面面接触问题.docx

• 与所有其它非线性分析一样，对接触问题，时间步长是非常有力的提高 收敛性的工具• 采用足够小的时间步长以获得收敛在涉及到两个边界的接触问题中，很自然把一个边界作为“目标”面而把另一个作为“接触”面，对刚体一柔体的接触，“目标”面总是刚性的，“接触”面总是柔性 面，这两个面合起来叫作“接触对”使用Targe169和Conta171或Conta172来 定义2-D接触对，使用Targe170和Conta173或Conta174来定义3-D接触 对，程序通过相同的实常数号来识别“接触对”接触分析的步骤： 执行一个典型的面一面接触分析的基本步骤列示如下:1． 建立模型，并划分网格2． 识别接触对3． 定义刚性目标面4． 定义柔性接触面5． 设置单元关键字和实常的6． 定义／控制刚性目标面的运动7． 给定必须的边界条件8． 定义求解选项和载荷步9． 求解接触问题10．查看结果步骤 1：建立模型，并划分网格在这一步中，你需要建立代表接触体几何形状的实体模型与其它分析过程一 样，设置单元类型，实常的，材料特性用恰当的单元类型给接触体划分网格命令： AMESHVMESHGUI： Main Menu>Preprocessor>mesh>Mapped>3 or4 SidedMain Menu>Pneprocessor>mesh>mapped>4 or 6 sided步骤二：识别接触对你必须认识到，模型在变形期间哪些地方可能发生接触，一是你已经识别出潜 在的接触面，你应该通过目标单元和接触单元来定义它们，目标和接触单元跟 踪变形阶段的运动，构成一个接触对的目标单元和接触单元通过共享的实常号 联系起来。

接触环（区域）可以任意定义，然而为了更有效的进行计算（主要指CPU时间） 你可能想定义更小的局部化的接触环，但能保证它足以描述所需要的接触行为， 不同的接触对必须通过不同的实常数号来定义（即使实常数号没有变化）由于几何模型和潜在变形的多样形，有时候一个接触面的同一区域可能和多个目 标面产生接触关系在这种情况下，应该定义多个接触对（使用多组覆盖层接 触单元）每个接触对有不同的实常数号步骤三：定义刚性目标面刚性目标面可能是2—D的或3-D的在2—D情况下，刚性目标面的形状可 以通过一系列直线、圆弧和抛物线来描述，所有这些都可以用 TAPGE169 来表 示另外，可以使用它们的任意组合来描述复杂的目标面在 3—D 情况下，目标面的形状可以通过三角面，圆柱面，圆锥面和球面来推述， 所有这些都可以用TAPGE170来表示，对于一个复杂的，任意形状的目标面， 应该使用三角面来给它建模控制结点（Pilot）刚性目标面可能会和“pilot结点“联系起来，它实际上是一个只有一个结点的单 元，通过这个结点的运动可以控制整个目标面的运动，因此可以把pilot结点作 为刚性目标的控制器整个目标面的受力和转动情况可以通过pilot结点表示出 来，“pilot结点”可能是目标单元中的一个结点，也可能是一个任意位置的结点, 只有当需要转动或力矩载荷时，“pilot结点”的位置才是重要的，如果你定义了 “pilot结点”ANSYS程序只在“pilot结点”上检査边界条件，而忽略其它结点上 的任何约束。

对于圆、圆柱、圆锥、和球的基本图段， ANSYS 总是使用同一个 结点作为“pilot结点”基本原型你能够使用基本几形状来模拟目标面，例如：圆、圆柱、圆锥、球直线、抛 物线、弧线、和三角形虽然你不能把这些基本原型彼此合在一起，或者是把 它们和其它的目标形状合在一起以便形成一个同一实常数号的复杂目标面但 你可以给每个基本原型指定它自己的实常的号单元类型和实常数在生成目标单元之前，首先必须定义单元类型（TARG169或TARG170）命令：ETGUI:main menu>preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete随后必须设置目标单元的实常数命令:RealGUI:main menn>preprocessor>real constants对TARGE169和TARGE170仅需设置实常数R1和R2,而只有在使用直接生 成法建立目标单元时，才需要从为指定实常数R1、R2,另外除了直接生成法， 你也可以使用ANSYS网格划分工具生成目标单元，下面解释这两种方法使用直接生成法建立刚性目标单元为了直接生成目标单元，使用下面的命令和菜单路径命令：TSHAPGUI： main menu>preprocessor>modeling-create>Elements>Elem Attributes随后指定单元形状，可能的形状有：•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)一旦你指定目标单元形状，所有以后生成的单元都将保持这个形状，除非你指定另外一种形状。

然后你就可以使用标准的ANSYS直接生成技术生成结点和单 元命令： NEGUI： main menu>pnoprocessor> modeling- create> nodes main menu>pnoprocessor> modeling- create>Elements在建立单元之后，你可以通过列示单元来验证单元形状命令： ELISTGUI： utility menu>list>Elements>Nodes+Attributes使用ANSYS网格划分工具生成刚性目标单元你也可以使用标准的ANSYS网格划分功能让程序自动地生成目标单元，ANSYS程序将会以实体模型为基础生成合适的目标单元形状而忽略TSHAP命 令的选项为了生成一个“PILOT结点”使用下面的命令或GUI路径：命令： KmeshGUI： main menu>proprocessor>meshing-mesh>keypoints注意：KMESH总是生成“PILOT结点” 为了生成一个2-D目标单元，使用下面的命令和GUI路径：ANSYS在每条直线上生成一条单一的线，在样条曲线上生成抛物线部分，在每条圆弧和倒角上生成圆弧部分，如果所有的圆弧形成一个封闭的圆，ANSYS生成一个单一的圆 段。

命令：LMESHGUI： main menu>pneprocessor>mesling-mesh>lines为了生成AD的目标单元，使用下面的命令或GUI路径如果实体模型的表面 部分形成了一个完整的球，圆柱或圆锥，那么ANSYS程序自动生成一个基本的 AD目标单元，因为生成较少的单元，从而使你分析计算更有效率，对任意形 状的表面，应该使用 Amesh 命令来生成目标单元，在这种情况下，网格形状的 质量不是重要的，而目标单元的形状是否能完成好的模拟刚性面的表面几何形 状显得更重要命令： AMESHGUI： main menu>preprocessor>-meshing-mesh>AreaANSYS在所有可能的面上推荐使用三角形的映射网格划分，如果在表面的 边界上没有曲率，则在网格划分时，指定那条边界分为一分，下面的命令或 GUI 路径将尽可能的生成一个映射网格（如果不能进行映射，它将生成自由网格）命令： MSHKFY， 2GUI： main menu>preprocessor>-meshling-mesh>-Ares-Target Surf建模和网格划分的注意点：一个目标面可能由两个或多个面断的区域组成，你应该尽可能地通过定义多个 目标面来使接触区域局部比（每个目标面有一个不同的实常数号）刚性目标面 上由的离散能足够指述出目标面的形状， 过粗的网格离散可能导致收敛问题 。

如果刚性面有一个实的凸角，求解大的滑动问题时很难获得收敛结果 ，为了避 免这些建模问题， 在实体模型上，使用线或面的倒角来使尖角光滑比，或者在 曲率突然变化的区域使用更细的网格注意：不能使用镜面对称技术（ARSYSM, LSYMM）来映射圆、圆柱、圆锥或 球面到对称平面的另一边，因为每个实常数的设置不能同时赋给多个基本原型 段检验目标面的接触方向目标面的结点号顺序是重要的，因为它定义了接触主向，对2-D接触问题，当 沿着目标线从第一个结点移向第二个结点时，变形体的接触单元必须位于目标 面的右边对3-D接触问题，目标三角形单元号应该使刚性面的外法线方向指向接触面， 外法线通过右手原则来定义 为了检查法线方向，显示单元坐标系命令：/PSYMS, ESYS, 1GUI： Utility menu>plotctrls>symbols如果单元法向不指向接触面,选择单元反转表面的法向的方向命令： ESURF,, REVEGUI： main menu>preprocossor>create>Element>on free surf步骤 4：定义柔性体的接触面为了定义柔性体的接触面，必须使用接触单元C0NFA171或CONFA172 （对 2-D）或CONTA173或CONTA174 （对3-D）来定义表面。

程序通过组成变 形体表面的接触单元来定义接触表面，接触单元与下面覆盖的变形体单元有同 样的几何特性，接触单元与下面覆盖的变形体单元必须处于同一阶次（低阶或 高阶）下面的变形体单元可能是实体单元、壳单元、梁单元或超单元，接触面 可能壳或梁单元任何一边与目标面单元一样，你必须定义接触面的单元类型，然后选择正确的实常数号 （实常数号必须与它对应目标的实常数号相同）最后生成接触单元单元类型：下面简单描述四种类型的接触单元CONTA171：这是一种2-D，2个结点的低附线单元，可能位于2-D实体，壳 或梁单元的表面CONTA172:这是一个2-D 的, 3结点的高阶抛物线形单元，可能位于有中结 点的2-D实体或梁单元的表面CONTA173：这是一个3-D 的, 4结点的低阶四边形单元可能位于3-D实体或 壳单元的表面，它可能褪化成一个结点的三角形单元CONTA174:这是一个 AD, 8结点的高阶四边形单元，可能位于有中结点的 AD实体或壳单元的表面，它可能褪化成6结点的三角形单元不能在高阶柔性体单元的表面上分成低阶接触单元，反之也不行，不能在高阶 接触单元上消去中结点命令： ETGUI： main menu>preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete实常数和材料特性在定义了单元类型之后，需要选择正确的实常数的设置，每个接触对的接触面 和目标面必须有相同的实常数号，而每个接触对必须有它自己不同的实常数号。

ANSYS使用下面柔性体单元的材料特性来计算一个合适的接触（或罚）刚度， 如果下面的单元是一个超单元接触单元的材料的设置必须与超单元形成时的 原始结构单元相同，生成接触单元我们既可以通过直接生成法生成接触单元，也可以在柔性体单元的外表面上自动生成接触单元，我们推荐采用自动生成法， 这种方可以通过下面三个步骤来自动生成接触单元法更为简单和可靠1、选择结点选择已划分网格的柔性体表面的结果，如果你确定某一部分结点永远不会接触 到目标面，你可以忽略它以便减少计算时间，然而，你必须保证设有漏掉可能 会接触到目标面的结点命令：NSELGUI： main menu>preprocessor>。