（梁和壳模型），系统的刚度可以比赫芝接触刚度低很多。此时可以将单位载荷施加到要接触的面上，先运行一个静态分析来确定模型的局部刚度，接触刚度可以这样来估算：上式适用于柔体接触，f = 1100系数，设f = 1是一个比较好的起始值。3 点面接触分析步骤建模与分网识别接触对生成接触单元（生成方法与面一面接触

89、单元完全不同！）设置单元关键字（Keyopt）和实常数给定边界条件定义求解选项求解查看结果Step 1. 建模并划分网格 建立接触基体的几何形状的模型，设置单元模型（只能用低阶单元）、实常数和材料特性、分网：Amesh或VmeshStep 2. 识别接触对 通过定义接触单元来定义接触面。一般仅定义局部接触区域（能模拟所有必须的接触）以缩短计算时间。 由于几何体和变形的多样化，可能有多个目标面和同一个接触面相互作用，在这种情况下必须定义多个接触对。对每个表面，需要建立一个包含表面节点上的组元，然后通过这些表面节点在接触面之间形成所有可能的接触形状。应该包括比实际需要更多的节点。3 点面接触分析步

90、骤普通的点面接触功能通过多个交迭的接触单元来实现。在缺省的情况下，一个单元的每个接触点与每个可能的目标面连接，大表面上生成的单元总数会很快变得非常巨大(图3-1)。 图3-13 点面接触分析步骤Step 3. 生成接触单元生成接触单元大致分为3步(1).定义单元类型 Et,1,Contac48(2D) Et,1,Contac49(3D)(2).定义接触单元的实常数不同的接触面须有一个不同的实常数号（即便实常数值相同），便于程序区分不同的接触面。即每个接触对都需要指定一个新的实常数。3 点面接触分析步骤(3). 在对应的接触对之间生成接触单元。 生成接触单元使用GCGEN命令或对应菜单： Mai

91、n Menu Preprocessor Modeling Create Elements Surf to Contact Node to Surf3 点面接触分析步骤 综合 Step 2 和 Step 3,可将生成接触单元的标准命令流总结如下： NSEL,S,NODE, ! 在接触面上选择一组节点 CM,CONTACT,NODE ! 将所有节点定义成组元 “CONTACT” NSEL,S,NODE, ! 在目标单元上选择一组节点 CM,TARGET,NODE, ! 将所选节点定义成组元 “TARGET” NSEL,ALL ! 选中所有节点 E, ! 设置单元类型 R, ! 选择实常数 ! *

92、生成接触单元 * GCGEN,CONTACT,TARGET ! 对称接触是一种好方法，因为它不需区分哪个面是接触面，哪个面是目标面 GCGEN,TARGET,CONTACT3 点面接触分析步骤关于GCGEN中的选项设置： 用 NUMC 或 RADC 特性减少生成的单元数量 RADC 通过定义以目标面质心为中心的园，并只在其间生成接触单元来限制生成的单元数量(图3-2)。 图3-2 NUMC 设置一个数值极限值，每个目标面上生成的接触单元数量不能大于此值。3 点面接触分析步骤 Step 4. 设置单元关键字和实常数 使用点面接触单元时，程序使用单元关键字和实常数来控制接触行为。对常用的CONTA

93、C48和49单元，单元关键字含义如下：3 点面接触分析步骤KEYOPT(1):选择自由度KEYOPT(2):选择罚函数的方法 0Penalty function罚函数法 1Penalty function + Lagrange multiplier（罚函数拉格朗日法）缺省情况下单元采用罚函数法保证接触协调性。也可以选择混合罚函数和拉格朗日法, 此方法还要指定一个穿透容差，单位为长度。KEYOPT(3): 选择摩擦类型 0无摩擦 1弹性库仑摩擦 2刚性库仑摩擦3 点面接触分析步骤KEYOPT(7)：选择接触时间步长预测控制 CONTAC48、49 单元对控制接触时间预测提供三种选择： 1 没有预

94、测：当自动时间步长被打开并允许小的时间步长时，大多数静力分析选用此项。然而对加载过程中有不连续接触区域的问题，时间步长预测是必须的。 KEYOPT(7) = 0 2 合理的时间步长：为保持一个合理的时间/载荷增量，需要在接触预测中选择此项。适用于静态分析和连续接触的瞬态分析。 KEYOPT(7) = 1（建议采用） 3 最小的时间载荷增量预测：这个选项在碰撞和断续接触分析中有用。 KEYOPT(7) = 23 点面接触分析步骤CONTAC48 和 49 单元实常数：各实常数含义如下： KN: 定义法向刚度 KT: 定义粘合接触刚度 TOLN: 定义最大穿透容差 FACT: 定义静摩擦与动摩擦的

95、比值 CONT: 定义接触传导率3 点面接触分析步骤Step 5. 施加载荷、设定边界条件 建模时使接触体处于恰好的接触位置 使用给定的位移将它移到某个位置 接触分析中加载、设定边界条件方法与步骤和其它非线性分析相同。Step 6. 定义求解选项 点面接触分析中常用求解设置及注意事项： 时间步长必须足够小，如果时间步长太大，接触力的光滑传递将被破坏。为确保结果的准确性，可以打开自动步长（Autots,on） GUI: Main Menu Solution Load Step Opts Time/Frequency Time Time Step3 点面接触分析步骤设置一个合适的平衡迭代次数： N

96、EQIT, 2575 GUI: Main Menu Solution Analysis Type Soln Controls 或 Solution Load Step Opts Nonlinear Equilibrium Iter打开时间步长预测（大转动分析除外） PRED, on设置 full Newton-Raphson选项，同时打开自适应下降 NROPT, full许多接触分析不收敛是因为设置的接触刚度太大（实常数 KN 取值太大）造成的，这时需要减小接触刚度重新进行分析。3 点面接触分析步骤Step 7. 求解solveStep 8. 后处理接触分析的结果主要包括位移、应力、应变和接触

97、信息。接触信息包括：接触压力、单元的现在和过去状态：分开（没有接触）接触粘合状态接触滑动状态粘合 = 1；滑动 = 2或 -2；分开 = 3或43 点面接触分析步骤两个表面间的距离，如果是正值，两表面是分开的（STAT = 3或4），如果是负值代表穿透量（STAT = 1或2）法向力 Fn滑动力 Fs通过动画显示接触结果随时间的变化规律是接触分析有效的、常用的处理方法。点接触单元接触结果后处理需要使用ETABLE CONTAC48的序列号见CONTAC48单元库。3 点面接触分析步骤4 点一面接触问题分析实例例1.梁端部接触目标：验证采用点一面接触单元模拟梁端部接触。建立2D点一面接触单元，求

98、解大变形接触分析并进行后处理。图4-1模型描述：悬臂梁施加端部位移(图4-1)。 图4-1文件: node_to_surface.inp/PREP7ET,1,BEAM3B=0.5H=0.5R,1,B*H,B*(H*3)/12,HMP,EX,1,30e6K,1,0,0,0 $K,2,100,0,0K,3,0,1,0 $K,4,75,-10 $K,5,175,-10L,1,2 $L,4,5LESIZE,ALL,20LATT,1,1,1,3LMESH,ALLLMESH,ALLFINISH/SOLUTIONDK,1,ALL,0 $DK,5,ALL,0 $DK,2,UY,-30/PBC,U,1/PBC,

99、ROT,1FINISHEPLOTSAVE,node-to-surface,db其中 node-to-surface.db 包括有限元模型几何，材料，边界条件、加载、分网。4 点一面接触问题分析实例操作步骤： Step 1.恢复数据库文件 Utility Menu File Resume from 选Node-to-surface.db 【OK】Step 2.添加2D点一面接触单元类型 Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 【Add】 contact 选 2D pt-to-Surf48 Element type reference

100、 number = 2 【OK】 【close】Step 3.指定接触刚度（由实常数定义）Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete【Add】Type 2 CONTAC48【OK】Real constant set No. = 2Normal Contact stiffness KN = 30e5【OK】【close】或命令： R,2,30e5刚度估计按式K = f(bend)E/10F(bend) = 1则K = 1*30e6/10 = 30e5操作步骤： Step 4.选择接触点 Utility Menu Select Ent

101、ities Nodes By Num/Pick 选择“From Full” 【OK】 拾取节点2 【OK】或命令：Nsel,2Step 5.建立接触节点组元 Utility Menu Select Comp/Assembly Create Component Component name = CONTACT Component is made of = nodes 【OK】或，命令：CM,CONTACT,node操作步骤： Step 6.选择目标面节点 Utility Menu Select Entities Nodes By Num/Pick 选择“From Full” 【OK】 选下面梁上

102、节点（共21个） 【OK】 或命令：Nsel,22,42Step 7.建立目标节点组元 Utility Menu Select Comp/Assembly Create Component Component name = TARGET Component is made of = Nodes 【OK】 或命令：CM,TARGET,NODEStep 8.选择全部实体 Utility Menu Select Everything 或命令：Allsel,all操作步骤： Step 9.设置单元属性 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements El

103、em Attributes Element type number = 2 CONTAC48 Real constant set number = 2 【OK】 或命令：Type,2 Real,2 ! MAT, 1Step 10.用定义的组元建立点面接触单元 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements node to surf或命令：GCGEN,CONTACT,TARGET,TOPStep 11.指定基本求解控制选项 Main Menu Solution Analysis Type Soln Control 选择BASIC或命令：/SoluN

104、LGEOM,onTime,30NSUBST,30,300,30OUTRES,All,AllStep 12.求解SolveStep 13.后处理，绘制变形图Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape操作步骤： 动画显示变形形状: Utility Menu PlotCtrls Animate Overtime Number of animation frames = 30 Use Last Display 【OK】或命令： ANTIME,30,0.5,1操作步骤： 操作步骤： 例2：橡胶圆柱体被两块刚性板挤压的接触分析图示半径 R

105、= 0.2 m 的橡胶圆柱体被两块钢板挤压，最大位移 Umax= 0.2 (图4-2)钢板材料：E = 2.82 Mpa, = 0.49967橡胶材料 MOONEY-Rivilin 常数 C1 = 0.293 Mpa, C2 = 0.177 Mpa 图 4-2 圆柱体、刚性板的点面接触模型分析： 本例为三维实体接触，可以选用 HYPER58（三维超弹性实体单元）和CONTAC49（三维点一面接触单元）进行分析。 由于模型对称性可以采用简化的模型进行分析：用 园（平面），用 2D 模型进行计算，选用 HYPER56（二维超弹性实体单元）和 CONTAC26（二维点基础接触单元）。目标：介绍一种二

106、维点基础接触单元进行点面接触分析。用该单元建立接触点与目标面的方法不使用GCGEN命令，而采用直接法用E命令建立单元。CONTAC26 2D Point-to-Ground Contact (二维点基础接触，图4-3) 该单元在面的法向方向具有承受压缩的能力，在切线方向具有承受剪切（库仑摩擦）的能力。有三个节点 I, J, K，2个自由度UX, UY。面可以是直线或圆弧。R,npt,STIFN, Mp,npt,MU（Keyopt(1) = 1 时，应用库仑摩擦）图4-3文件：C_N_S.datR = 0.2 ! 半径参数变量/prep7et,1,HYPER56 ! 超弹性实体单元，基体分网使用

107、et,2,contac26 ! 二维点基础接触单元r,2,2000mp,ex,1,2.82mp,nuxy,1,0.49967tb,mooney,1tbdata,1,0.293tbdata,2,0.177csys,1 ! 设置为柱坐标系k,1 $k,2,r,-90 $k,3,r $k,4,(0.5*r),-90k,5,(0.6*r),-45 $k,6, (0.5*r) $k,7,r,-45l,2,7 $l,7,3csys,0 ! 重新设置为笛卡尔坐标系a,2,7,5,4 $a,7,3,6,5 $a,4,5,6,1esize,4amesh,all ! 基体分网! * 创建接触单元 *n,1001,

108、(-2*r),-r ! 定义目标节点Jn,1002,(2*r),-r ! 定义目标节点Kcsys,1 ! 将坐标系设置为柱坐标type,2 ! 接触单元CONTAC26 real,2*do,j,1,8nodc=node(r,90*(j-1)/8-1),0) ! 生成CONTAC26的I节点证基体的圆弧共8个点e,nodc,1001,1002 ! 生成接触单元*enddocsys,0 nsel,s,loc,x! * 选x=0的节点 *d,all,ux ! 将x=0的节点x轴方向的位移置为0nsel,s,loc,y ! 选y=0的节点cp,1,uy,all ! 耦合y=0的节点在 轴方向的位移*g

109、et,ncen,node,num,min ! 提取所选节点中最小的节点编号nsel,allfini! * 求解控制、求解 */solusolcontrol,0antype,staticcnvtol,f,-1nlgeom,onnsubst,6outres,1 ! 求解结果输出设置d,ncen,uy,-0.1 ! 对耦合节点施加载荷uy=-0.1solvefini例2：橡胶圆柱体被两块刚性板挤压的接触分析! * 后处理器 */post1/dscale,1,1pldisp,1 ! 绘变形图/post26 ! 进入历程后处理器/axlab,y,force ! 标注y轴/axlab,x,displace

110、ment ! 标注x轴nsol,2,ncen,u,yrforce,3,ncen,f,yprod,2,2,-2prod,3,2,-2xvar,2plvar,3 ! 绘制力位移曲线plvar,2,3 ! 列表显示力、位移取值fini例2：橡胶圆柱体被两块刚性板挤压的接触分析例2：橡胶圆柱体被两块刚性板挤压的接触分析例3 卡头与卡座的接触分析(图4-4)目标：计算卡头插进卡座和拉出卡座所需的力。此问题属于带厚度的平面应力问题。图 4-4建模要点：卡头和卡座的底板被认为是刚性的，因此建模时不考虑。由于对称，用右半部分来建模和计算。卡头与卡座板厚5材料: E = 2.8e3 = 0.3 MU = 0.2

111、 (摩擦系数) 图4-4文件: IPROG.DATStep 1.建模：定义单元模型、实常数、材料特性、分网/prep7et,1,plane42,3 ! 带厚度的平面应力et,2,plane42,3mp,ex,1,2.8e3mp,prxy,1,0.3r,1,5et,3,48,1 ! contac48 2D点面接触单元,KEYOPT(3)=1弹性库仑摩擦k,1,10 $k,2,20 $k,3,15,18.5 k,4,10,20 $k,5,12.5,30 $k,6, 20,30 l,1,3 $l,4,3 $l,4,5 $l,5,6 $l,6,2 $l,2,1al,all ! A1lgen,2,1,3

112、,1 ! L7,L8,L9k,11,5 $k,12,5,30l,11,7 $l,11,12 $l,12,10 ! L10, L11, L12例3 卡头与卡座的接触分析(图4-4)lsla,s ! 选L1, L2, L3, L4, L5, L6lsel,invertal,alllsel,allrecting,0,15,0,10 ! A3asba,2,3 ! 从A2-A3A4AGEN, ,4, , , ,30, , , ,1asel,s,4 ! 选A4aatt,1,1,2 ! MAT=1,Real=1! Type=Plane42asel,allesize,4amesh,all ! A1、A4分网F

113、ini/solunsel,s,loc,y,0d,all,allnsel,s,loc,y,60d,all,uxnsel,allsave,IPROG,db! * 以下进行接触分析 *Step 2.识别接触对！L3L17、L9 L2L8! * 创建4个节点组元 *将L9和L17线上的节点定义为组元“snapins”（卡头插入）lsel,s,9 ! 选 L9lsel,a,17 ! 加 L17nsll,s,1 ! 与 L9、L17相连的节点cm,snapins,node ! 定义组元snapins将L3线上的节点定义为“snapprg”（插入卡座）组元lsel,s,3 ! 选L3nsll,s,1cm,s

114、napprg,node例3 卡头与卡座的接触分析(图4-4)将L8线上的节点定义为组元“pullins”（拉出卡头）lsel,s,8 ! 选L8nsll,s,1cm,pullins,node将L2线上的节点定义为组元“pullprg”（拉出卡座）lsel,s,2 ! 选L2nsll,s,1cm,pullprg,nodelsel,allnsel,all例3 卡头与卡座的接触分析(图4-4)Step 3.生成接触单元定义单元类型、实常数、材料特性（单元类型 et,3,48,1 已在 IPROG.db 中指定了）现指定材料号3，摩擦系数 MU = 0.2 /prep7mp,mu,3,0.2! * 指

115、定单元实常数 *r,3,6e3 ! 法向刚度KN=6E3r,4,6e3 ! 法向刚度KN=6E3! * 生成接触单元 *type,3mat,3 ! MU=0.2real,3 ! KN=6E3插入时接触的两个面之间生成对称接触单元gcgen,snapins,snapprg !生成对称接触单元gcgen,snapprg,snapins例3 卡头与卡座的接触分析(图4-4)查看接触单元：接触单元在接触面上是节点，用“*”显示，在目标面上（单元上的节点）用线2D显示。命令：/shrink 分离开显示清晰拉出时接触的两个面之间生成接触单元。将实常数改为 4real,4gcgen,pullins,pull

116、prggcgen,pullprg,pullinsStep 4.设置单元关键字选项和实常数前面已做：et,3,48,1r,3,6e3r,4,6e3例3 卡头与卡座的接触分析(图4-4)Step 5.施加边界条件前面已做Step 6.定义求解选项/solupred,on ! 打开预测器autot,on ! 打开自动时间步nsubst,10,100,5 ! 设置子步数、最大、最小值outres,all,allStep 7.加载、求解第 1 载荷步，给 y=60 的所有节点施加 uy=-30 的位移nsel,s,loc,y,60d,all,uy,-30nsel,allsolve ! 求解第1载荷步例3

117、 卡头与卡座的接触分析(图4-4)第 2 载荷步给 y-60 的所有节点施加 uy=-27的位移，即以第 1 载荷步的计算结果为基础，将卡头上拉 3 个单位nsel,s,loc,y,60d,all,uy,- 27nsel,alllnsr,on ! 打开线性搜索solve ! 求解第2载荷步Step 8.后处理查看结果/post1set,0.8!set,lstep,sbstep,fact,kimg,timeesel,s,type,3 !选contac48etable,st,nmisc,1etable,gap,nmisc,3etable,length,nmisc,4!contac48序列号序列号!

118、STAT NMISC 1 单元现在状态!GAP NMISC 3 间隙尺寸或穿透深度!LEN NMISC 4 目标线长度Esel,s,etab,st,1,2 ! 输出3个接触单元Main Menu General Postproc List Results Sorted Listing Sort ElemsMain MenuGeneral PostprocList ResultsElem Table DataEsel,all/dscal,1 ! 按1：1绘图/edge,1 ! 不显示单元线，只显示轮廓线esel,u,type,3 ! 不选接触单元set,first ! time=0.1pldis

119、et,0.8plns,s,eqv ! Von Mise应力云图/post26nsol,2,39,u,y,disprfor,3,42,f,yrfor,4,43,f,yrfor,5,39,f,yadd,6,3,4,5,forceadd,2,2,-1/axlab,x,dispxvar,2plva,6fini第五章 点点接触单元1 概述 点一点接触单元是ANSYS早期开发的单元，但改进工作一直在进行，5.7版本中新增加的CONTA178单元更添加了新的特性。 点一点接触单元是最简单也是最高效的接触单元。当模型可以使用此类单元时，它们可以高效地模拟广泛的接触问题。1、常用的点一点接触单元(图1-1) 图

120、1-1 如果将Contac52和Contac178所有UZ自由度约束住，也可用于2D分析。 三种点一点接触单元中CONTA178单元提供最强的功能： 更多的接触算法 精确的接触约束协调性（“0”穿透） 更多的接触行为选项 定义接触法向更灵活2、点一点接触单元可以模拟面一面接触问题，如果： 相对滑动变形量可以忽略 两个面的偏移（转动）保持很小3、点一点接触单元在节点处传递力，此特性限制它们只能用低能单元（角节点），因为带中间节点的单元节点上约束反力不均匀。第五章 点点接触单元2 点一点接触单元的生成方法有三种方法生成点点接触单元: 1、直接生成 2、在重合节点（或接近重合）上生成单元 Step

121、1. 在表面上选择节点 Step 2. 为点一点接触单元设置单元属性 Step 3. 生成单元 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered At Coincid Nd注意：此特性要求面间的分离必须小于重合容差，且必须小于每个面上节点间的距离。3、在偏移节点上生成单元：对非重合节点很方便Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered offset Nodes 2 点一点接触单元的生成方法3 点一点接触单元选项1、接触协调性 CONTA178

122、提供不同的接触算法： K2: 纯拉格朗日乘子法 几乎0穿透和滑移，不需要接触刚度 更多的自由度出现震颤问题 用PCG求解器时不要使用 修正的拉格朗日方法，需要 FKN 和 TOLN 纯罚函数方法 法向拉格朗日乘子法和切向罚函数法 CONTAC12 和 ConTAC52 只限于罚函数法 指定接触刚度，单位：力/长度2、摩擦和接触行为 三种单元都支持摩擦，可为MU指定非0值 Conta178 支持与面一面接触单元同样类型的接触行为： 标准粗糙不分离（滑动）绑定不分离 （永远）绑定接触（永远）绑定接触（初始接触） Contac12 和 Contac52 只限于标准摩擦行为3、初始穿透 Conta17

123、8 允许渐近化初始穿透 Contac12 和 Contac52 支持初始间隙或初始穿透，但不能是渐进化的。4、后处理 这些单元接触结果后处理需要采用 ETABLE 操作 3 点一点接触单元选项例：用点一点接触单元模拟面一面接触例：用点一点接触单元模拟面一面接触( (图图3-1)3-1)目标：建立3D点一点接触单元并求解小变形接触问题。验证采用点一点接触单元模拟面一面接触。 图3-1模型：施加压力载荷、1/2对称node-to-node.inpFINI/CLEAR/PREP7ET,1,PLANE182 ! 2D 4 node structural solidET,2,SOLID185 ! 2D

124、8 NODE structural solidET,3,SURF154 ! 表面效应单元MP,EX,1,10E6RECTNG,0,1.5,-1,0RECTNG,0,1.0,0,0.25ASEL,1,1!Asel,s,AREA,Comp,VMIN,VMAX,VINC,KSWP(与所选面相连的关键点、!线、节点、单元)LSEL,R,LOC,X,0LESIZE,ALL,10,2,0ASEL,1,1LSEL,R,LOC,X,1.5LESIZE,ALL,10,0.5,0ASEL,2,1LSEL,U,LOC,X,0.5LESIZE,ALL,4,0ALLSEL,ALLTYPE,1REAL,2ESIZE,0.

125、1AMESH,ALLTYPE,2EXTOPT,ESIZE,4!Extopt,lab,val1,val2,val3 从面单元生成体单元有关的控制选项！Lab = esize Val1 设置单元分割组！Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Volume Sweep SweepoptsVOFFST,1,0.5VOFFST,2,0.5！VOFFST,NAREA,DIST,KING从给定的面移动生成体！NAREA 面号！DIST 给定面沿法线移动的距离！Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Along norma

126、l例：用点一点接触单元模拟面一面接触例：用点一点接触单元模拟面一面接触( (图图3-1)3-1)TYPE,3 ! 表面效应单元ASEL,LOC,Y,0.25 ! 选顶面NSLA,1 ! 和顶面相连的节点ESURF ! 生成表面效应单元ASEL,LOC,Z,0ACLEAR,ALLETDELE,1 ! 删除单元类型1， ! 单元类型21,单元类型32ALLSEL,ALLNUMCMP,ALL ! 压缩编号/SOLUTIONNSEL,LOC,X,0D,ALL,UX,0NSEL,LOC,Y,-1 ! 选底面节点D,ALL,UY,0NSEL,LOC,Z,0.25 ! 固定中间面上的节点UZ = 0D,AL

127、L,UZ,0ESEL,ENAME,SURF154 ! 选表面效应单元NSLE ! 与此单元相连的节点*GET,NUMELEM,ELEM,COUNT ! 单元数M=-5500B=5500*DO,I,1,NUMELEM ! 顶面加载 *GET,EID,ELEM,NUM,MIN ! 最小单元号 PRESSURE=M*CENTRX(EID)+B SFE,EID,1,PRES,PRESSURE ESEL,U,EID*ENDDOALLSEL,ALLEPLOTFINISHSAVE,node-to-node,db ! 数据库文件包含有限元模型的几何、单元、材料、边界条件与载荷，不包含接触单元例：用点一点接触单

128、元模拟面一面接触例：用点一点接触单元模拟面一面接触( (图图3-1)3-1)以下接触分析用以下接触分析用GUIGUI与命令流做：与命令流做： Step 1.恢复数据库文件Utility Menu File Resume fromNode-to-node.dbStep 2.添加3D点点接触单元/prep7et,3,conta178Step 3.为接触单元定义实常数Main Menu preprocessor Add/ Edit/DeleteStep 4. 设置单元属性Type,3 ! Conta178Mat,1Real,1Step 5. 在重合节点建立点-点接触单元Main Menu Prepr

129、ocessor Modeling Create Elements Auto Numbered At Coincid NdTolerance of Coincidence = 0.0001Nodal number Ordering = “Low to high”【OK】【pick all】或命令: EINTF, 0.0001Step 6. Step 6. 求解接触分析求解接触分析/ /SoluSolusolvesolve注意：如果Conta178节点重合，则必须通过实常数 NX, NY, NZ（间隙方向矢量的全局笛卡尔坐标 X,Y,Z 的分量）指定间隙方向。对本模型、接触方向平行于 Y 轴，因此

130、矢量坐标为 = 。以下接触分析用以下接触分析用GUIGUI与命令流做：与命令流做： Step 7.指定接触法向方向矢量 GUI: Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete 选 set 1 【Edit】 Type 3 CONTA 178 【OK】 Defined gap normal_X comp. NX = 0 Defined gap normal_Y comp. NY = 1 Defined gap normal_Z comp. NZ = 0 或命令: RMODIF, 1, 6, 0, 1, 0Step 8.求解小位移接触分析

131、（注意：conta178单元不支持大变形）无论小变形还是大变形分析中单元保持其初始方向。 /Solu solve以下接触分析用以下接触分析用GUIGUI与命令流做：与命令流做： Step 9. 后处理 Esel,s,Ename,solid185 /POST1 PLNSOL,S,EQV或 Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu Stress Von Mises SEQV 【OK】Step 10. 选择接触单元进行后处理 Utility Menu Select Entities Elements By Elem

132、 Name Element NAME = Conta178或命令: ESEL, S, Ename, Conta178 以下接触分析用以下接触分析用GUIGUI与命令流做：与命令流做： Step 11. 为接触法向力（FN）和间隙尺寸（USEP）定义单元表（ETABLE）Conta178单元输出定义表 命令： ETABLE,FN,SMISC,1 ETABLE,GAP,NMISC,3Step 12. 选择附于单元上的全部节点 Utility Menu Select Entities Nodes Attached to Elements 选 From Full 【 Apply】 plot (画节点)

133、 或命令： NSLE NPLOT以下接触分析用以下接触分析用GUIGUI与命令流做：与命令流做： Step 13.打开数值等值线标识 Utility Menu PlotCtrls Numbering SVAL numeric Contour Values = on 【OK】 或命令： /pnum, sval, 1Step 14.画接触法向力 Main Menu General Postproc Element Table Plot Elem Table Item to plotted = FN Average at common nodes = yes-average 【OK】或命令： PLE

134、TAB,FN,AVG以下接触分析用以下接触分析用GUIGUI与命令流做：与命令流做： Step 15.列表显示接触法向力和间隙尺寸 Main Menu General Postproc Element Table List Elem Table 选: FN GAP 【OK】 或命令： PRETAB,FN,GAP PRIN ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT* POST1 ELEMENT TABLE LISTNG * STAT CURRENT CURRENT Elem FN GAP 801 -30.216 -0.54210E-19 855 -0.41271 0.0000 MINIMUM VALUES Elem 806 811 VALVE -58.880 -0.43368E-18 MAXIMUM VALUES Elem 851 812 Value -0.40735 0.43368E-18 注意：检查GAP的极限值，负值表示干涉和闭合的间隙，此处最大穿透值为0。