高级刚性目的面高级刚性目的面第三章第三章 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual刚性目的面刚性目的面•当一个面相对其临近的面为刚性面时，柔体－刚体接触对可以极大当一个面相对其临近的面为刚性面时，柔体－刚体接触对可以极大的简化模型的简化模型.•此接触分析技术较常用此接触分析技术较常用. •刚性目的单元刚性目的单元 (TARGE169/170) 仅针对面－面单元仅针对面－面单元(CONTA171-174) 和点－面单元和点－面单元 (CONTA175).•该章节主要思索模拟刚性目的面时需用到的高级工具选项该章节主要思索模拟刚性目的面时需用到的高级工具选项. Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual刚性目的面刚性目的面•本章我们思索以下主题本章我们思索以下主题:•导向节点导向节点•约束刚性目的面约束刚性目的面•复杂目的面复杂目的面•创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual刚性目的面刚性目的面A.导向节点导向节点•刚性面和导向节点相联络，导向节点的挪动控制目的面的挪动刚性面和导向节点相联络，导向节点的挪动控制目的面的挪动.•导向节点可控制整个刚性目的面导向节点可控制整个刚性目的面.•整个面的力、位移以及转动可以经过导向节点指定整个面的力、位移以及转动可以经过导向节点指定. •假设定义了导向节点，那么假设定义了导向节点，那么ANSYS只检查导向节点的边境条件并只检查导向节点的边境条件并忽略目的面上其它节点的约束忽略目的面上其它节点的约束.•导向节点可以直接生成也可以经过导向节点可以直接生成也可以经过mesh一个关键点生成一个关键点生成. Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•导向节点可以在任何位置指定，导向节点可以在任何位置指定，因此支持刚性面的转动因此支持刚性面的转动.•只需导向节点可以和其它单元只需导向节点可以和其它单元衔接，假设刚性体有质量，那衔接，假设刚性体有质量，那么可在导向点上再定义一个么可在导向点上再定义一个Mass21单元单元.•每个目的面只能有一个导向节每个目的面只能有一个导向节点点. 刚性面转动刚性面转动刚性目的面刚性目的面...导向节点导向节点 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•缺省情况下，假设满足以下条件，刚性目的面自动被约束缺省情况下，假设满足以下条件，刚性目的面自动被约束:•没有明确的定义边境条件没有明确的定义边境条件.•目的面没有和其它单元相衔接目的面没有和其它单元相衔接.•没有定义耦合和约束方程没有定义耦合和约束方程.刚性目的面刚性目的面B. 约束刚性目的约束刚性目的 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•假设选择自动约束，那么假设选择自动约束，那么ANSYS对刚性面的约束设置在每个载荷对刚性面的约束设置在每个载荷步终了时会被重置。
因此重启动分析时需谨慎步终了时会被重置因此重启动分析时需谨慎•假设选择用户指定，那么用户需求定义刚性目的面的一切正确的边假设选择用户指定，那么用户需求定义刚性目的面的一切正确的边境条件•假设用户没有定义适当的自在度约束的话，外表会在相应的方向作假设用户没有定义适当的自在度约束的话，外表会在相应的方向作刚体运动刚体运动刚性目的面刚性目的面...约束刚性目的约束刚性目的 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•ANSYS静态分析中，假设力施加在一个零刚度的自在度上，那么静态分析中，假设力施加在一个零刚度的自在度上，那么程序将忽略该载荷程序将忽略该载荷.•一个初始未施加约束的刚性目的面会产生零刚度一个初始未施加约束的刚性目的面会产生零刚度.•施加在此类外表导向节点上的力和弯矩将会被忽略施加在此类外表导向节点上的力和弯矩将会被忽略.•在这种情况下，可运用弱弹簧单元来添加一个小的刚度，以防止载在这种情况下，可运用弱弹簧单元来添加一个小的刚度，以防止载荷的丧失荷的丧失.刚性目的面性目的面…约束束刚性目的性目的 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•刚性目的可以是根本图元的叠加和综合〔例如圆柱、圆台和球体等刚性目的可以是根本图元的叠加和综合〔例如圆柱、圆台和球体等〕〕. •对于任不测表，网格外形不是很重要，但目的单元能否很好的代表对于任不测表，网格外形不是很重要，但目的单元能否很好的代表了几何构造却至关重要了几何构造却至关重要. •过粗略的对目的面离散化会导致收敛困难过粗略的对目的面离散化会导致收敛困难.刚性目的面刚性目的面C. 复杂目的面复杂目的面 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•对复杂目的面分网的一些建议对复杂目的面分网的一些建议: •假设刚性目的可以离散成根本图元，那么就运用根本图元假设刚性目的可以离散成根本图元，那么就运用根本图元. (更少更少的单元且更有效的单元且更有效.) •尽能够运用映射网格尽能够运用映射网格.•假设面的某边无曲率，那么指定单元分割数假设面的某边无曲率，那么指定单元分割数.•对较平坦的面运用低阶目的单元，假设面的曲率较大那么运用高阶对较平坦的面运用低阶目的单元，假设面的曲率较大那么运用高阶单元单元.刚性目的面刚性目的面...复杂目的面复杂目的面 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•以下为一个刚性面运用低阶单元和高阶单元的例子以下为一个刚性面运用低阶单元和高阶单元的例子. •低阶单元占机时较少，但需求较多数量的单元低阶单元占机时较少，但需求较多数量的单元. •高阶单元占机时较多，但需求较少数量的单元高阶单元占机时较多，但需求较少数量的单元.低阶单低阶单元元高阶单高阶单元元刚性目的面刚性目的面...复杂目的面复杂目的面 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•对与运用高阶单元分网或低阶单元分网的目的面，目的节点都可采对与运用高阶单元分网或低阶单元分网的目的面，目的节点都可采用部分坐标系用部分坐标系. •这使得目的面在分析中可以改动外形这使得目的面在分析中可以改动外形. •例如，要模拟一个膨胀的圆柱体可采用如下几步例如，要模拟一个膨胀的圆柱体可采用如下几步:•运用高阶四边形单元分网运用高阶四边形单元分网•旋转节点坐标系至柱坐标系旋转节点坐标系至柱坐标系•给节点施加径向位移使圆柱体膨胀给节点施加径向位移使圆柱体膨胀刚性目的面刚性目的面...复杂目的面复杂目的面 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•在大滑动问题中，尖的突角会导致收敛困难在大滑动问题中，尖的突角会导致收敛困难. •对线或面进展倒角以防止尖角的出现对线或面进展倒角以防止尖角的出现.•运用运用KEYOPT(4)改动接触探测的位置改动接触探测的位置.•或者在尖角处添加点－面接触或者在尖角处添加点－面接触.外法向外法向 平滑半径平滑半径刚性目的面刚性目的面刚性目的面刚性目的面...复杂目的面复杂目的面 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•有时由于目的面不是足够的大，使得接触单元从刚性目的面上滑落有时由于目的面不是足够的大，使得接触单元从刚性目的面上滑落.•为处理这个潜在问题，采用目的面延伸参数可使得目的面足够大以为处理这个潜在问题，采用目的面延伸参数可使得目的面足够大以保证接触形状不变保证接触形状不变.•缺省值为目的单元长度的缺省值为目的单元长度的10% •接触探测的位置设为节点时该选项才可运用接触探测的位置设为节点时该选项才可运用刚性目的面刚性目的面...复杂目的面复杂目的面 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual刚性目的面刚性目的面D.创建接触单元创建接触单元•接触导游是一个极为方便的接触对创建工具，它需求最少的用户干接触导游是一个极为方便的接触对创建工具，它需求最少的用户干涉涉.•但少数时候接触导游并不能完全胜任对接触的模拟但少数时候接触导游并不能完全胜任对接触的模拟.•虽然此种情况较少，但假设遇到的话，必需运用接触导游外的其它虽然此种情况较少，但假设遇到的话，必需运用接触导游外的其它方法创建接触单元方法创建接触单元.•目的单元有一种特殊的单元属性－目的单元外形目的单元有一种特殊的单元属性－目的单元外形(TSHAP). •当直接生成目的面时要指定当直接生成目的面时要指定TSHAP. •当运用当运用KMESH, LMESH, AMESH产生刚体单元时，程序自动运用产生刚体单元时，程序自动运用正确的正确的 TSHAP •运用运用TSHAP时时,用户应该对可供选择的单元外形较熟习用户应该对可供选择的单元外形较熟习. Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•2D 目的单元目的单元•TARGE169 有以下几种方式有以下几种方式: 线、抛物线、弧线、圆和导向节点线、抛物线、弧线、圆和导向节点. JIIJKIJKII弧弧线线导向节点导向节点圆圆线线抛物线抛物线刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•3D 目的单元目的单元•TARGE170有以下几种方有以下几种方式式: 3节点三角形节点三角形, 4节点四节点四边形边形, 6节点三角形节点三角形, 8节点节点四边形四边形, 圆柱圆柱, 圆台圆台, 球体以球体以及导向节点及导向节点. 刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•2D 面－面接触单元面－面接触单元•CONTA171是一个二维是一个二维2节点的低阶线单元，它可以附在二维体单节点的低阶线单元，它可以附在二维体单元、壳单元和梁单元的外表上元、壳单元和梁单元的外表上. •CONTA172是一个二维是一个二维3节点〔带中间节点〕的高阶抛物线单元，节点〔带中间节点〕的高阶抛物线单元，它可以附在二维体单元的外表上它可以附在二维体单元的外表上.CONTA171CONTA172刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•3-D 面－面接触单元面－面接触单元CONTA174是一个三维是一个三维8节点〔带中间节点〔带中间节点〕的高阶四边形单元，它可附在节点〕的高阶四边形单元，它可附在三维体单元的外表三维体单元的外表.它也可退化为它也可退化为6节点节点三角形三角形.CONTA173是一个三维是一个三维4节点的低阶四节点的低阶四边形单元，它可附在三维体单元或壳单边形单元，它可附在三维体单元或壳单元的外表元的外表.它也可退化为它也可退化为3节点三角形节点三角形.刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual创建面面接触单元的步骤创建面面接触单元的步骤Step 1.创建下面的实体模型并分创建下面的实体模型并分网网.Step 2.指定接触面和目的面指定接触面和目的面.在右在右边这个例子中，存在刚性面，边这个例子中，存在刚性面，因此目的面和接触面的指定可因此目的面和接触面的指定可以确定以确定.接触面接触面 超弹性密封件的嵌入模拟超弹性密封件的嵌入模拟刚性目的刚性目的面面 刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining ManualStep 3.设定单元选项和实常数设定单元选项和实常数. 留意：接触对由实常数进展识留意：接触对由实常数进展识别别.接触单元和目的单元必需共接触单元和目的单元必需共用一个实常数用一个实常数. 刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining ManualStep 4. 创建目的面单元创建目的面单元. 此步视目的单元是刚体或柔体而定此步视目的单元是刚体或柔体而定. 对于对于 刚体刚体 :运用直接生成法运用直接生成法 (E) 或者或者自动分网生成自动分网生成 (LMESH, AMESH)对于对于 柔体柔体:运用运用Create > Elements > Surface-to-Surface (ESURF)刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining ManualStep 4 创建目的面单元创建目的面单元. 直接生成刚性目的面时直接生成刚性目的面时,目的单元外形〔目的单元外形〔TSHAP〕要在创建目的单元之〕要在创建目的单元之前设定前设定.TSHAPTSHAP定义目的单定义目的单元的外形元的外形. .刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining ManualStep 4 创创建目的面建目的面单单元元. 在在对刚对刚性目的面自性目的面自动动划分网格划分网格时时并不需求并不需求TSHAP. ANSYS会自会自动动确定确定目的目的单单元的外形元的外形. Mesh 关关键键点点 (KMESH) – 导导向向节节点点Mesh 线线 (LMESH) – 二二维刚维刚性目的面性目的面Mesh 面面 (AMESH) – 三三维刚维刚性目的面性目的面刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining ManualStep 4 创建目的面单元创建目的面单元. 检查外法线方向〔假设对刚性目检查外法线方向〔假设对刚性目的运用自动分网时〕的运用自动分网时〕:显示单元〔翻开单元坐标标志〕显示单元〔翻开单元坐标标志〕.然后运用然后运用 ESURF 创建单元创建单元.线线 反时针圆弧线反时针圆弧线 导向节点导向节点刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining ManualStep 5. 创建接触面单元创建接触面单元.设置好接触单元的属性，选择柔体外表节点并创建接触设置好接触单元的属性，选择柔体外表节点并创建接触单元〔和在柔体上创建目的单元的步骤类似〕单元〔和在柔体上创建目的单元的步骤类似〕Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Surf/Contact > Surf to Surf这些接触单元的阶数〔低阶或高阶〕和它下面单元的阶这些接触单元的阶数〔低阶或高阶〕和它下面单元的阶数一样数一样.(ESURF)刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining ManualStep 5 创建接触面单元创建接触面单元. 对于在壳单元或者梁单元上创建接触单元或目的单元，程序可让用户对于在壳单元或者梁单元上创建接触单元或目的单元，程序可让用户选择是在壳选择是在壳/梁的底面还是顶面创建该单元梁的底面还是顶面创建该单元. 单元位置控制单元位置控制刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•当运用接触当运用接触导游游创建接触建接触对时，接触，接触单元自在度自元自在度自动和底下的和底下的单元元协调.•当接触当接触对是在接触是在接触导游外被游外被创建建时, 必需运用必需运用APDL定定义其自在度其自在度KEYOPT(1) ，或运用以下，或运用以下GUI方式方式: •Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete…Options刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 Advanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersAdvanced Contact & FastenersTraining Manual•以后，施加以后，施加载荷、荷、边境条件、求解、后境条件、求解、后处置的步置的步骤和能和能否运用接触否运用接触导游无关游无关. •创建一个典型的面－面、建一个典型的面－面、刚体－柔体接触体－柔体接触对的的APDL:•…•et,2,169!定定义目的目的单元元•et,3,171!定定义接触接触单元元•r,3,,,0.1!接触接触对经过实常数常数3识别，，FKN值为0.1•mp,mu,3,0.2 !定定义摩擦系数摩擦系数•…•lsel,s,,,!选择目的面目的面•type,2!指定目的面的指定目的面的单元元类型型•real,3!指定指定实常数常数•lmesh,all !分网分网•…•lsel,s,,,!选择接触面接触面•nsll,s,1 !选择附在接触面上的附在接触面上的节点点•type,3!指定接触指定接触单元的元的单元元类型型•esurf,all!创建建单元元 •allsel刚性目的面刚性目的面...创建接触单元创建接触单元 。