ANSYS非线形分析指南 接触分析 接触分析 接触问题是一种高度非线性行为,需要较大的计算资源,为了进行实为有效的计算,理 解问题的特性和建立合理的模型是很重要的 接触问题存在两个较大的难点:其一,在你求解问题之前,你不知道接触区域,表面之 间是接触或分开是未知的,突然变化的,这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定;其二, 大多的接触问题需要计算摩擦,有几种摩擦和模型供你挑选,它们都是非线性的,摩擦使问 题的收敛性变得困难 一般的接触分类 触问题分为两种基本类型:刚体一柔体的接触,半柔体一柔体的接触,在刚体一柔体 的接触问题中,接触面的一个或多个被当作刚体,(与它接触的变形体相比,有大得多的刚 度),一般情况下,一种软材料和一种硬材料接触时,问题可以被假定为刚体一柔体的接触, 许多金属成形问题归为此类接触,另一类,柔体一柔体的接触,是一种更普遍的类型,在这 种情况下,两个接触体都是变形体(有近似的刚度) ANSYS接触能力 ANSYS支持三种接触方式:点一点,点一面,平面一面,每种接触方式使用的接触单 元适用于某类问题。 为了给接触问题建模,首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触,如果相互作 用的其中之一是一点,模型的对立应组元是一个结点。如果相互作用的其中之一是一个面 模型的对应组元是单元,例如梁单元,壳单元或实体单元,有限元模型通过指定的接触单元 来识别可能的接触匹对,接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元,至于 ANSTS 使用的接触单元和使用它们的过程,下面分类详述 点一点接触单元 点一点接触单元主要用于模拟点一点的接触行为,为了使用点一点的接触单元,你需要 预先知道接触位置,这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况(即使在几 何非线性情况下) 如果两个面上的结点一一对应,相对滑动又以忽略不计,两个面挠度(转动)保持小量, 那么可以用点一点的接触单元来求解面一面的接触问题,过盈装配问题是一个用点一点的接 触单元来模拟面一与的接触问题的典型例子, 点一面接触单元 点一面接触单元主要用于给点一面的接触行为建模,例如两根梁的相互接触。 如果通过一组结点来定义接触面,生成多个单元,那么可以通过点一面的接触单元来模 拟面一面的接触问题,面即可以是刚性体也可以是柔性体,这类接触问题的一个典型例子是 插头到插座里。 使用这类接触单元,不需要预先知道确切的接触位置,接触面之间也不需要保持一致的 网格,并且允许有大的变形和大的相对滑动 Contact48和 Contact49都是点一面的接触单元, Contact26用来模拟柔性点一刚性面的 接触,对有不连续的刚性面的问题,不推荐采用 Contact26因为可能导致接触的丢失,在这 种情况下, Contact48通过使用伪单元算法能提供较好的建模能力 面一面的接触单元 ANSYS支持刚体一柔体的面一面的接触单元,刚性面被当作“目标”面,分别用 Targel69 和 Targel70来模拟2一D和3—D的“目标”面,柔性体的表面被当作“接触”面,用 Contal7l, Contal72 Contal73, ontal74来模拟。一个目标单元和一个接单元叫作一个“接触 对”程序通过一个共享的实常号来识别“接触对”,为了建立一个“接触对”给目标单元和 接触单元指定相同的实常的号。 与点一面接触单元相比,面一面接触单元有好几项优点 支持低阶和高阶单元 支持有大滑动和摩擦的大变形,协调刚度阵计算,单元提法不对称刚度阵的选项。 ·提供工程目的采用的更好的接触结果,例如法向压力和摩擦应力。 ·没有刚体表面形状的限制,刚体表面的光滑性不是必须允许有自然的或网格离散引 第1页ANSYS 非线形分析指南 接触分析 第1页 接触分析 接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理 解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。 接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之 间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二， 大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问 题的收敛性变得困难。 一般的接触分类 接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，半柔体─柔体的接触，在刚体─柔体 的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚 度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触， 许多金属成形问题归为此类接触，另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这 种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。 ANSYS 接触能力 ANSYS 支持三种接触方式：点─点，点─面，平面─面，每种接触方式使用的接触单 元适用于某类问题。 为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作 用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个结点。如果相互作用的其中之一是一个面， 模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元，有限元模型通过指定的接触单元 来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于 ANSTS 使用的接触单元和使用它们的过程，下面分类详述。 点─点接触单元 点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，你需要 预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几 何非线性情况下） 如果两个面上的结点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量， 那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接 触单元来模拟面─与的接触问题的典型例子。 点─面接触单元 点─面接触单元主要用于给点─面的接触行为建模，例如两根梁的相互接触。 如果通过一组结点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点─面的接触单元来模 拟面─面的接触问题，面即可以是刚性体也可以是柔性体，这类接触问题的一个典型例子是 插头到插座里。 使用这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，接触面之间也不需要保持一致的 网格，并且允许有大的变形和大的相对滑动。 Contact48 和 Contact49 都是点─面的接触单元，Contact26 用来模拟柔性点─刚性面的 接触，对有不连续的刚性面的问题，不推荐采用 Contact26 因为可能导致接触的丢失，在这 种情况下，Contact48 通过使用伪单元算法能提供较好的建模能力。 面─面的接触单元 ANSYS 支持刚体─柔体的面─面的接触单元，刚性面被当作“目标”面，分别用 Targe169 和 Targe170 来模拟 2─D 和 3—D 的“目标”面，柔性体的表面被当作“接触”面，用 Conta171,Conta172,Conta173,Conta174 来模拟。一个目标单元和一个接单元叫作一个“接触 对”程序通过一个共享的实常号来识别“接触对”，为了建立一个“接触对”给目标单元和 接触单元指定相同的实常的号。 与点─面接触单元相比，面─面接触单元有好几项优点， ·支持低阶和高阶单元 ·支持有大滑动和摩擦的大变形，协调刚度阵计算，单元提法不对称刚度阵 的选项。 ·提供工程目的采用的更好的接触结果，例如法向压力和摩擦应力。 ·没有刚体表面形状的限制，刚体表面的光滑性不是必须允许有自然的或网格离散引