高級(jí)接觸問題

第一章接觸問題概述

在工程中常會(huì)遇到大量的接觸問題，如齒輪的嚙合、法蘭聯(lián)接、機(jī)電軸承接觸、卡頭與卡座、密封、板成形、沖擊等等。接觸是典型的狀態(tài)非線性問題，它是一種高度非線性行為。接觸例子見圖1.1。圖1.1輪齒接觸分析中常常需要確定兩個(gè)或多個(gè)相互接觸物體的位移、接觸區(qū)域的大小和接觸面上的應(yīng)力分布。接觸分析存在兩大難點(diǎn)：1.在求解之前，你不知道接觸區(qū)域、表面之間是接觸或分開是未知的，表面之間突然接觸或突然不接觸會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)剛度的突然變化。2.大多數(shù)接觸問題需要計(jì)算摩擦。摩擦是與路徑有關(guān)的現(xiàn)象，摩擦響應(yīng)還可能是雜亂的，使問題求解難以收斂。第一節(jié)接觸分類剛－柔·一個(gè)表面是完全剛性的—除剛體運(yùn)動(dòng)外無應(yīng)變、應(yīng)力和變形，另一表面為軟材料構(gòu)成是可變形的?！ぶ辉谝粋€(gè)表面特別剛硬并且不關(guān)心剛硬物體的應(yīng)力時(shí)有效。柔－柔·兩個(gè)接觸體都可以變形。第二節(jié)接觸單元ANSYS采用接觸單元來模擬接觸問題：—跟蹤接觸位置—保證接觸協(xié)調(diào)性（防止接觸表面相互穿透）—在接觸表面之間傳遞接觸應(yīng)力（正壓力和摩擦）接觸單元就是覆蓋在分析模型接觸面上的一層單元。在ANSYS中可以采用三種不同的單元來模擬接觸：一面一面接觸單元一點(diǎn)一面接觸單元一點(diǎn)一點(diǎn)接觸單元·不同的單元類型具有完全不同的單元特性和分析過程。1.面－面接觸單元用于任意形狀的兩個(gè)表面接觸－不必事先知道接觸的準(zhǔn)確位置；－兩個(gè)面可以具有不同的網(wǎng)格；－支持大的相對(duì)滑動(dòng)；－支持大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)動(dòng)。例如:面一面接觸可以模擬金屬成型，如軋制過程，見圖1.2。圖1.2面一面接觸2.點(diǎn)－面接觸單元用于某一點(diǎn)和任意形狀的面的接觸－可使用多個(gè)點(diǎn)－面接觸單元模擬棱邊和面的接觸；－不必事先知道接觸的準(zhǔn)確位置；－兩個(gè)面可以具有不同的網(wǎng)格；－支持大的相對(duì)滑動(dòng)；－支持大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)動(dòng)。例：點(diǎn)－面接觸可以模擬棱邊和面之間的接觸，見圖1.3。圖1.3點(diǎn)－面接觸點(diǎn)－點(diǎn)接觸單元用于模擬單點(diǎn)和另一個(gè)確定點(diǎn)之間的接觸。點(diǎn)－點(diǎn)接觸應(yīng)用較少,我們不做介紹.第三節(jié)關(guān)于耦合和約束方程的應(yīng)用如果接觸模型沒有摩擦，接觸區(qū)域始終粘在一起，并且分析是小撓度、小轉(zhuǎn)動(dòng)問題，那么可以用耦合或約束方程代替接觸。使用耦合或約束方程的優(yōu)點(diǎn)是分析還是線性的示例1：利用耦合模擬接觸問題，見圖。數(shù)據(jù)庫文件：cpnorm.db1條件：接觸模型無摩擦，接觸區(qū)域始終粘在一起，小撓度，小轉(zhuǎn)動(dòng)問題，可以用耦合代替接觸（耦合分析是線性的）。圖模擬接觸第二章接觸問題的一般特性在進(jìn)入接觸分析的實(shí)施和實(shí)例討論之前，我們先對(duì)一般條件下的通用內(nèi)容進(jìn)行討論，以便能正確理解和使用相關(guān)選項(xiàng)。第一節(jié)接觸剛度1.所有的ANSYS接觸單元都采用罰剛度（接觸剛度）來保證接觸界面的協(xié)調(diào)性，見圖2.1。圖2.1切向罰剛度·在數(shù)學(xué)上為保持平衡，需要有穿透值··然而，物理接觸實(shí)體是沒有穿透的分析者將面對(duì)困難的選擇：－小的穿透計(jì)算精度高，因此接觸剛度應(yīng)該大；－然而，太大的接觸剛度會(huì)產(chǎn)生收斂困難：模型可能會(huì)振蕩，接觸表面互相跳開?！そ佑|剛度是同時(shí)影響計(jì)算精度和收斂的最重要的參數(shù)。你必須選定一個(gè)合適的接觸剛度。除了在表面間傳遞法向壓力外，接觸單元還傳遞切向運(yùn)動(dòng)（摩擦）。采用切向罰剛度保證切向的協(xié)調(diào)性。見圖2.2作為初值，可采用：切向罰剛度以同樣的方式對(duì)收斂性和計(jì)算精度產(chǎn)生影響。圖2.2切向罰剛度2.接觸剛度的選取·選定一個(gè)合適的接觸剛度值需要一些經(jīng)驗(yàn)?！?duì)于面一面接觸單元，接觸剛度通常指定為基體單元?jiǎng)偠鹊囊粋€(gè)比例因子。－開始估計(jì)時(shí)，選用FKN=1.0大面積實(shí)體接觸FKN=0.01～0.1較柔軟（彎曲占主導(dǎo)的）部分－另外，也可以指定一個(gè)絕對(duì)剛度值，單位：（力/長度）/面積?！c(diǎn)－面接觸單元需要為罰剛度KN輸入絕對(duì)值：－初始估計(jì)時(shí)：對(duì)于大變形:0.1*E<KN<1.0*E對(duì)于彎曲:0.01*E<KN<0.1*EE為彈性模量3.選取接觸剛度的指導(dǎo)：Step1開始采用較小的剛度值Step2對(duì)前幾個(gè)子步進(jìn)行計(jì)算Step3檢查穿透量和每一個(gè)子步中的平衡迭代次數(shù)·在粗略的檢查中，如以實(shí)際比例顯示整個(gè)模型時(shí)就能觀察到穿透，則穿透可能太大了，需要提高剛度重新分析。·如果收斂的迭代次數(shù)過多（或未收斂），降低剛度重新分析。注意：罰剛度可以在載荷步間改變，并且可以在重啟動(dòng)中調(diào)整。牢記：接觸剛度是同時(shí)影響計(jì)算精度和收斂性的最重要的參數(shù)。如果收斂有問題，減小剛度值，重新分析在敏感的分析中，還應(yīng)該改變罰剛度來驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的有效性。－在分析中減小剛度范圍，直到結(jié)果（接觸壓力、最大SEQV等）不再明顯改變。第二節(jié)摩擦1.兩個(gè)接觸體的剪切或滑動(dòng)行為可以是無摩擦的或有摩擦的·無摩擦?xí)r允許物體沒有阻力地相互滑動(dòng)；·有摩擦?xí)r，物體之間會(huì)產(chǎn)生剪切力。2.摩擦消耗能量，并且是路徑相關(guān)行為。為獲得較高的精度，時(shí)間步長必須小，見圖2.3。圖2.3時(shí)間步長3.ANSYS中，摩擦采用庫侖模型，并有附加選項(xiàng)可處理復(fù)雜的粘著和剪切行為。庫侖法則是宏觀模型，表述物體間的等效剪力不能超過正壓力的一部分：式中：一摩擦系數(shù)·一旦所受剪力超過，兩物體將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)4.彈性庫侖摩擦模型：允許粘著和滑動(dòng)，見圖2.4。圖2.4彈性庫侖摩擦模型圖2.5實(shí)常數(shù)TAUMAX與P間關(guān)系曲線·一些單元采用實(shí)常數(shù)TAUMAX()模擬這種限制（見圖2.5）。TAUMAX的一個(gè)估計(jì)上限為：圖2.6剪切剛度示意圖式中是接近表面的材料的等效Mises屈服應(yīng)力。經(jīng)典數(shù)據(jù)通常是TAUMAX比較好的初始值。粘著區(qū)被處理為彈性的，并且具有剪切剛度，見圖2.6?！ぜ羟袆偠染哂信c正剛度相同的效果：剛度大時(shí)精度高，剛度小時(shí)收斂性好。·可以指定，或由程序指定為的分?jǐn)?shù)（通常為的1%）。圖2.5實(shí)常數(shù)TAUMAX與P間關(guān)系曲線圖2.6剪切剛度示意圖5.剛性庫侖摩擦：只允許滑動(dòng)摩擦，見圖2.7接觸響應(yīng)不能是“粘著”－些模型只適用于分析同一方向上的連續(xù)滑動(dòng)：例如砂輪打磨物體時(shí)在U=0時(shí)的連續(xù)等效無限剛度。如果滑動(dòng)停止或反向會(huì)出現(xiàn)收斂困難。6.有時(shí)，表面會(huì)粘著在一起，即使沒有正壓力時(shí)也會(huì)有滑動(dòng)阻力。一些單元可以用結(jié)合力（COHE）描述這種狀態(tài)，見圖2.8。圖2.7剛性庫侖摩擦圖2.8滑動(dòng)阻力7.摩擦系數(shù)·物體滑動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)通常比靜止時(shí)的摩擦系數(shù)小。－滑動(dòng)：動(dòng)摩擦系數(shù)－靜止：靜摩擦系數(shù)·并非所有ANSYS接觸單元都支持靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)的區(qū)別。－對(duì)于所有ANSYS接觸單元，被指定為材料屬性（MU）－對(duì)點(diǎn)－面接觸單元，用實(shí)常數(shù)FACT（靜、動(dòng)摩擦比值）來區(qū)分靜、動(dòng)摩擦系數(shù)。－對(duì)面一面接觸單元，動(dòng)摩擦系數(shù)以表面相對(duì)速度的函數(shù)計(jì)算得出。動(dòng)摩擦系數(shù)是速度的指數(shù)函數(shù)：或:式中：MUK=動(dòng)摩擦系數(shù)（由用戶輸入）

FACT=MUS/MUK(由用戶輸入)

MUS=靜摩擦系數(shù)

dc=衰減系數(shù)（由用戶輸入）

Vtfs/deltaT=表面間的相對(duì)速度缺省值：FACT=1,MUS=MUK=0,dc=0動(dòng)摩擦系數(shù)作為表面速度的函數(shù)，使靜態(tài)平衡過渡到動(dòng)態(tài)，見圖2.9。圖2.9靜態(tài)平衡過渡到動(dòng)態(tài)平衡8.無摩擦?xí)r，取=09.包含摩擦的接觸問題產(chǎn)生非對(duì)稱的剛度矩陣然而，采用非對(duì)稱方程求解器比對(duì)稱方程求解器需要更多的計(jì)算時(shí)間。因此，ANSYS采用對(duì)稱化算法，大對(duì)數(shù)的包含摩擦的接觸問題可以用此求解。如果求解時(shí)收斂性能不好，對(duì)于一些單元可以使用非對(duì)稱的求解選項(xiàng)（NROPT,USYM）－此時(shí)可以采用稀疏求解器（推薦）或波前求解器，當(dāng)非對(duì)稱矩陣出現(xiàn)時(shí)，兩者都可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換到非對(duì)稱求解器選項(xiàng)。－PCG對(duì)非對(duì)稱矩陣無效。10.ANSYS接觸單元摩擦選項(xiàng)總覽，見表2.1表2.1ANSYS接觸單元摩擦選項(xiàng)總覽Surf-to-Surf(CONTA171-174)Node-to-Node(CONTA178)Node-to-Node(CONTA12/52)Node-to-Surf(CONTA48/49)GeneralFrictionyesyesyesyesElasticCoulombyesyesyesyesRigidCoulombnonoyesyesStatic/DynamicMUyesnonoyesDynamicFrictionFormulayes;mu=1(muk,FACT,dc)nononoTAUMAXwithFrictionyesnononoLargeStrain(NLGEOM,ON)yesnononoCohesionyesnonoyesUnsymmetricMatrixyesyesyesnoAutoorUserSpecifiedKTyes;KT=1(MU,KN)yes;KKS=1(MU,FKN)yes;KT=KNyes;KT=0.01KN第三節(jié)自動(dòng)時(shí)間步長及其控制接觸是一種狀態(tài)非線性。在分析過程中，接觸狀態(tài)會(huì)改變，見圖2.10。圖2.10接觸狀態(tài)·有時(shí)希望考慮臨界接觸狀態(tài)變化對(duì)時(shí)間步長的影響；有時(shí)又不期望。因此需要特殊的工具來控制接觸分析中的時(shí)間步預(yù)測(cè)?！r(shí)間步控制是一個(gè)自動(dòng)時(shí)間步特徵。該控制用于當(dāng)接觸單元的狀態(tài)即將改變時(shí)，預(yù)報(bào)并縮減當(dāng)前的時(shí)間步。接觸單元的Keyopt（7）選項(xiàng)控制時(shí)間步的預(yù)報(bào)。0－無控制：不影響時(shí)間步尺寸。當(dāng)自動(dòng)時(shí)間步開關(guān)打開時(shí)，對(duì)于靜態(tài)問題通常選此項(xiàng)。1－自動(dòng)縮減：如果接觸狀態(tài)改變較大，時(shí)間步二分。對(duì)于動(dòng)態(tài)問題，自動(dòng)縮減通常是充分的。2－合理的：比自動(dòng)縮減費(fèi)用更昂貴的算法。為保持一個(gè)合理的時(shí)間載荷增量，需要在接觸預(yù)測(cè)中選擇此項(xiàng)。適用于靜態(tài)分析和連續(xù)接觸時(shí)瞬態(tài)分析。3－最小值：該選項(xiàng)為下一子步預(yù)報(bào)時(shí)間增量的最小值（計(jì)算費(fèi)用十分昂貴，建議不用）。這個(gè)選項(xiàng)在碰撞和斷續(xù)接觸分析中是有用的。·接觸分析中自動(dòng)時(shí)間步的其它注意事項(xiàng)：－與所有其它非線性分析一樣，對(duì)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。－對(duì)于瞬態(tài)分析，沖擊時(shí)必須使用足夠數(shù)量的計(jì)算步以描述表面間的動(dòng)量轉(zhuǎn)移?！?duì)于精確的位移計(jì)算，這需要小的最小時(shí)間步長：式中:=表面的特征頻率:·對(duì)于精確的加速度或速度:－對(duì)于路徑相關(guān)現(xiàn)象（如接觸摩擦），相對(duì)較小的最大時(shí)間步長對(duì)計(jì)算精度是必須的。第三章面－面接觸單元第一節(jié)概述面－面接觸單元，是模擬任意兩個(gè)表面間接觸的方法。表面可以具有任意形狀。是ANSYS中最通用的接觸單元。精度高、特性豐富還可使用接觸向?qū)Ы７奖?。·面－面接觸單元在面的高斯點(diǎn)處傳遞壓力，這種先進(jìn)技術(shù)使面－面接觸單元具有很多優(yōu)點(diǎn)：－與低階單元和高階單元都兼容－提供更好的接觸結(jié)果（于后處理接觸壓力和摩擦應(yīng)力）－可考慮殼和梁的厚度，以及殼的厚度變化－半自動(dòng)接觸剛度計(jì)算－剛性表面由“控制節(jié)點(diǎn)”控制－熱接觸特性－眾多的高級(jí)選項(xiàng)來處理復(fù)雜問題?！ぞ哂斜姸嗟母呒?jí)選項(xiàng)（20個(gè)可用的實(shí)常數(shù)、2個(gè)材料屬性和30個(gè)可用的單元選項(xiàng)）提供了豐富的特征庫，能夠用于模擬特殊的效果和處理困難的收斂情況。然而眾多的選項(xiàng)的智能缺省選項(xiàng)可以有效求解許多接觸問題而不需要用戶介入太多。通常的做法是：開始使用高級(jí)選項(xiàng)之前，先試著采用缺省設(shè)置：只指定罰剛度，穿透容差和子步數(shù)，然后進(jìn)行分析。只在采用缺省設(shè)置遇到困難時(shí)才采用高級(jí)選項(xiàng)?！に械母呒?jí)選項(xiàng)也可以通過接觸向?qū)砜刂啤５诙?jié)面－面接觸單元使用面－面接觸單元計(jì)算剛－柔、柔－柔接觸分析。把一個(gè)面指定為目標(biāo)面（Targe），另一個(gè)面指定為接觸面（Conta），合起來叫接觸對(duì)。接觸單元被約束不能侵入目標(biāo)面，然而目標(biāo)單元能侵入接觸面?！?D目標(biāo)單元TARGE169:圖3.1（a）2D目標(biāo)單元·2D面－面接觸單元CONTA171—2D、2節(jié)點(diǎn)低階單元，可用于二維實(shí)體、殼、梁單元的表面CONTA172—2D、3節(jié)點(diǎn)高階單元，可用于帶中間節(jié)點(diǎn)的二維實(shí)體單元表面CONTA171CONTA172圖3.1（b）2D面－面接觸單元·3D目標(biāo)單元TARGE170圖3.23D目標(biāo)單元·3D面－面接觸單元CONTA173—3D、4節(jié)點(diǎn)低階四邊形單元，可退化為三角形圖3.33D面－面接觸單元—CONTA173CONTA174—3D、8節(jié)點(diǎn)高階四邊形單元，可退化為6節(jié)點(diǎn)三角形單元圖3.43D面－面接觸單元—CONTA174第三節(jié)面－面接觸分析步驟及實(shí)例1

（不通過接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)）Step1建立基體有限元模型設(shè)置基體單元類型、實(shí)常數(shù)、材料特性給基體分網(wǎng)：命令：AMESHVMESHStep2指定接觸面和目標(biāo)面·對(duì)于剛一柔接觸，目標(biāo)面總是剛性面·對(duì)于柔－柔接觸，目標(biāo)面和接觸面的不同選擇會(huì)產(chǎn)生不同的穿透，見圖3.5，并且影響求解精度。圖3.5目標(biāo)面和接觸面的不同選擇·接觸面和目標(biāo)面確定準(zhǔn)則－如凸面和平面或凹面接觸，應(yīng)指定平面或凹面為目標(biāo)面；－如一個(gè)面上的網(wǎng)格較粗而另一個(gè)面上的網(wǎng)格較細(xì)，應(yīng)指定粗網(wǎng)格面為目標(biāo)面；－如一個(gè)面比另一個(gè)面的剛度大，應(yīng)指定剛度大的面為目標(biāo)面；－如一個(gè)面為高階單元而另一面為低階單元，應(yīng)指定低階單元面為目標(biāo)面；－如一個(gè)面比另一個(gè)面大，應(yīng)指定大的面為目標(biāo)面。例如:超彈密封，見圖3.6。圖3.6超彈密封Step3設(shè)置單元選項(xiàng)和實(shí)常數(shù)

接觸對(duì)由實(shí)常數(shù)號(hào)來定義，接觸單元和目標(biāo)單元必須具有相同的實(shí)常數(shù)號(hào)。定義實(shí)常數(shù)Step4建立目標(biāo)單元（網(wǎng)格）·此步中所采用的方法依賴于目標(biāo)面是剛性的還是柔性的。－剛性目標(biāo)面采用：直接生成(E命令)

自動(dòng)劃分(LMESH,AMEAH)－可變形目標(biāo)面采用GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf(ESURF)·對(duì)于直接生成剛性目標(biāo)面，在建立目標(biāo)單元之前需要要指定附加的單元屬性TSHAP。TSHAP定義目標(biāo)面單元形狀·剛性目標(biāo)面的自動(dòng)劃分不需要TSHAP。ANSYS能根據(jù)實(shí)體模型確定合適的目標(biāo)單元形狀。－劃分線(LMESH)2D剛性目標(biāo)面－劃分面(AMESH)3D剛性目標(biāo)面－創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)(KMESH)－控制節(jié)點(diǎn)（Pilot）剛性目標(biāo)面能與控制點(diǎn)聯(lián)系起來，Pilot實(shí)際上是只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的單元，通過這個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以控制整個(gè)目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)。ANSYS只在Pilot節(jié)點(diǎn)上檢查邊界條件而忽略其它節(jié)點(diǎn)的約束?！?duì)可變形體目標(biāo)面建立目標(biāo)單元的步驟是：1.先選擇可變形體表面上的節(jié)點(diǎn)

2.然后在可變形體上建立目標(biāo)單元GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf(ESURF)·ANSYS將根據(jù)基體的網(wǎng)格確定目標(biāo)單元形狀和外法線方向?！z查外法線方向（這在自動(dòng)劃分剛性目標(biāo)面時(shí)非常重要）－打開單元坐標(biāo)系標(biāo)志并重繪單元/PSYMS,ESYS,1－目標(biāo)單元外法線方向應(yīng)該指向接觸面。如果單元法向不指向接觸面，用命令使之反轉(zhuǎn)：

ESURF,,REVE例：Seal.datSeal.dat文件中的有限元模型圖3-7Step5建立接觸面單元·設(shè)置接觸單元屬性、選擇可變形體表面節(jié)點(diǎn)，并在可變形體上建立接觸單元（過程與在可變形體上建立目標(biāo)單元相同）。GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf·這些接觸單元與基體有同樣的階數(shù)（低階或高階）?！ぷ⒁猓涸跉せ蛄簡卧辖⒛繕?biāo)單元或接觸單元時(shí)，可以選擇要在梁或殼單元的頂層還是底層建立單元?！ぴ谶x擇柔體表面上的節(jié)點(diǎn)時(shí)，如果你確定某一部分節(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)不會(huì)接觸到目標(biāo)面時(shí)，可以忽略它，以減少計(jì)算時(shí)間?！そ佑|面的外法向應(yīng)指向目標(biāo)面。如果發(fā)現(xiàn)外法線方向不正確，用下列命令修改之ESURF,,REVEStep6在有限元模型上施加邊界條件·如果目標(biāo)面是剛性面，目標(biāo)面將會(huì)自動(dòng)固定?！ざx了Pilot點(diǎn)ANSYS只檢查該點(diǎn)的邊界條件，忽略目標(biāo)面上其它節(jié)點(diǎn)約束?？刂泣c(diǎn)能控制目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng)。對(duì)Seal.dat施加的邊界條件，見圖3.7。Step7定義求解選項(xiàng)和載荷步，以下是默認(rèn)設(shè)置：·推薦使用非線性求解自動(dòng)控制·使用不帶自適應(yīng)下降的fullNewton-Raphson法求解·時(shí)間步必須足夠小。使用自動(dòng)時(shí)間步。·子步數(shù)的最大值（NSBMX）應(yīng)較大，最小值（NSBMIN）應(yīng)較小Step8求解Step9后處理·結(jié)果包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變和接觸等信息；·接觸壓力、摩擦應(yīng)力、總應(yīng)力、接觸侵入、接觸間隙距離、滑動(dòng)距離和接觸狀態(tài)都可以從/POST1或/POST26中得到。面一面接觸分析實(shí)例（建立接觸對(duì)不通過接觸向?qū)В?shí)例1：彈性環(huán)裝配，見圖3.8。圖3.8彈性環(huán)裝配軸對(duì)稱施加位移載荷：在L45線上施加0.4″的-Y向位移打開幾何非線性開關(guān)(NLGEOM,on)設(shè)Time=0.4并為自動(dòng)時(shí)間步給出子步數(shù)(20,500,10)給出輸出控制（要求輸出每一子步結(jié)果）求解并查看輸出和監(jiān)視文件重啟動(dòng)分析并將-Y向偏移量增加到0.55″使咬接裝配的第2個(gè)齒咬合。問題以彎曲為主，設(shè)FKN=0.1L45GUI方式：Step1恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件Snap.db（Snap.db數(shù)據(jù)庫包含此有限元模型的完整幾何模型、材料、邊界條件。但未定義目標(biāo)單元與接觸單元）。GUI：UtilityMenu>File>ResumeFrom選Snap.db【OK】基體單元:Plane42,,,1軸對(duì)稱材料:MAT,1 EX=0.175e6;NUXY=0.35;MU=0.0MAT,2 EX=90000;NUXY=0.35約束節(jié)點(diǎn)163UY=0182UY=0Step2創(chuàng)建目標(biāo)面單元類型GUI：MainMenu>Preprocessor>ElementTyper>Add/Edit/Delete【Add】contact2Dtarget169Elementtyperreferencenumber=2【OK】或命令流:/PREP7ET,2,Target169Step3建立接觸面單元類型GUI:MainMenu>Preprocessor>ElementTyper>Add/Edit/Delete【Add】contact2ndSurf171Elementtyperreferencenumber=3【OK】【close】或命令:ET,3,conta171Step4指定接觸法向剛度GUI:MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete【Add】Type3CONTA171【OK】RealConstantSetNo.=1NormalPenaltyStiffnessFKN=0.1(對(duì)彎曲問題采用初值0.1)PenetrationtoleranceFTOLN=0.1圖3.14建立接觸面單元類型確定罰剛度FKN值通常在0.01-10之間，對(duì)于體積變形問題用1.0（默認(rèn)），對(duì)彎曲問題用0.1確定侵入容差：侵入容差(FTOLN)是與接觸單元下面的實(shí)體單元深度（h）相乘的比例因子。若此值太小會(huì)引起收斂困難，絕對(duì)不要用太小的容差!增大罰剛度（FKN）將減少侵入?！KN增大100倍會(huì)相應(yīng)地減少侵入，但是接觸壓力只改變5％。如不收斂可調(diào)整FKN或FTOLN值重新運(yùn)行。檢查侵入和每個(gè)子步的平衡迭代數(shù)，如果收斂受入侵容差的驅(qū)使可能是FKN值估計(jì)不足或FTOLN值太小。如果需要多次迭代才能使殘值收斂而不是侵入。FKN值可能估計(jì)得太高。或命令：R,1,,,0.1,0.1(3)設(shè)置單元屬性GUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Element>ElemAttributes或命令流：Type,2Mat,1Real,1Step5創(chuàng)建目標(biāo)單元(1)為目標(biāo)面選擇線GUI:UtilityMenu>Select>Entities拾取線，見圖3.9【OK】圖3.9拾取線或命令流文件：LSEL,S,,,2,4LSEL,A,,,15,18……LSEL,A,,,63(2)選擇附于線上的全部節(jié)點(diǎn)，見圖3.10。GUI:UtilityMenu>Select>EntitiesNodesAttachedto⊙lines,all圖3.10選擇附于線上的全部節(jié)點(diǎn)【OK】或命令流：NSLL,S,1NPlot圖3.9拾取線圖3.10選擇附于線上的全部節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建目標(biāo)單元GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf注意：如果基體單元是2D平面或3D實(shí)體單元“Tlab”無效，如果基體單元是2D單元，“Shape”無效。選【PickAll】或命令：ESURF，見圖3.11。圖3.11ESURFStep6創(chuàng)建接觸單元(1)為接觸面選線GUI:UtilityMenu>Select>EntitiesLinesByNum/pick⊙FromFull【OK】選線(見圖3.12)【OK】圖3.12為接觸面選線或命令流:LSEL,,s,,33,34LSEL,a,,,43,44…(2)選擇附于選定線上的全部節(jié)點(diǎn)GUI:UtilityMenu>Select>EntitiesNodesAttachedtoLines,all⊙FromFull【OK】或命令流:圖3.13選擇線上的全部節(jié)點(diǎn)NSLL,S,1NPLOT，見圖3.13圖3.12為接觸面選線圖3.13選擇線上的全部節(jié)點(diǎn)(3)設(shè)置單元屬性GUI:MainMenu>Preprocessor>Create>Element>ElemAttributesElementtypenumber=3ConTA171Materialnumber=1Realconstantsetnumber=1【OK】或命令流：Type,3Mat,1Real,1創(chuàng)建接觸面單元圖3.14選擇所有單元GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf…【OK】【PickAll】見圖3.14或命令:ESURF圖3.14

創(chuàng)建接觸單元圖3.15

選擇所有單元Step7選擇所有選項(xiàng)并畫單元GUI:UtilityMenu>Select>EverythingUtilityMenu>Plot>Elements或命令流:Allsel,allEplot見圖3.15Step8求解/soluantype,static

nlgeom,onsolc,ontime,0.4nsubst,20,500,10outres,all,alldl,45,,uy,-0.4solvedl,45,,uy,-0.55solvefiniStep9后處理第四節(jié)應(yīng)用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)所有面－面接觸的單元選項(xiàng)和參數(shù)都可以通過接觸向?qū)砜刂啤Ｊ褂媒佑|向?qū)нM(jìn)行接觸分析方便快捷：·自動(dòng)定義單元類型和實(shí)常數(shù)·快速得到接觸選項(xiàng)和參數(shù)·快速顯示和反轉(zhuǎn)接觸法向使用接觸向?qū)П仨毷紫葘?duì)基體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，否則不能激活接觸向?qū)АＯ旅嫒砸詮椥原h(huán)裝配接觸問題為例。采用接觸向?qū)瓿山佑|對(duì)的創(chuàng)建來說明接觸向?qū)У氖褂梅椒?。Step1恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件GUI:UtilityMenu>File>Resumefrom…選Snap.db恢復(fù)單元【OK】見圖3.16此數(shù)據(jù)庫Snap.db包括此有限元模型的幾何、基體單元、分網(wǎng)、材料和邊界條件。但不包括接觸單元與目標(biāo)單元及接觸有關(guān)的參數(shù)。圖3.16

恢復(fù)單元Step2啟動(dòng)接觸向?qū)UI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPair圖3.17啟動(dòng)接觸向?qū)О碈ontactWizardStep3創(chuàng)建接觸對(duì)圖3.18創(chuàng)建目標(biāo)面【PickTarget】拾取線(見圖3.19)【OK】，再定義接觸面返回到圖【Next】見圖3.20。圖3.19/SOLsolveDL,45,,-UY,-0.4$第五節(jié)平面密封圈計(jì)算實(shí)例·驗(yàn)證為接觸剛度估計(jì)一個(gè)合適的初始值的重要性·驗(yàn)證接觸分析中摩擦的應(yīng)用－彈性庫侖摩擦·驗(yàn)證基于接觸單元臨界狀態(tài)變化的時(shí)間步預(yù)測(cè)如何會(huì)對(duì)計(jì)算效率有害模型描述：2D超彈平面密封圈1/2對(duì)稱，密封圈壓縮模擬本例具有：幾何非線性（大應(yīng)變與大變形）材料非線性（超彈）接觸非線性數(shù)據(jù)文件:Seal.inpStep1建模：單元類型、實(shí)常數(shù)、材料特性、基體分網(wǎng)/prep7et,1,56!HYPER562D4nodeU_PHyperelasticSolidmp,nuxy,1,0.49tb,mooney,1tbdata,1,80!C10=80tbdata,2,20!C01=20k,1$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,7,0.267,0.133$k,8,0,0.133l,1,2*repeat,7,1,1 !將l,1,2命令重復(fù)7次l,8,1lfil,1,2,0.20$lfil,2,3,0.15$lfil,5,6,0.20lfil,6,7,0.15$lfil,7,8,0.05$lfil,8,1,0.05al,all!應(yīng)用所有選擇的線生成面k,25,-0.6,0$k,26,1.1,0$k,27,-0.6,1.0$k,28,1.1,1.0lstr,26,25!L9lstr,27,28!L10!***基體分網(wǎng)***lesize,8,,,2$lesize,13,,,4$lesize,14,,,4esize,0.035type,1mat,1amesh,allsave,seal,db用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)，用GUI方式創(chuàng)建Pilot節(jié)點(diǎn)（剛性面控制點(diǎn)），然后求解。Step1恢復(fù)數(shù)據(jù)庫文件Seal.db（包括基體的幾何、單元、分網(wǎng)；沒有選接接觸單元與目標(biāo)單元，未定義接觸對(duì)）GUI：UtilityMenu>File>Resumefrom…選Seal.db【OK】Step2啟動(dòng)接觸向?qū)UI：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPair【ContactWizard】創(chuàng)建接觸對(duì)1。Step5創(chuàng)建目標(biāo)單元控制點(diǎn)(1)設(shè)置單元屬性GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Element>ElemAttributes(2)繪關(guān)鍵點(diǎn)GUI:UtilityMenu>Plot>Keypoints>Keypoints(3)建立目標(biāo)單元控制點(diǎn)GUI:MainMenu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Keypoints選K27【OK】或命令流：KMESH,27Step6施加位移約束控制點(diǎn)27上施加UY=-0.85GUI:MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnKeypoints選K27【OK】Lab2DOFstobeconstrained:UYValue:-0.5【OK】施加對(duì)稱邊界條件：GUI:MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>SymmetryB.C.>OnLines

選線L4【OK】Step7求解控制、求解GUI:MainMenu>Solution>AnalysisType>Sol′nControls

GUI:MainMenu>Solution>Solve>LSCurrentStep8后處理/POST26GUI:MainMenu>TimeHistPostpro選控制點(diǎn)269第五節(jié)面－面接觸單元高級(jí)接觸選項(xiàng)面一面接觸具有20個(gè)可用實(shí)常數(shù)，2個(gè)材料屬性和30個(gè)可用單元選項(xiàng)設(shè)置。能夠模擬特殊的效果和處理困難的收斂情況。通常分析開始先用缺省值，只指定罰剛度和穿透容差及子步數(shù)。只能在缺省設(shè)置遇到困難時(shí)才用高級(jí)選項(xiàng)。所有的單元選項(xiàng)和參數(shù)都可以通過接觸向?qū)砜刂?；也可以通過實(shí)常數(shù)和單元選項(xiàng)來指定。Conta171接觸單元和Targe169目標(biāo)單元的單元選項(xiàng)、實(shí)常數(shù)見圖20。進(jìn)入接觸選項(xiàng)菜單用下列過程：GUI：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>ContactPair選【Property】我們將按照建立模型時(shí)的邏輯順序討論這些選項(xiàng)（在接觸向?qū)е胁o必要按此順序）。圖3.20單元選項(xiàng)、實(shí)常數(shù)1.第1個(gè)重要選項(xiàng)：如何保證接觸協(xié)調(diào)性?！な褂眯拚睦嗜辗ǎㄈ笔。ぜ兞P函數(shù)方法在接觸向?qū)е蠦asicContactalgorithm:AugmentedLagrangeMethodPenaltyMethod－對(duì)大多數(shù)模型，修正的拉格朗日方法能很好地工作。－罰函數(shù)法推薦用于具有變形很大的單元，很大的摩擦系數(shù)和/或用修正的拉格朗日方法時(shí)收斂性很差的情況?！ぷ钪匾倪x項(xiàng)是法向罰剛度或接觸剛度。－對(duì)于大面積接觸采用起始值（因子）1.0，對(duì)于柔性接觸采用0.1?！笾祵?duì)應(yīng)較高精度；小值對(duì)應(yīng)較好的收斂性。有時(shí)最好先以較小的接觸剛度進(jìn)行分析，然后在一系列載荷步中逐漸增大剛度－“漸變”的接觸剛度，提高收斂性在最后的載荷步逐漸提高到一個(gè)剛硬的值將提高計(jì)算精度。可通過向?qū)У幕颈砘騿卧匦圆藛卧O(shè)置以允許程序更新接觸剛度。向?qū)asiccontactstiffnessupdate:Eachloadstep(PAIRIDbased)noneEachloadstep(允許用戶指定剛度變化)Eachsubstep(允許自動(dòng)和用戶指定變化)

2.第2個(gè)重要選項(xiàng)－穿透容差缺省情況下，穿透容差是一個(gè)因子乘以基體單元厚度。－對(duì)于變化很大的網(wǎng)格密度，采用因子會(huì)在接觸表面的某些部分產(chǎn)生太小的容差，這時(shí)采用絕對(duì)值可能更好。－不要使用太小的容差，因?yàn)樗偸菍?duì)收斂性有害。3.對(duì)于臨界接觸狀態(tài)變化的自動(dòng)時(shí)間步控制－不控制：不影響自動(dòng)時(shí)間步，對(duì)靜力問題自動(dòng)時(shí)間步打開時(shí)此選項(xiàng)一般是足夠的。－自動(dòng)二分：如果接觸狀態(tài)變化明顯，時(shí)間步長將二分。對(duì)于動(dòng)力問題自動(dòng)二分通常是足夠的。－合理值：比自動(dòng)細(xì)分更耗時(shí)的算法。－最小值：此選項(xiàng)為下一步預(yù)測(cè)最小時(shí)間增量（很耗計(jì)算時(shí)間，不推薦）或在單元選項(xiàng)中控制：Contacttime/loadpredictionK7:Noprediction對(duì)于臨界接觸狀態(tài)變化的自動(dòng)時(shí)間步控制4.Pinball區(qū)域影響接觸狀態(tài)的確定和其它許多接觸特性Pinball區(qū)域是環(huán)繞接觸單元的園（2D）或球（3D），描述接觸單元周圍“遠(yuǎn)”和“近”區(qū)域的邊界，見圖3.21在缺省情況下，Pinball區(qū)域半徑是4×基體單元厚度（剛－柔）或2×基體單元厚度（柔-柔）。描述接觸單元周圍“遠(yuǎn)”和“近”區(qū)域的邊界可以為Pinball半徑指定一個(gè)不同的值。Pinball賦值也可用實(shí)常數(shù)PINB調(diào)整球形區(qū)（對(duì)于初始值侵入大的問題是必要的）。5.幾種不同的接觸模式這些選項(xiàng)使你能夠模擬特殊的物理現(xiàn)象。模擬特殊的物理現(xiàn)象或單元選項(xiàng):BehaviorcontactsurfaceK12:standard這些選項(xiàng)包括：－標(biāo)準(zhǔn)：正常的接觸閉合和打開行為，具有正常的粘著/滑動(dòng)摩擦行為。－粗糙：正常接觸閉合和打開行為，但不發(fā)生滑動(dòng)（類似于具有無限摩擦系數(shù)）－不分離（滑動(dòng)）：目標(biāo)面和接觸面一旦建立接觸就不再分離（允許滑動(dòng)）－綁定：目標(biāo)面和接觸面一旦接觸就粘在一起－不分離（永遠(yuǎn)）：初始位于Pinball區(qū)域內(nèi)或已經(jīng)接觸的接觸檢查點(diǎn)在法向不分離（允許滑動(dòng)）－綁定接觸（永遠(yuǎn)）：初始位于Pinball區(qū)域內(nèi)或已經(jīng)接觸的接觸檢查點(diǎn)在剩余的分析過程中綁定在一起（DesignSpace缺省值）－綁定接觸（初始接觸）：只在初始接觸的地方采用綁定，初始分開的地方保持分開。計(jì)算實(shí)例：懸臂梁端部旋轉(zhuǎn)（不分離行為）6.影響某些表面行為的選項(xiàng)－ContactOpeningstiffness（分開時(shí)的間隙剛度）保證不分離和綁定行為，它通過使用當(dāng)存在間隙也具有非零剛度的彈簧來連接表面。缺省情況下，此彈簧剛度等于法向罰剛度，其效果類似于法向罰剛度－剛度太小精度低；剛度太大會(huì)引起收斂問題。影響某些表面行為的選項(xiàng)－摩擦系數(shù)影響基本摩擦行為：MU=0指定無摩擦行為MU>0確定滑動(dòng)摩擦力最大摩擦應(yīng)力表示可以在摩擦接觸面上傳遞的最大應(yīng)力（基體材料的剪切屈服應(yīng)力）

摩擦系數(shù)影響基本摩擦行為圖3.22摩擦系數(shù)影響基本摩擦行為－Contactcohesion表示當(dāng)沒有法向壓力時(shí)開始滑動(dòng)的摩擦應(yīng)力值?！つΣ翆?dǎo)致非對(duì)稱剛度陣。因?yàn)榉菍?duì)稱矩陣很難計(jì)算（因此導(dǎo)致求解變慢），程序自動(dòng)控制執(zhí)行對(duì)稱求解，利用此算法可以解決多數(shù)含摩擦接觸問題。·有時(shí)，采用非對(duì)稱矩陣能獲用更好的收斂性。如果遇到收斂緩慢問題可以用不對(duì)稱求解選項(xiàng)?！び涀。哼@種情況必須使用稀疏或波前求解器。對(duì)于每個(gè)支持非對(duì)稱矩陣的單元，此選項(xiàng)也可以由下列菜單激活：GUI：MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>AnalysisOptions設(shè)置Newton-Raphson選項(xiàng)為fullN_Runsymm計(jì)算實(shí)例：不離接觸－如果使用梁或殼單元建模，為了考慮梁和殼的厚度可以移動(dòng)接觸表面。對(duì)于Shell181單元，由于大應(yīng)變變形引起的厚度變化進(jìn)行也在考慮之中，見圖3.23。圖3.20Shell181單元7.初始穿透有幾種技術(shù)可以模擬初始穿透接觸問題（如過盈裝置匹配）?？梢允褂贸跏紟缀未┩福蛑付ㄆ屏?，或二者皆有?！ぶ付ㄆ屏浚–NOF）指定偏移量（CNOF）或在實(shí)常數(shù)中指定偏移量（CNOF）contactsurfaceoffsetCNOF:0.025

－正的CNOF，加大初始穿透－負(fù)的CNOF，減小初始穿透或?qū)е麻g隙·CNOF可與幾何穿透組合，見圖

·自動(dòng)CNOF調(diào)整允許ANSYS基于初始穿透自動(dòng)給定CNOF值。－導(dǎo)致“剛好接觸”配置－ICONT缺省為0

CONF與幾何穿透組合

自動(dòng)CNOF調(diào)整或單元選項(xiàng):AutoCNOF/ICONTadjustmentK5:No.Auto.Adjust·初始穿透選項(xiàng)包括：－Includeeverything：包括由幾何模型和指定偏移量（如果有的話）引起的初始穿透－Excludeeverything：忽略所有初始穿透效應(yīng)。－Includewithrampedeffects：漸變初始穿透，以提高收斂性。－Includeoffsetonly：只包括由偏移量指定的基本初始穿透。－Includeoffsetonlyw/ramp：只包括由偏移量指定的基本初始穿透，且漸變初始穿透以提高收斂性

初始穿透選項(xiàng)如果模型包含初始幾何穿透，接觸力將立即“階躍”到一個(gè)大值。－載荷突變經(jīng)常導(dǎo)致收斂困難，期望有一種機(jī)制能夠?qū)⒊跏即┩感?yīng)漸變到零。Includewithrampedeffects和Includeoffsetonlyw/ramp選項(xiàng)通過在第一載荷步，將初始穿透漸變?yōu)榱憧朔諗坷щy。為求得好的結(jié)果，在第一載荷步不應(yīng)施加其它載荷，見圖

圖

第一載荷步計(jì)算實(shí)例：初始穿透圖

初始不接觸兩個(gè)物體圖3.638.剛體模式初始不接觸的兩個(gè)（或多個(gè)）物體的靜力分析中，在接觸建立前可能產(chǎn)生剛體運(yùn)動(dòng)，見圖

。此例中圓柱體沒有施加位移約束，面由力控制。圓柱體的約束由圓柱體和平板之間的接觸建立。求解過程中兩個(gè)物體分離，剛度矩陣奇異。(1)剛好接觸，見圖

圖

剛好接觸

這需要了解何處是剛好接觸位置。如果表面彎曲或不規(guī)則這將很困難。由于有限元網(wǎng)格劃分時(shí)的數(shù)值誤差，在物體之間可能會(huì)存在小間隙或小穿透。這可能引起不收斂或接觸物體彈開。三個(gè)高級(jí)接觸特性允許調(diào)整初始接觸條件以防止剛體模式。(1)自動(dòng)CONF調(diào)整程序計(jì)算CNOF以清除間隙。(2)初始接觸環(huán)（ICONT）將調(diào)整帶內(nèi)接觸表面上的節(jié)點(diǎn)移到目標(biāo)面上(3)初始允許穿透范圍(PMIN&PMAX）：將剛體表面移動(dòng)到接觸面上調(diào)整初始接觸條件（ICONT），見下圖。實(shí)常數(shù)ICONT可用于指定目標(biāo)面上的“調(diào)整環(huán)”。位于調(diào)整環(huán)內(nèi)的任何接觸點(diǎn)都要移動(dòng)到目標(biāo)面上。推薦只進(jìn)行很小的修正，如果ICONT值太大會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)。如果未指定常數(shù)ICONT，ANSYS根據(jù)模型尺寸為ICONT提供一個(gè)小的缺省值。－關(guān)閉ICONT，必須將其設(shè)置成非常小的值(如1e-20)－0值代表非0的缺省值計(jì)算實(shí)例：剛體－ICONT調(diào)整初始接觸條件（PMIN和PMAX），見圖3.68。實(shí)常數(shù)PMIN和PMAX指定初始穿透范圍。ANSYS把整個(gè)目標(biāo)面（連同變形體）移到由PMIN和PMAX指定的穿透范圍內(nèi)。調(diào)整初始接觸條件（ICONT）·如果目標(biāo)面無約束，采用PMIN和PMAX的初始調(diào)整將不被執(zhí)行。·初始調(diào)整是一個(gè)迭代過程，ANSYS最多使用20個(gè)迭代步把目標(biāo)面調(diào)整到PMIN和PMAX范圍內(nèi)?！ぎ?dāng)目標(biāo)面被移動(dòng)，接觸體之間不再存在間隙，而成為閉合接觸的初始狀態(tài)。調(diào)整初始接觸條件（PMIN和PMAX）計(jì)算實(shí)例：剛體PMIN&PMAX第六節(jié)

幾種典型接觸問題分析實(shí)例例2.懸臂梁端部旋轉(zhuǎn)（“不分離”行為）目標(biāo)：采用“不分離”行為選項(xiàng)施加大轉(zhuǎn)動(dòng)模擬特定物理效果。不分離：目標(biāo)面和接觸面一旦建立接觸就不再分離（允許滑動(dòng)）。模型描述：懸臂梁，端部施加旋轉(zhuǎn)，見圖文件：no_separation.inp采用Solid185單元：3D8nodestructuralSolid單元，具有大變形能力。圖

懸臂梁端部旋轉(zhuǎn)/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,,,1ARSYM,Z,7et,1,185mp,ex,1,10000esize,0.5vmesh,1ESIZE,2!為目標(biāo)面分網(wǎng)用/solutionnsel,,loc,x,0d,all,all,0/pbc,u,,1finisheplotSAVE,no-separation,db以下用接觸向?qū)Ы⒔佑|對(duì):例2.緊配合環(huán)（初始穿透）目標(biāo)：驗(yàn)證接觸初始穿透選項(xiàng)。采用缺省值和漸進(jìn)化穿透選項(xiàng)求解一個(gè)大的初始穿透接觸分析，比較結(jié)果。模型模述：緊配合環(huán)、軸對(duì)稱，見圖

圖

緊配合環(huán)（初始穿透）文件：Interference.inp/PREP7ET,1,183,,,1 !軸對(duì)稱，大應(yīng)變ET,2,169 !Target1692D目標(biāo)單元ET,3,172 !Conta1722D3節(jié)點(diǎn)高階拋物線接觸單元MP,EX,1,10E3MP,NUXY,1,0MP,MU,2,0 !無摩擦RECTNG,1.5,2,0,1RECTNG,1.9,2.4,0,1ESIZE,0.05AMESH,ALL!Type,1;Mat,1TYPE,2MAT,2REAL,2LSEL,,LOC,X,1.9NSLL,,1 !1.9線上的節(jié)點(diǎn)ESURF !創(chuàng)建目標(biāo)單元Target169!***TYPE,3 !Mat,2;Real,2LSEL,,LOC,X,2NSLL,S,1ESURF !創(chuàng)建接觸面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/PNUM,MAT,1EPLOTSAVE,interference,db1 !包含有限元模型、接觸對(duì)、材料、邊界條件，求解控制例3.兩剛性面間夾－圓柱體分析（剛體模式－應(yīng)用初始接觸環(huán)ICONT）目標(biāo)：驗(yàn)證使用初始接觸環(huán)調(diào)整帶來克服接觸分析中的剛體模式模型描述：2D平面應(yīng)力、1/4對(duì)稱、施加壓力，見圖

文件名:ICONT.inp

有限元分析模型兩剛性面間夾－圓柱體分析/prep7CYL4,0,0,0,0,1,90RECTNG,0,2.5,1.003,1.5ET,1,182

!Plane1822DStructuralSolid4節(jié)點(diǎn)UX,UY平面應(yīng)力、平面應(yīng)變和軸對(duì)稱單元、大變形、大應(yīng)變MP,EX,1,1000MP,EX,2,30E6mp,nuxy,2,0.3ESIZE,0.1AMESH,1MAT,2AMESH,2SAVE,ICONT,db以下用接觸向?qū)?chuàng)建接觸對(duì)第四章點(diǎn)－面接觸·點(diǎn)－面接觸單元是90年代普遍使用的接觸單元。由于點(diǎn)－面接觸單元理論上的限制，使它們被更新更好的面一面接觸單元取代?！c(diǎn)一面接觸單元可以用來模擬一個(gè)表面和一個(gè)節(jié)點(diǎn)的接觸；也可以把表面指定為一組節(jié)點(diǎn)，用點(diǎn)－面接觸單元來模擬面一面的接觸。·面一面接觸單元處理角點(diǎn)接觸有困難，因?yàn)樗鼈儾捎酶咚裹c(diǎn)作為接觸檢查點(diǎn)，在角點(diǎn)處會(huì)呈現(xiàn)過渡穿透。在此情況下，可以混合使用面一面接觸單元和點(diǎn)－面接觸單元，見圖

面一面接觸單元和點(diǎn)－面接觸單元混合·點(diǎn)－面接觸單元不必知道接觸面的位置。允許大變形，大的相對(duì)滑動(dòng)，庫侖摩擦滑動(dòng)；接觸面間可用不同的網(wǎng)格劃分。·點(diǎn)—面接觸是通過跟蹤一個(gè)表面（接觸面）上的點(diǎn)相對(duì)于另一表面（目標(biāo)面）上的線或面的位置來表示的，程序使用接觸單元來跟蹤兩個(gè)面的相對(duì)位置。接觸單元形狀為三角形、四面體或椎體，其底面由目標(biāo)面上的節(jié)點(diǎn)組成，而頂點(diǎn)為接觸面上的節(jié)點(diǎn)，見圖

·點(diǎn)－面接觸單元在節(jié)點(diǎn)傳遞力（面－面接觸單元在高斯點(diǎn)傳遞力）此特性使其只能用于低階單元（角節(jié)點(diǎn)）－這是由于中間節(jié)點(diǎn)的單元節(jié)點(diǎn)上的反力不均勻，見圖

點(diǎn)－面接觸單元第一節(jié)接觸剛度點(diǎn)－面接觸單元（conta48、49）要求給出罰剛度?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)來確定一個(gè)合適的接觸剛度，使求解收斂而且侵入量可以接受。選擇接觸剛度：對(duì)于塊狀實(shí)體，通常赫芝接觸剛度適用于罰剛度，可以這樣來估算：