ANSYS高级接触分析优秀PPT.ppt

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：分析中常常须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更。大多数接触问题须要计算摩擦。摩擦是与路径有关的现象，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。只在一个表面特殊刚硬并且不关切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 接受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 中可以接受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的单元特性和分析过程。1.面一面接触单元用于随意形态的两个表面接触 不必事先知道接触的精确位置；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随意形态的面的接触 可运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精确位置；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。建立模型时必需事先知道精确的接触位置；多个点点接触单元可以模拟两个具有多个单元表面间的接触；每个表面的网格必需是相同的；相对滑动必需很小；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假如接触模型没有摩擦，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。运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、全部的 ANSYS 接触单元都接受罚刚度（接触刚度）来保证接触界面的协调性在数学上为保持平衡，须要有穿透值然而，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，因此接触刚度应当大；然而，太大的接触刚度会产生收敛困难：模型可能会振荡，接触表面相互跳开。接触刚度是同时影响计算精度和收敛的最重要的参数。你必需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）。接受切向罚刚度保证切向的协调性。（图12）作为初值，可接受：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须要一些阅历。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。起先估计时，选用 FKN=1.0 大面积实体接触 FKN=0.01-0.1 较松软（弯曲占主导的部分）另外，也可以指定一个确定刚度值，单位：（力/长度）/面积。对于点一点（除 CONTA178）和点面接触单元须要为罚刚度 KN 输入确定值：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.起先接受较小的刚度值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视察到穿透，则穿透可能太大了，须要提高刚度重新分析。假如收敛的迭代次数过多（或未收敛），降低刚度重新分析。留意：罚刚度可以在载荷步间变更，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。假如收敛有问题，减小刚度值，重新分析在敏感的分析中，还应当变更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）不再明显变更。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，时间步长必需很小（图2-1）图213、ANSYS 中，摩擦接受库仑模型，并有附加选项可处理困难的粘着和剪切行为。库仑法则是宏观模型，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)对于干脆生成刚性目标面，在建立目标单元之前须要要指定附加的单元属性 TSHAP刚性目标面的自动划分不须要 TSHAP。ANSYS 能依据实体模型确定合适的目标单元形态。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)限制节点（Pilot）刚性目标面能与限制点联系起来。Pilot 事实上是只有一个节点的单元，通过这个节点的运动可以限制整个目标面的运动。ANSYS 只在 Pilot 节点上检查边界条件而忽视其它节点的约束。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 将依据基体的网格确定目标单元形态和外法线方向。检查外法线方向（这在自动划分刚性目标面时特殊重要）图 3-3 打开单元坐标系标记并重绘单元 /PSYMS,ESYS,1 目标单元外法线方向应当指向接触面。假如单元法向不指向接触面，用叮嘱使之反转：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）。留意，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，假如你确定某一部分节点恒久不会接触到目标面，可以忽视它，以削减计算时间。接触面的外法向应指向目标面。假如发觉外法线方向不正确，用下列叮嘱修改之 ESURF,REVEStep 6.在有限元模型上施加边界条件 假如目标面是刚性面，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，忽视目标面上其它节点约束。限制点能限制目标面的运动。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 举荐运用N.L求解自动限制 运用不带自适应下降的 full Newton-Raphson 法求解 时间步必需足够小。运用自动时间步。子步数的最大值（NSBMX）应较大，最小值（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)给出输出限制（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 个齿咬合。问题以弯曲为主，设 FKN=0.1GUI 方式：Step 1.复原数据库文件 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 Preprocessor Element Typer Add/Edit/Delete【Add】contact 2D targe169 Element typer reference number=2【OK】或叮嘱:/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】或叮嘱:ET,3,conta171Step 4.指定接触法向刚度 Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete 【Add】Type 3 CONTA171 【OK】Real Constant Set No.=1 Normal Penalty Stiffness FKN=0.1(对弯曲问题接受初值0.1)Penetration tolerance FTOLN=0.1(不用此,不收敛)或叮嘱：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，确定不要用太小的容差!增大罚刚度（FKN）将削减侵入。将 FKN 增大 100 倍会相应地削减侵入，但是接触压力只变更 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，假如收敛受侵入容差的驱使可能是FKN 值估计不足或 FTOLN 值太小。假如须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】或叮嘱：LSEL,S,2,4 LSEL,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】或叮嘱：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或叮嘱：Type,2 Mat,1 Real,1(4).创建目标单元 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to Surf留意：假如基体单元是 2D 平面或 3D 实体单元“Tlab”无效，假如基体单元是 2D 单元，“Shape”无效。选【pick all】或叮嘱：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】或叮嘱: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 Entities Nodes Attached to Lines,all From Full 【OK】或叮嘱: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】或叮嘱：Type,3 Mat,1 Real,1(4)创建接触面单元图3-11 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Surf/Contact Surf to Surf 图3-10 【OK】【PICK ALL】(图3-10)或叮嘱:ESURFStep 7.选择全部选项并画单元 Utility Menu Select Everything Utility Menu Plot Elements或叮嘱: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,-0.4 solve dl,45,uy,-0.55 solve finiStep 9.后处理4 应用接触向导创建接触对全部面面接触的单元选项和参数都可以通过接触向导来限制。运用接触向导进行接触分析便利快捷：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运用接触向导必需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。接受接触向导完成接触对的创建来说明接触向导的运用方法。Step 1.复原数据文件 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更的时间步预料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接受两种方法：1.不运用接触向导，建立命流文件 Seal.inp2.运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 2D 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叮嘱重复7次l,8,1lfil,1,2,0.20$lfil,2,3,0.15$lfil,5,6,0.20lfil,6,7,0.15$lfil,7,8,0.05$lfil,8,1,0.05al,all !应用全部选择的线生成面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 2.创建接触对，先定义单元和接触参数et,2,169 !Target169 2D Target Segmentet,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，接受接触刚度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 !假如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,接受自动分网，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1一样）、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,1esurf !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,1esurf !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 3.Step 3.施加边界条件施加边界条件/solunlgeom,onsolc,on !N.L求解自动限制打开（缺省）time,0.85 !载荷步、结束时间d,n_load,uy,-0.85nsubst,25,500,10outres,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 Define Variables【Add】Reaction force【OK】拾取节点263(限制点)【OK】User-Specified Load=FORCE:FY【OK】【close】或叮嘱：/POST 26 RFORCE,2,263,F,Y,FORCE Main Menu Time Hist Postpro Graph Variables 1st Variable to gragh=2 【OK】或叮嘱：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（刚性面限制点），然后求解。Step 1.复原数据库文件 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-运用 Pilot 节点 创建接触对创建接触对1 1 图 55选线选线(1)(1)(接触对接触对1 1的目标面的目标面)【OKOK】返回图】返回图5 55 5【nextnext】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.创建目标单元限制点创建目标单元限制点 图514(1).(1).设置单元属性设置单元属性用叮嘱流：用叮嘱流：Type,4 Type,4 MAT,1 MAT,1 REAL,4 REAL,4 TSHAP,PIL10 TSHAP,PIL10 GUI:Main Menu Preprocessor Modeling Create GUI:Main Menu Preprocessor Modeling Create Element Elem Attributes Element Elem Attributes(2).(2).绘关键点绘关键点 Utility Menu Plot Keypoints Keypoints Utility Menu Plot Keypoints Keypoints(3).(3).建立目标单元限制点建立目标单元限制点 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Keypoints Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Keypoints 选选 K27 K27 【OKOK】或叮嘱流：或叮嘱流：KMESH,27 KMESH,27Step 6.Step 6.施加位移约束施加位移约束限制点限制点 27 27 上施加上施加 UY=-0.85 UY=-0.85 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Keypoints Displacement On Keypoints 选选 K27 K27 【OKOK】Lab2 DOFs to be constrained:UY Lab2 DOFs to be constrained:UY Value:-0.5 Value:-0.5 【OKOK】Step 5.Step 5.创建目标单元限制点创建目标单元限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.求解限制、求解 Main Menu Solution Analysis Type Soln ControlsStep 5.Step 5.创建目标单元限制点创建目标单元限制点 Main Menu Solution Solve LS_CurrentStep 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 选限制点27，绘图(见图5-4)。Step 5.Step 5.创建目标单元限制点创建目标单元限制点 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状况。的收敛状况。通常分析起先先用缺省值，通常分析起先先用缺省值，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。全部的单元选项和参数都全部的单元选项和参数都可以通过接触向导来限制；也可以通过接触向导来限制；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 6-2 6-2。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：运用修正的拉朗日法（缺省）运用修正的拉朗日法（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 Method 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。罚函数法举荐用于具有变形很大的单元，很大的摩擦系罚函数法举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状况。或用修正的拉格朗日方法时收敛性很差的状况。1、最重要的选项是法向罚刚度或接触刚度 对于大面积接触接受起始值（因子）对于大面积接触接受起始值（因子）1.01.0，对于柔性接，对于柔性接触接受触接受 0.1 0.1。大值对应较高精度；小值对应较好的收敛性。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渐渐增大刚度载荷步中渐渐增大刚度“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 在最终的载荷步渐渐提高到一个刚硬的值将提高计算精在最终的载荷步渐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 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更用户指定刚度变更)Each substep()Each substep(允许自动和用户指允许自动和用户指定变更定变更)2、第 2 个重要选项穿透容差。缺省状况下，穿透容差是一个因子乘以基体单元厚度。缺省状况下，穿透容差是一个因子乘以基体单元厚度。对于变更很大的网格密度，接受因子会在接触表面的某对于变更很大的网格密度，接受因子会在接触表面的某些部分产生太小的容差，这时接受确定值可能更好。些部分产生太小的容差，这时接受确定值可能更好。不要运用太小的容差，因为它总是对收敛性有害。不要运用太小的容差，因为它总是对收敛性有害。3、对于临界接触状态变更的自动时间步限制或在单元选项中限制：或在单元选项中限制：Contact time/load prediction K7:No prediction Contact time/load prediction K7:No prediction1 1 不限制：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限制：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：假如接触状态变更明显，时间步长将二分。对于动力问题自动二分：假如接触状态变更明显，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：此选项为下一步预料最小时间增量（很耗计算时间，不举荐）最小值：此选项为下一步预料最小时间增量（很耗计算时间，不举荐）4、Pinball 区域影响接触状态的确定和其它很多接触特性Pinball 区域是环绕接触单元的园（2D）或球（3D），描述接触单元四周“远”和“近”区域的边界(图6-3)。在缺省状况下，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）不分别（滑动）：目标面和接触面一旦建立接触就不再分别（允许滑动）绑定：目标面和接触面一旦接触就粘在一起 不分别（恒久）：初始位于 Pinball 区域内或已经接触的接触检查点在法向不分别（允许滑动）绑定接触（恒久）：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接受绑定，初始分开的地方保持分开。计算实例：悬臂梁端部旋转（不分别行为）6、影响某些表面行为的选项Contact Opening stiffness（分开时的间隙刚度）保证不分别和绑定行为，它通过运用当存在间隙也具有非零刚度的弹簧来连接表面。缺省状况下，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起先滑动的摩擦应力值。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），程序自动限制执行对称求解，利用此算法可以解决多数含摩擦接触问题。有时，接受非对称矩阵能获用更好的收敛性。假如遇到收敛缓慢问题可以用不对称求解选项。记住：这种状况必需运用稀疏或波前求解器。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）。可以运用初始几何穿透，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 正的正的 CNOF CNOF 加大初始穿透加大初始穿透 负的负的 CNOF CNOF 减小初始穿透或导致间隙减小初始穿透或导致间隙 CNOF CNOF 可与几何穿透组合可与几何穿透组合 自动自动 CNOF CNOF 调整调整 允许允许 ANSYS ANSYS 基于初始穿透自动给定基于初始穿透自动给定 CNOF CNOF 值。值。导致导致“刚好接触刚好接触”配置配置 ICONT ICONT 缺省为缺省为 0 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 （假如有的话）引起的初始穿透 Exclude everything：忽视全部初始穿透效应。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 offset 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、初始穿透假如模型包含初始几何穿透，接触力将立刻“阶跃”到一个大值。载荷突变常常导致收敛困难，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)。此例中圆柱体没有施加位移约束，面由力限制。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别，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”。位于调整环内的任何接触点都要移动到目标面上。举荐只进行很小的修正，假如 ICONT 值太大会产生不连续。假如未指定常数 ICONT，ANSYS 依据模型尺寸为 I