ANSYS结构非线性分析指南-第五章.doc

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1、ANSYS结构非线性分析指南第五章接触分析5.1　概述　　接触问题是一种高度非线性行为，需要较多的计算机资源。为了进行切实有效的计算，理解问题的物理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，在用户求解问题之前，用户通常不知道接触区域。随载荷、材料、边界条件和其它因素的不同，表面之间可以接触或者分开，这往往在很大程度上是难以预料的，并且还可能是突然变化的。其二，大多数的接触问题需要考虑摩擦作用，有几种摩擦定律和模型可供挑选，它们都是非线性的。摩擦效应可能是无序的，所以摩擦使问题的收敛性成为一个难点。　　注意--如果在模型中，

2、不考虑摩擦，且物体之间的总是保持接触，则可以应用约束方程或自由度藕合来代替接触。约束方程仅在小应变分析(NLGEOM，off)中可用。见《ANSYSModelingandMeshingGuide》中的§12，CouplingandConstraintEquations。　　除了上面两个难点外，许多接触问题还必须涉及到多物理场影响，如接触区域的热传导、电流等。5.1.1　显式动态接触分析能力　　除了本章讨论的隐式接触分析外，ANSYS还在ANSYS/LS-DYNA中提供了显式接触分析功能。显式接触分析对于短时间接触-碰撞问题比较理想。关于ANSYS/L

3、S-DYNA的更多的信息参见《ANSYS/LS-DYNAUser'sGuide》。5.2　一般接触分类　　接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，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，可以假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触。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(有相似的刚度)。柔体─柔体接触的一个例子是栓接法兰。5.3　ANSYS接触分析功能　　ANSYS支持三种接触方式：点─

4、点，点─面，面─面接触。每种接触方式使用不同的接触单元集，并适用于某一特定类型的问题。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，模型的对应组元是一个节点。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，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ANSYS使用的接触单元和使用它们的过程，后面会分类详述，然后论述ANSYS接触单元和他们的功能。参见《ANSYSElementsReference》和《ANSYSTh

5、eoryReference》。5-54ANSYS结构非线性分析指南表5-1　ANSYS接触分析功能点-点点-面面-面CONTAC12CONTAC52CONTA178CONTAC26CONTAC48CONTAC49CONTAC171,172TARGET169CONTAC173,174TARGET170点-点Y　YY点-面YYY面-面　　　　　YYYY2-DYYYYYY3-DYYYY滑动小小小大大大大大曲面YY圆柱间隙YY纯Lagrange乘子Y增加Lagrange乘子YYYYY接触刚度用户定义半自动用户定义用户定义用户定义半自动半自动自动网格工具EIN

6、TF　EINTFNoneGCGENGCGENESURFESURF低阶YYYYYYYY高阶YYY刚体-柔体YYYYYYYY柔体-柔体YYYYYYY热接触YYYY5.3.1　面─面的接触单元　　ANSYS支持刚体─柔体和柔体─柔体的面─面的接触单元。这些单元应用“目标”面和“接触”面来形成接触对。分别用TARGE169或TARGE170来模拟2D和3D目标面。用CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174来模拟接触面。　　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数号。参见§5.4。　　这些面-面接触单元非常适合

7、于过盈装配安装接触或嵌入接触，锻造，深拉问题。与点─面接触单元相比，面─面接触单元有许多优点:支持面上的低阶和高阶单元(即角节点或有中节点的单元)；支持有大滑动和摩擦的大变形。计算一致刚度阵，可用不对称刚度阵选项；提供为工程目的需要的更好的接触结果，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的，允许有自然的或网格离散引起的表面不连续；与点─面接触单元比，需要较少的接触单元，因而只需较小的磁盘空间和CPU时间，并具有高效的可视化；允许多种建模控制，例如：绑定接触，不分离接触，粗糙接触；渐变初始穿透；目标面自动移动到初始接触；

8、平移接触面(考虑梁和单元的厚度)，用户定义的接触偏移；死活能力；5-54ANSYS结构非线性分析指南支持热-