1、ANSYS非線形分析指南 SIMU-ONLINE BBS 接觸分析一般的接觸分類1ANSYS接觸能力2點點接觸單元2點面接觸單元2面面的接觸單元2執行接觸分析3面面的接觸分析3接觸分析的步驟：3步驟1：建立模型，并劃分網格3步驟2：識別接觸對4步驟2：指定接觸面和目標面3步驟4：定義剛性目標面3步驟5：定義柔性體的接觸面5步驟6：設置實常數和單元關鍵字7步驟7：控制剛體目標的運動13步驟8：給變形體單元加必要的邊界條件14步驟9：定義求解和載荷步選項14第十步：檢查結果15點面接觸分析16點面接觸分析的步驟17點點的接觸22接觸分析實例（GUI方法）24非線性靜態實例分析（命令流方式）26接觸

2、分析 接觸問題是一種高度非線性行為，需要較大的計算資源，為了進行實為有效的計算，理解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。 接觸問題存在兩個較大的難點：其一，在你求解問題之前，你不知道接觸區域，表面之間是接觸或分開是未知的，突然變化的，這隨載荷、材料、邊界條件和其它因素而定；其二，大多的接觸問題需要計算摩擦，有幾種摩擦和模型供你挑選，它們都是非線性的，摩擦使問題的收斂性變得困難。一般的接觸分類 接觸問題分為兩種基本類型：剛體柔體的接觸，半柔體柔體的接觸，在剛體柔體的接觸問題中，接觸面的一個或多個被當作剛體，（與它接觸的變形體相比，有大得多的剛度），一般情況下，一種軟材料和一種硬材料接觸時，問題

3、可以被假定為剛體柔體的接觸，許多金屬成形問題歸為此類接觸，另一類，柔體柔體的接觸，是一種更普遍的類型，在這種情況下，兩個接觸體都是變形體（有近似的剛度）。ANSYS接觸能力 ANSYS支持三種接觸方式：點點，點面，平面面，每種接觸方式使用的接觸單元適用于某類問題。 為了給接觸問題建模，首先必須認識到模型中的哪些部分可能會相互接觸，如果相互作用的其中之一是一點，模型的對立應組元是一個結點。如果相互作用的其中之一是一個面，模型的對應組元是單元，例如梁單元，殼單元或實體單元，有限元模型通過指定的接觸單元來識別可能的接觸匹對，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸面之上的一層單元，至于ANSTS使用的接觸單元和

4、使用它們的過程，下面分類詳述。點點接觸單元 點點接觸單元主要用于模擬點點的接觸行為，為了使用點點的接觸單元，你需要預先知道接觸位置，這類接觸問題只能適用于接觸面之間有較小相對滑動的情況（即使在幾何非線性情況下） 如果兩個面上的結點一一對應，相對滑動又以忽略不計，兩個面撓度（轉動）保持小量，那么可以用點點的接觸單元來求解面面的接觸問題，過盈裝配問題是一個用點點的接觸單元來模擬面與的接觸問題的典型例子。點面接觸單元 點面接觸單元主要用于給點面的接觸行為建模，例如兩根梁的相互接觸。 如果通過一組結點來定義接觸面，生成多個單元，那么可以通過點面的接觸單元來模擬面面的接觸問題，面即可以是剛性體也可以是柔

5、性體，這類接觸問題的一個典型例子是插頭到插座里。 使用這類接觸單元，不需要預先知道確切的接觸位置，接觸面之間也不需要保持一致的網格，并且允許有大的變形和大的相對滑動。 Contact48和Contact49都是點面的接觸單元，Contact26用來模擬柔性點剛性面的接觸，對有不連續的剛性面的問題，不推薦采用Contact26因為可能導致接觸的丟失，在這種情況下，Contact48通過使用偽單元算法能提供較好的建模能力。面面的接觸單元 ANSYS支持剛體柔體的面面的接觸單元，剛性面被當作“目標”面，分別用Targe169和Targe170來模擬2D和3D的“目標”面，柔性體的表面被當作“接觸”面

6、，用Conta171,Conta172,Conta173,Conta174來模擬。一個目標單元和一個接單元叫作一個“接觸對”程序通過一個共享的實常號來識別“接觸對”，為了建立一個“接觸對”給目標單元和接觸單元指定相同的實常的號。 與點面接觸單元相比，面面接觸單元有好幾項優點，· 支持低階和高階單元· 支持有大滑動和摩擦的大變形，協調剛度陣計算，單元提法不對稱剛度陣 的選項。· 提供工程目的采用的更好的接觸結果，例如法向壓力和摩擦應力。· 沒有剛體表面形狀的限制，剛體表面的光滑性不是必須允許有自然的或網格離散引起的表面不連續。· 與點面接觸單元比

7、，需要較多的接觸單元，因而造成需要較小的磁盤空間和CPU時間。· 允許多種建模控制，例如：· 綁定接觸· 漸變初始滲透· 目標面自動移動到補始接觸· 平移接觸面（老虎梁和單元的厚度）· 支持死活單元 使用這些單元，能模擬直線（面）和曲線（面），通常用簡單的幾何形狀例如圓、拋物線、球、圓錐、圓柱采模擬曲面，更復雜的剛體形狀能使用特殊的前處理技巧來建模。執行接觸分析 不同的接觸分析類型有不同的過程，下面分別討論面面的接觸分析 在涉及到兩個邊界的接觸問題中，很自然把一個邊界作為“目標”面而把另一個作為“接觸”面，對剛體柔體的接觸，“目標”面

8、總是剛性的，“接觸”面總是柔性面，這兩個面合起來叫作“接觸對”使用Targe169和Conta171或Conta172來定義2-D接觸對，使用Targe170和Conta173或Conta174來定義3-D接觸對，程序通過相同的實常收號來識別“接觸對”。接觸分析的步驟：執行一個典型的面面接觸分析的基本步驟列示如下：1 建立模型，并劃分網格2 識別接觸對3 定義剛性目標面4 定義柔性接觸面5 設置單元關鍵字和實常的6 定義控制剛性目標面的運動7 給定必須的邊界條件8 定義求解選項和載荷步9 求解接觸問題10 查看結果步驟1：建立模型，并劃分網格在這一步中，你需要建立代表接觸體幾何形狀的實體模型。

9、與其它分析過程一樣，設置單元類型，實常的，材料特性。用恰當的單元類型給接觸體劃分網格。命令：AMESHVMESHGUI：Main Menu>Preprocessor>mesh>Mapped>3 or4 Sided Main Menu>Pneprocessor>mesh>mapped>4 or 6 sided步驟二：識別接觸對你必須認識到，模型在變形期間哪些地方可能發生接觸，一是你已經識別出潛在的接觸面，你應該通過目標單元和接觸單元來定義它們，目標和接觸單元跟蹤變形階段的運動，構成一個接觸對的目標單元和接觸單元通過共享的實常號聯系起來。接觸環（區域

10、）可以任意定義，然而為了更有效的進行計算（主要指CPU時間）你可能想定義更小的局部化的接觸環，但能保證它足以描述所需要的接觸行為，不同的接觸對必須通過不同的實常數號來定義（即使實常數號沒有變化）。由于幾何模型和潛在變形的多樣形，有時候一個接觸面的同一區域可能和多個目標面產生接觸關系。在這種情況下，應該定義多個接觸對（使用多組覆蓋層接觸單元）。每個接觸對有不同的實常數號。步驟三：定義剛性目標面剛性目標面可能是2D的或3D的。在2D情況下，剛性目標面的形狀可以通過一系列直線、圓弧和拋物線來描述，所有這些都可以用TAPGE169來表示。另外，可以使用它們的任意組合來描述復雜的目標面。在3D情況下，目

11、標面的形狀可以通過三角面，圓柱面，圓錐面和球面來推述，所有這些都可以用TAPGE170來表示，對于一個復雜的，任意形狀的目標面，應該使用三角面來給它建模。 控制結點（Pilot） 剛性目標面可能會和“pilot結點“聯系起來，它實際上是一個只有一個結點的單元，通過這個結點的運動可以控制整個目標面的運動，因此可以把pilot結點作為剛性目標的控制器。整個目標面的受力和轉動情況可以通過pilot結點表示出來，“pilot結點”可能是目標單元中的一個結點，也可能是一個任意位置的結點，只有當需要轉動或力矩載荷時，“pilot結點”的位置才是重要的，如果你定義了“pilot結點”ANSYS程序只在“pi

12、lot結點”上檢查邊界條件，而忽略其它結點上的任何約束。 對于圓、圓柱、圓錐、和球的基本圖段，ANSYS總是使用條一個結點作為“pilot結點” 基本原型 你能夠使用基本幾形狀來模擬目標面，例如：“圓、圓柱、圓錐、球。直線、拋物線、弧線、和三角形不被允許、雖然你不能把這些基本原型彼此合在一起，或者是把它們和其它的目標形狀合在一起以便形成一個同一實常數號的復雜目標面。但你可以給每個基本原型指定它自己的實常的號。 單元類型和實常數 在生成目標單元之前，首先必須定義單元類型（TARG169或TARG170）。 命令：ET GUI:main menu>preprocessor>Elemen

13、t Type> Add/Edit/Delete 隨后必須設置目標單元的實常數。 命令:Real GUI:main menn>preprocessor>real constants 對TARGE169和TARGE170僅需設置實常數R1和R2，而只有在使用直接生成法建立目標單元時，才需要從為指定實常數R1、R2，另外除了直接生成法，你也可以使用ANSYS網格劃分工具生成目標單元，下面解釋這兩種方法。 使用直接生成法建立剛性目標單元 為了直接生成目標單元，使用下面的命令和菜單路徑。 命令：TSHAP GUI：main menu>preprocessor>modelin

14、g-create>Elements>Elem Attributes 隨后指定單元形狀，可能的形狀有：· straight line (2D)· parabola (2-D)· clockwise arc(2-D)· counterclokwise arc (2-D)· circle(2-D)· Triangle (3-D)· Cylinder (3-D)· Cone (3-D)· Sphere (3-D)· Pilot node (2-D和3-D) 一旦你指定目標單元形狀，所有以后生

15、成的單元都將保持這個形狀，除非你指定另外一種形狀。 然后你就可以使用標準的ANSYS直接生成技術生成結點和單元。 命令：N E GUI：main menu>pnoprocessor> modeling- create> nodes main menu>pnoprocessor> modeling- create>Elements 在建立單元之后，你可以通過列示單元來驗證單元形狀 命令：ELIST GUI：utility menu>list>Elements>Nodes+Attributes 使用ANSYS網格劃分工具生成剛性目標單元 你也可

16、以使用標準的ANSYS網格劃分功能讓程序自動地生成目標單元，ANSYS程序將會以實體模型為基礎生成合適的目標單元形狀而忽略TSHAP命令的選項。 為了生成一個“PILOT結點”使用下面的命令或GUI路徑： 命令：Kmesh GUI：main menu>proprocessor>meshing-mesh>keypoints 注意： KMESH總是生成“PILOT結點” 為了生成一個2D目標單元，使用下面的命令和GUI路徑： ANSYS在每條直線上生成一條單一的線，在樣條曲線上生成拋物線部分，在每條圓弧和倒角上生成圓弧部分，如果所有的圓弧形成一個封閉的圓，ANSYS生成一個單一的

17、圓段。 命令：LMESH GUI：main menu>pneprocessor>mesling-mesh>lines 為了生成3D的目標單元，使用下面的命令或GUI路徑。 如果實體模型的表面部分形成了一個完整的球，圓柱或圓錐，那么ANSYS程序自動生成一個基本的3D目標單元，因為生成較少的單元，從而使你分析計算更有效率，對任意形狀的表面，應該使用Amesh命令來生成目標單元，在這種情況下，網格形狀的質量不是重要的，而目標單元的形狀是否能完成好的模擬剛性面的表面幾何形狀顯得更重要。 命令：AMESH GUI：main menu>preprocessor>-meshi

18、ng-mesh>Area ANSYS在所有可能的面上推薦使用三角形的映射網格劃分，如果在表面的邊界上沒有曲率，則在網格劃分時，指定那條邊界分為一分，下面的命令或GUI路徑將盡可能的生成一個映射網格（如果不能進行映射，它將生成自由網格） 命令：MSHKFY，2 GUI：main menu>preprocessor>-meshling-mesh>-Ares-Target Surf 建模和網格劃分的注意點： 一個目標面可能由兩個或多個面斷的區域組成，你應該盡可能地通過定義多個目標面來使接觸區域局部比（每個目標面有一個不同的實常數號）剛性目標面上由的離散能足夠指述出目標面的形狀

19、，過粗的網格離散可能導致收斂問題。如果剛性面有一個實的凸角，求解大的滑動問題時很難獲得收斂結果，為了避免這些建模問題，在實體模型上，使用線或面的倒角來使尖角光滑比，或者在曲率突然變化的區域使用更細的網格。 注意：不能使用鏡面對稱技術（ARSYSM，LSYMM）來映射圓、圓柱、圓錐或球面到對稱平面的另一邊，因為每個實常數的設置不能同時賦給多個基本原型段。 檢驗目標面的接觸方向。 目標面的結點號順序是重要的，因為它定義了接觸主向，對2D接觸問題，當沿著目標線從第一個結點移向第二個結點時，變形體的接觸單元必須位于目標面的右邊。 對3D接觸問題，目標三角形單元號應該使剛性面的外法線方向指向接觸面，外法

20、線通過右手原則來定義 為了檢查法線方向，顯示單元坐標系 命令：/PSYMS，ESYS，1 GUI：Utility menu>plotctrls>symbols 如果單元法向不指向接觸面，選擇單元反轉表面的法向的方向。 命令：ESURF，REVE GUI：main menu>preprocossor>create>Element>on free surf步驟4：定義柔性體的接觸面 為了定義柔性體的接觸面，必須使用接觸單元CONFA171或CONFA172（對2D）或CONTA173或CONTA174（對3D）來定義表面 程序通過組成變形體表面的接觸單元來定義接

21、觸表面，接觸單元與下面覆蓋的變形體單元有同樣的幾何特性，接觸單元與下面覆蓋的變形體單元必須處于同一階次（低階或高階）下面的變形體單元可能是實體單元、殼單元、梁單元或超單元，接觸面可能殼或梁單元任何一邊。 與目標面單元一樣，你必須定義接觸面的單元類型，然后選擇正確的實常數號（實常數號必須與它對應目標的實常數號相同）最后生成接觸單元。 單元類型： 下面簡單描述四種類型的接觸單元 CONTA171：這是一種2D，2個結點的低附線單元，可能位于2D實體，殼或梁單元的表面 CONTA172：這是一個2D的，3結點的高階拋物線形單元，可能位于有中結點的2D實體或梁單元的表面 CONTA173：這是一個3D

22、的，4結點的低階四邊形單元可能位于3D實體或殼單元的表面，它可能褪化成一個結點的三角形單元。 CONTA174：這是一個3D，8結點的高階四邊形單元，可能位于有中結點的3D實體或殼單元的表面，它可能褪化成6結點的三角形單元。 不能在高階柔性體單元的表面上分成低階接觸單元，反之也不行，不能在高階接觸單元上消去中結點。 命令：ET GUI：main menu>preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete 實常數和材料特性 在定義了單元類型之后，需要選擇正確的實常數的設置，每個接觸對的接觸面和目標面必須有相同的實常數號，而每個接觸對必須有它自己

23、不同的實常數號。 ANSYS使用下面柔性體單元的材料特性來計算一個合適的接觸（或罰）剛度，如果下面的單元是一個超單元。接觸單元的材料的設置必須與超單元形成時的原始結構單元相同，生成接觸單元。 我們既可以通過直接生成法生成接觸單元，也可以在柔性體單元的外表面上自動生成接觸單元，我們推薦采用自動生成法，這種方法更為簡單和可靠。 可以通過下面三個步驟來自動生成接觸單元1、選擇結點 選擇已劃分網格的柔性體表面的結果，如果你確定某一部分結點永遠不會接觸到目標面，你可以忽略它以便減少計算時間，然而，你必須保證設有漏掉可能會接觸到目標面的結點。 命令：NSEL GUI：main menu>prepro

24、cessor>create>Element>on>free surf2、 生成接觸單元 命令：ESURF GUI：main menu>preprocessor>create>Element>on free surf 如果接觸單元是附在已用實體單元劃分網格的面或體上，程序會自動決定接觸計算所需的外法向，如果下面的單元是梁或殼單元，則必須指明哪個表面（上表面或下表面）是接觸面 命令：ESURF，TOP OR BOTIOM GUI：main menu>preprocessor>create>Element>on free sur

25、f 使用上表面生成接觸單元，則它們的外法向與梁或殼單元的法向相同，使用下表面生成接觸單元，則它們的外法向與梁或殼單元的法向相反，如果下面的單元是實體單元，則TOP或BOTTOM選項不起作用 3、檢查接觸單元外法線的方向，當程序進行是否接觸的檢查時，接觸面的外法線方向是重要的，對3D單元，按結點程序號以右手定則來決定單元的外法向，接面的外法向應該指向目標面，否則，在開始分析計算時，程序可能會認為有面的過度滲透而很難找到初始解。在此情況下，程序一般會立即停止執行，你可以檢查單元外法線方向是否正確。 命令：/PSYMB GUI：Utility menu>plotctrls>symbols

26、 當發現單元的外法線方向不正確時，必須通過倒不正確單元的結點號來改變它們。 命令：ESURF，REVE GUI：main menu>preprocossor>Create>Elements on free surf步驟5：設置實常數和單元關鍵字程序使用九個實常數和好幾個單元關鍵字來控制面面接觸單元的接觸行為。實常數 9個實常數中，兩個（R1和R2）用采定義目標面單元的幾何形狀，乘下的7個用來控制接觸行為。 R1和R2定義目標單元幾何形狀 FKN 定義法向接觸剛度因子 FTOLN 定義最大的滲透范圍 ICONT 定義初始靠近因子 PINB 定義“Pinball"區域

27、PMIN和PMAX 定義初始滲透的容許范圍 TAUMAR 指定最大的接觸摩擦 命令：R GUI：main menu> preprocessor>real constant 對實常數FKN，FTOLN，ICONT，PINB，PMAX，和PMIN，你既可以定義一個正值也可以定義一個負值，程序將正值作為比例因子，將負值作為真實值，程序將下面覆蓋原單元的厚度作為ICON，FTOLN，PINB，PMAX和PMIN的參考值，例如對ICON，0.1表明初始間隙因子是0.1*下面覆蓋層單元的厚度。然而，-0.1表明真實縫隙是0.1，如果下面覆蓋層單元是超單元，則將接觸單元的最小長度作為厚度。 單元

28、關鍵字 每種接觸單元都飯知好幾個關鍵字，對大多的接觸問題缺省的關鍵字是合適的，而在某些情況下，可能需要改變缺省值，來控制接觸行為。 接觸算法（罰函數+拉格郎日或罰函數）（KEYOPT（2） 出現超單元時的應力狀態（DEYOPT（3） 接觸方位點的位置 （KEYOPI（4） 剛度矩陣的選擇 （KEYOPT（6） 時間步長控制 （KEYOPT（7） 初始滲透影響 （KEYOPT（9） 接觸表面情況 （KEYOPT（12） 命令：KEYOPT ET GUI：main menu>preprocessor>Elemant Type>Add/Edit/Delete 選擇接觸算法： 對面面

29、的接觸單元，程序可以使用擴增的拉格朗日算法或罰函數方法，通過使用單元關鍵字KETOPT（2）來指定。 擴張的拉格朗日算法是為了找到精確的拉格朗日乘子而對罰函數修正項進行反復迭代，與罰函數的方法相比，拉格朗日方法不易引起病態條件，對接觸剛度的靈敏度較小，然而，在有些分析中，擴增的拉格朗日方法可能需要更多的迭代，特別是在變形后網格變得太扭曲時。 使用拉格朗日算法的同時應使用實常數FTOLN FTOLN為搠格朗日算法指定容許的最大滲艉，如果程序發現滲透大于此值時，即使不平衡力和位移增量已經滿足了收斂準則，總的求解仍被當作不收斂處理，FTLON的缺省值為0.1，你可以改變這個值，但要注意如果此值太小可

30、能會造成太多的迭代次數或者不收斂。 決定接觸剛度 所有的接觸問題都需要定義接觸剛度，兩個表面之間滲 量的大小取決了接觸剛度，過大的接觸剛度可能會引起總剛矩陣的病態，而造成收斂困難，一般來諮，應該選取足夠大的接觸剛度以保證接觸滲透小到可以接受，但同時又應該讓接觸剛度足夠小以使不會引起總剛矩陣的病態問題而保證收斂性。 程序會根據變形體單元的材料特性來估計一個缺省的接觸剛度值，你能夠用實常數FKN來為接觸剛度指定一個比例因子或指定一個真正的值，比例因子一般在0.01和10之間，當避免過多的迭代次數時，應該盡量使滲透到達極小值。 為了取得一個較好的接觸剛度值，又可需要一些經驗，你可以按下面的步驟過行。

31、1、 開始時取一個較低的值，低估些值要比高估些值好因為由一個較低的接觸剛度導致的滲透問題要比 過高的接觸剛度導致的收斂性困難，要容易解決。2、 對前幾個子步進行計算3、 檢查滲透量和每一子步中的平衡迭代次數，如果總體收斂困難是由過大的滲透引起的（而不是由不平衡力和位移增量引起的），那么可能低估了FKN的值或者是將FTOLN的值取得大小，如果總體的收斂困難是由于不平衡力和位移增量達到收斂值需要過多的迭代次數，而不是由于過大的滲透量，那么FKN的值可能被高估。4、 按需要調查FKN或FTOLN的值，重新分析。 選擇摩擦類型。在基本的庫侖摩擦模型中，兩個接觸面在開始相互滑動之前，在它們的界面上會有達

32、到某一大小的剪應力產生，這種狀態則作粘合狀態（stick)庫侖摩擦模型定義了一個等效剪應力。）一旦剪應力超過此值后，兩個表面之間將開始相互滑動，這種狀態，叫作滑動狀態（Sliding）粘合滑動計算決定什么時候一個點從粘合狀態到滑動狀態或從滑動狀態變到粘合狀態，摩擦系數可以是任一非負值。程序缺省值為表面之間無摩擦，對rough或bonded接觸（KEYOPT（2）=1（或3），程序將不管給定的MV值而認為摩擦阻力無限大。程序提供了一個不管接觸壓力的故而人為指定最大等效剪應力的選項，如果等效剪應力達到此值時，滑動發生。看圖，41，為了指定接觸界面上最大許可剪應力，設置常數 TAUMAX（缺省為1.

33、0E20），這種限制剪應力的情況一般用于接觸壓力非常大的時候，以至于用庫侖理論計算出的界面剪應力超過了材料的屈服極限。一對TAUMAX的一個合理高估為（是材料的mises屈服應力）。 圖41 摩擦模式 對無摩擦rough和bonded接觸，接觸單元剛度矩陣是對稱的，而涉及到摩擦的接觸問題產生一個不對稱的剛度，而在每次迭代使用不對稱的求解器比對稱的求解器需要更多的計算時間，因此ANSYS程序采用對稱化算法。通過采用這種算法大多的摩擦接觸問題能夠使用對稱系統的求解器來求解。如果摩擦應力在整個位移范圍內有相當大的影響，并且摩擦應力的大小高度依賴于求解過程。對剛度陣的任何對稱近似都可能導致收斂性的降低

34、，在這種情況下，選擇不對稱求解選項（KEYOPT（6）=1）來改善收斂性。 選擇檢查接觸與否的位置接觸檢查點位于接觸單元的積分點上，在積分點上，接觸單元不滲透進入目標面，然而，目標面能滲透進入接觸面，看圖42。圖42 接觸檢查點位于高斯積分點上ANSYS面接觸單元使用GAUSS積分點作為缺省值，GAUSS積分點通常會比Newton-Cotes/robatto結點積分項產生更精確的結果，Newton-cotes/lobatto使用結點本身作為積分點，通過KEYOPT（4）來選擇，你想使用的方法，然而，使用結點本身作為積分點僅應該用于角接觸問題（看圖43）。圖43 接觸檢查點位于高斯結點上然而，使

35、用結點作為接觸發現點，可能會導致其它的收斂性問題，例如“滑脫”（結點滑下目標面的邊界）看圖44，對大多的點面的接觸問題，我們推薦使用其它的點面的接觸單元，例如CONTA26、CONTA48和CONTA49。 圖44 結點滑脫調整初始接觸條件 在動態分析中，剛體運動一般不會引起問題，然而在靜力分析中，當物體沒有足夠的約束時會產生剛體運動，有可能引起錯誤而終止計算。 在僅僅通過接觸的出現來約束剛體運動時，必須保證在初始幾何體中，接觸對是接觸的，換句話說，你要建立模型以便接觸對是“剛好接觸”的，然而這樣作可能會遇到以下問題：· 剛體外形常常是復雜的，很難決定第一個接觸點發生在哪兒·

36、; 既使實體模型是在初始接觸狀態，在網格劃分后余于數值舍入誤差；兩個面的單元網格之間也可能會產生小的縫隙。· 接觸單元的積分點和目標單元之間可能有小的縫隙。 同理，在目標面和接觸面之間可能發生過大的初始滲透，在這種情況下，接觸單元可能會高估接觸力，導致不收斂或 民接觸面之間脫離開接觸關系。定義初始接觸也許是建立接觸分析模型時最重要的方面，因此，程序提供了幾種方法來調整接觸對的初始接觸條件。 注意：下面的技巧可以在開始分析時獨立執行成幾個聯合起來執行，它們是為了消除由于生成網格造成的數值舍入誤差而引起的小縫隙或滲透，而不是為了改正網格或幾何數據的錯誤。1、 使用實常數ICONT來指定一

37、個好的初始接觸環，初始接觸環是指沿著目標面的“調整環”的深度，如果沒有人為指定ICONT的值，程序會根據幾何尺寸來給ICONT提供一個小值，同時輸出一個表時什么值被指定的警告信息，對ICONT一個正值表示相對于下面變形體單元厚度的比例因子，一個負值表示接觸環的真正值，任何落在“調整環”敬域內的接觸檢查點被自動移到目標面上，（看圖45(a)）建議使用一個小的ICONT值否則，可能會發生大的不連續（看圖45(b)） 圖45 用ICON進行接觸面的調整(a) 調整前(b) 調整后2、 使用實常數PMIN和PMAX來指定初始容許的滲透范圍，當指定PMAX或PMIN后，在開始分析時，程序會將目標面移到初

38、始接觸狀態，如果初始滲透大于PMAX，程序會調整目標面的減少滲透，接觸狀態的初始調節僅僅通過平移來實現。 對給定載 或給定位移的剛性目標面將會執行初始接觸狀態的初始調節。同樣，對沒有指定邊界條件的目標面也可以進行初始接觸的調整。 當目標面上的節點，有給的零位移值時，使用PMAX和PMIN的初始調節將不會被執行。 注意：ANSYS程序獨立地處理目標面上節點的自由度，例如：如果你指定自中度UX值為“0”，那么，沿著X方向就沒有初始調查，然而，在Y和Z方向仍然會激活PMAX和PMIN選項。 初始狀態調整是一個迭代過程，程序最多進行20次迭代，如果目標面不能進入可接受的滲透范圍，程序會給出一個警告信息

39、，你可能需要調整你的初始幾何模型。圖46給出了一個初始接觸調整迭代失敗的例子。目標面的UY被約束住。因此，初始接觸唯一容許的調整是在X方向，然而，在這個問題中，剛性目標面在X方向的任何運動都不會引起初始接觸。圖46 一個初始調整失敗的例子3、 設置KEYOPI（9）=1來消除初始滲透，看圖47。圖47 消除初始始滲透在某些情況下，例如過盈裝配問題，期望有過度的滲，為了緩解收斂性困難，在第一個載荷步中設置KEYOTI（9）=2來使過度滲透漸進到0，看圖48。當使用這種方法時，在第一個載 步中不要給定其它任何載荷，也就是說要保證載荷是漸進的（KBC，0）圖48 漸進初始滲透在開始分析時，程序會給出

40、每個目標面的初始接觸狀態的輸出信息，（在輸出窗口或輸出文件中），這個信息有助于決定每個目標面的最大滲透成最小間隙。對于給定的目標面如果沒有發現接觸，可能是目標面離接觸面太遠（超出了Piaball區域或者是接觸/目標單元已經被殺死。決定接觸狀態和Pinball區域。 接觸單元相對于目標面的運動和位置決定了接觸單元的狀態；程序檢測每個接觸單元并給出一種狀態· STAT=0 未合的遠區接觸· STAT=1 未合的近區接觸· STAT=2 滑動接觸· STAT=3 粘合接觸 當目標面進入pinball區域后，接觸單元就被當作未合上的近區域接觸，pinball區域

41、是以接觸單元的積分點為中心的。使用實常數PINB來為pinball指定一個比例因子（正值）或其實值（負值），缺省時，程序將pinball區域定義為一個以4*變形體單元厚度為半徑的圓（對2-D問題）或球（對3-D問題）。 檢查接觸的計算時間依賴于pinball區域的大小，遠區接觸單元的計算是簡單的且計算時間較少，近區接觸計算將要接觸的接觸單元是較慢的,并是較復雜，當單元已經接觸時，計算最為復雜。 如果剛性面有好幾個凸形區域，為了克服偽接觸定義，設置一個合適的pinball區域是有用的，名而對大多數問題，缺省值是合適的 選擇表面作用模式 通過設置kcyopt(12)來選擇下面的某種作用模式

42、3; 法問單邊接觸 (KEYOPT(12)=0)· .粗糙接觸，用來模擬無滑動的，表面相當粗糙的摩擦接觸問題，這種設置對應于摩擦系數無限大（MU），因此用戶定義的摩擦系的（MU）被忽略KEYOPT（12）=1）· .不分開的接觸，用來模擬那種一是接觸就再不分開的問題，這種不分開是指對法方接觸而言，允許有相對滑動。（KEYOPT（12）=2）· .綁定接觸 用來模擬那種接觸一是發生表面在所省方向都被綁定的問題。一旦接觸就再也不能脫開也不允許有相對滑動（KEYOPT（12）=3） 用超單元建立接觸模型 面一面的接觸單元能模擬剛體和另一個有 的運動的線 單性體的接觸，而

43、線 單性體又以體用超單元來建模，這大大降低了進行接觸 代的自由度數，記住任荷接觸結定都必須是超單元的主自由度。 既然超單元僅僅由一組保留的結點自由度組成，它沒有用來定義接觸的表面幾何形狀，因此，必須在形成超單元之前在單元表面上 成接觸單元，來自超單元的信息包括結點連結和組合剛度，但是沒有材料特性和應力狀態，（是否軸支稱，平面應力或平面應變），一個限制是接觸單元的材料特性設置必須與形成超單元之前的原始單元的材料特性相同。 使用KEYOPT（3）來提供接觸分析的信息，對2D單元（CONTA171 CONTA172）關鍵字選項如下所示：· .不使用超單元（KETOPT（3）=0）·

44、; .軸對稱（KEYOPT（3）=1）· .平面應變或單位厚度的平面應力（KEYOPT（3）2）· .需要厚度輸X的平面應力（KEYOPT（3）=3），對這種情況使用實常數的R2來指定指定厚度 對3D單元（CONTA173，CONTA174）關鍵字選項如下示：· 使用H單元（KETOPI（3）=0）· 使用超單元（KEYOPI（3）=1） 考慮厚度影響 程序夠用KEYOPI（11）來考慮殼（2-D和3-D）和梁（2-D）的厚度缺省時，程序不考慮單元厚度，用或中面來表示它。當設置KFTOPI（11）=1時則考慮梁或殼的厚度，從底面或頂面來計算接觸距離，建模

45、時要考慮到厚度，記住剛性目標面會向任一邊移動，半個梁或殼單元的厚度，當使用殼單元181號時，在變形期間厚度的變化也將被考慮。 使用時間步長控制時間步長控制是一個自動時間步長特征，這個特征預測什么時間接觸單元的狀態，將發生變化或者需要二分當前的時間步長，使用KEYOPT（7）來選擇下列四種行為之一來控制時間步長。KEYOPT（7）=0時不提供控制，KEYOPT（7）=3提供最多的控制。· KEYOPI（7）=0，設有控制，時間步 的大小不受預測影響，當自動時間步長被激活且允許一個很小的時間步長時，這個設置是合適的。· KETOPI（7）=1如果一次迭代期間有太大的滲透發生或者

46、接觸狀態突然變化，則進行時間步長二分。· KEYOPI（7）=2對下一個子步預測一個合理的時間增量· KETOPI（7）=3對下一個子步，預測一個最小的時間增量 使用死活單元選項 面面的接觸單元允許激活或殺死單元，能夠在分析的某一階段中殺死這個單元而在以后的階段再重新激活它，這個特征對于模擬復雜的金屬戍形過程是有用的、在此過程的不同分析階段有多個目標需要和接觸面相互作用，回彈模擬常常需要在成形過程的后期移走剛性工具。步驟六： 控制剛性目標的運動。 按照物體的原始外形來建立的且整個表剛性目標面是面的運動是通過“pilot”結點上的給定來定義的，（如果沒有定義“pilot”結點

47、，則通過剛性目標面上的不同結點。）為了控制整個目標面的運動，在下面的任何情況下都必須使用"pilot"結點。· 目標面上作用著給定的外力· 目標面發生旋轉· 目標面和其它單元相連（例結構質量單元） "pilot"結點的厚度代表著整個剛性面的運動，你可以在"pilot"結點上給定邊界條件（位移、初速度）集中載 轉動等等，為了考慮剛體的質量，在"pilot"結點上定義一個質量單元。 當使用"pilot"結點時，記住下面的幾點局限性· 每個目標面只能有一個“Pi

48、lot"的結點· .圓、圓錐、圓柱、球的第一個結點（結點工）是”pilot“結點，你不能另外定義或改變"pilot"結點· .程序忽略不是"lilot"結點的所有其它結點上的邊 條件。· .只有“pilot”結點能與其它單元相連· .當定義了“pilot”結點后，不能使用約束方程（CF）或結點來耦合（CP）來控制目標面的自由度，如果你在剛性面上給定任意載荷或者約束，你必須定義“pilot”結點，是在"pilot"結點上加載，如果沒有使用“pilot”結點，則只能有剛體運動。 在每個載

49、步的開始，程序檢查每個目標面的邊界條件，如果下面的條件都滿足，那么程序將目標面作為固定處理：· 在目標面結點上沒有明確定義邊界條件或給定力· .目標面結點沒有和其它單元相連· .沒有目標面結上使用約束方程或結點來 合 在每個載體步的末尾，程序將會放松被內部設置的約束條件步驟7：給變形體單元加必要的邊界條件 現在可以按需要加上任你邊界條件。加載過程與其它的分析類型相同步驟8：定義求解和載 步選項 接觸問題的收斂性隨問題不同而不同，下面列式了一些典型的在大多數面面的接觸分析中推薦使用的選項· 時間步長必須足夠 以描述適當的接觸 。如果時間步 太大，則接觸力的

50、光滑傳遞會被破壞，設置精確時間步長的可信賴的方法是打開自動時間步長。 命令：Autots,on GUI：Main Menu>Solution>-load step opts-Time/Frequence>Time&Time step /Time& substeps· .如果在迭代期間接觸狀態變化，可能發生不連續，為了避免收斂太慢，使用修改的剛度陣，將牛頓一拉普森選項設置成FULL 命令：NROPT,FULL,OFF GUI：Main Menu>Solution>Analysis options不要使用自下降因子，對面一面的問題，自適應下降

51、因子通常不會提供任何幫助，因此我們建議關掉它。·設置合理的平衡迭代次數，一個合理的平衡迭代次數通常在25和50之間命令：NEQITGUI：Main Menu>Solution>-load step opts-Nonlinear>Equilibriwm iter· 因為大的時間增量會使 代趨向于變得不穩定，使用線性搜索選項來使計算穩定化。命令：LNSRCHGUI：Main menu>solution>-load step opts-Nonlinear>lins search ·除非在大轉動和動態分析中，打開時間步長預測器選項命令：

52、PREDGUI：main mean>solarion>-load step opis-nonlinear>predictor· 在接觸分析中許多不收斂問題是由于使用了太大的接觸剛度引起的，（實常數FKN）檢驗是否使用了合適的接觸剛度。步驟九：求解 現在可以對接觸問題進行求解，求解過程與一般的非線問題求解過程相同第十步：檢查結果 接觸分析的結果主要包括位移、應力、應變，支 ，和接觸信息（接觸壓力、滑動等）你可以在一般的后處理器（post1）或時間歷程后處理器（post26）中查看結果。注意點：1. 為了在post1中查看結果，數據庫文件所包含的模型必須與用于求解的模型

53、相同。2. 必須存在結果文件在post1中查看結果1. 從輸出文件中查看分析是否收斂。如果不收斂，你可能不想后處理，而更在乎為什么不收斂。如果已經收斂，繼續后處理。2. 進入post1如果你的模型不在當前的數據庫中，使用恢復命令（resume）來恢復它。命令：/post1GUI：main menu>General postproc3. 讀入所期望的載荷步和子步的結果，這可以通過載荷步和子步數也可以通過時間來實現。命令：SETGUI：main menu>generad postproc4. 使用下面的任何一個選項來顯示結果選項：顯示變形形狀態命令：PLDISPGUI：main men

54、u>general postproc>plot resnlt deformed shape選項：等值顯示命令：PLNSOL PLESOLGUI：main menu>general postproc>plot result>contour plot-noded solu 或 element和solu 使用這個選項來顯示應力，應變或其它項的等值圖，如果相鄰的單元有不同的材料行為（例如塑性或多彈性材料特性，不同的材料類型，或不同的死活屬性）則在結果顯示時應避免結點應力平均錯誤。 也可以將定的接觸信息用等值圖顯示出來，對2D接觸分析，模型用灰色表示，所要求顯示的項將沿著接

55、觸單元存在的模型的邊界以梯型面積表示出來，對3D接觸分析，模型將用灰色表示，而要求的項在接觸單元存在的2D表面上等值顯示。 還可以等值顯示單元表的數據和線性化單元數據。命令：PLETAB PLLSGUI：main menu>general postproc>Element Table>Plot Element Table main menu> General Postproc>Plot Results>-Contour plot-line Elem Res選項：列表顯示命令：PRNSOL PRESOL PRRSOL PRETAB PRITER NSORT ESORT GUI：Main menu>General Postproc>List Results>Noded Solution Main menu>General Postproc>Lost Results>Element Solution Main menu>General Postproc>List Results>Reaction Solution 在列表顯示它們之前，可以用NSORT和ESORT來對它們進行排序選項：動畫可以動畫顯示接觸結果隨時間的變