ANSYS高级接触教程

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1、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：分析中常常需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化。大多数接触问题需要计算摩擦。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

2、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。只在一个表面特别刚硬并且不关心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采用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中可以采用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

3、的单元特性和分析过程。1.面一面接触单元用于任意形状的两个表面接触不必事先知道接触的准确位置；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任意形状的面的接触可使用多个点－面接触单元模拟棱边和面的接触；不必事先知道接触的准确位置；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

4、触。建立模型时必须事先知道确切的接触位置；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；每个表面的网格必须是相同的；相对滑动必须很小；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如果接触模型没有摩擦，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。使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、所有的ANSYS接触单元都采用罚刚度（接触刚度）来保证接触界面的协调性

5、在数学上为保持平衡，需要有穿透值然而，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，因此接触刚度应该大；然而，太大的接触刚度会产生收敛困难：模型可能会振荡，接触表面互相跳开。接触刚度是同时影响计算精度和收敛的最重要的参数。你必须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）。采用切向罚刚度保证切向的协调性。（图1－2）作为初值，可采用：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

6、合适的接触刚度值需要一些经验。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。开始估计时，选用FKN=1.0大面积实体接触FKN=0.01-0.1较柔软（弯曲占主导的部分）另外，也可以指定一个绝对刚度值，单位：（力/长度）/面积。对于点一点（除CONTA178）和点－面接触单元需要为罚刚度KN输入绝对值：初始估计时：对于大变形:0.1*E

7、.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观察到穿透，则穿透可能太大了，需要提高刚度重新分析。如果收敛的迭代次数过多（或未收敛），降低刚度重新分析。注意：罚刚度可以在载荷步间改变，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。如果收敛有问题，减小刚度值，重新分析在敏感的分析中，还应该改变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）不再明显改变。§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，

8、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，时间步长必须很小（图2-1）图2－13、ANSYS中，摩擦采用库仑模型，并有附加选项可处理复杂的粘着和剪切行为。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