ANSYS中的接触
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用一、引言接触问题是工程领域中常见的一个重要问题，它在很多实际应用中都具有关键作用。
接触分析能够帮助工程师设计和改进各种产品和结构，从而提高其性能和寿命，减少故障和事故的发生。
ANSYS作为一款强大的工程仿真软件，提供了多种接触分析方法和工具，为工程师们解决接触问题提供了便利。
本文将重点介绍基于ANSYS软件的接触问题分析方法和其在工程中的应用。
二、接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括两种：解析方法和数值模拟方法。
解析方法基于一系列假设和理论分析，能够给出理论解析解，但局限于简单的几何形状和边界条件。
数值模拟方法通过建立几何模型和边界条件，利用数值计算的方法求解接触过程的力学行为和变形情况，可以适用于复杂的几何形状和边界条件。
ANSYS软件采用的是数值模拟方法，它基于有限元法和多体动力学原理，可以使用接触元素来建立模型，模拟接触过程中的相互作用，得到接触点的应力、应变以及变形信息，从而分析接触的性能和行为。
接下来将介绍ANSYS软件中的接触分析方法和其在工程中的应用。
三、接触分析方法1. 接触元素：ANSYS软件提供了多种接触元素供用户选择，包括面接触元素、体接触元素和线接触元素。
用户可以根据具体的接触问题选择合适的接触元素，建立几何模型来模拟接触行为。
2. 接触定义：在ANSYS软件中，用户可以通过定义接触性质、接触参数和接触约束来描述接触问题。
接触性质包括摩擦系数、接触行为模型等；接触参数包括接触初始状态、接触刚度等；接触约束包括接触面间的约束条件等。
3. 接触分析：通过在ANSYS软件中建立模型，定义接触参数和加载条件，进行接触分析，得到接触点的应力、应变和变形信息。
可以通过分析结果来评估接触性能，发现可能存在的问题，并进行改进和优化。
四、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程领域：在机械工程中，接触问题广泛存在于各种设备和结构中，如轴承、齿轮、支撑结构等。
ANSYS workbench 接触简介
Contact Status Open p
Contact Status Open p
Penetration
Gap
Penetration
Gap
Closed 法向拉格朗日法
3-8
Closed 罚函数法
Penetration
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
积分点探测
节点探测
3-9
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
... 接触公式
Training Manual
• 对于特定的“绑定”和“不分离”两个面间的接触类型,可用多点约束 (MPC) 算法.
– MPC 内部添加约束方程来“联结”接触面间的位移 – 这种方法不基于罚函数法或Lagrange乘子法 .它是直接有效的关联绑定接触面 方式。 – MPC算法基础的绑定接触也支持大变形效应
– “N “Normal lL Lagrange” ” 法是因为拉格朗日乘子公式用于法线方向而罚函 数 方法用于切线方向而得名的.
3-12
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
… 公式对比
Training Manual
• 下表列出不同接触算法的比较，用“+”表优势，“-”表劣势:
F
当接触协调性不被强制时会发生渗透.
Contact
Target
F
3-4
Workbench Mechanical - Introduction to Contact
B. 接触公式
• 对非线性接触实体表面, 可使用罚函数或增强拉格朗日公式:
ansys接触类型有哪些？
在ANSYS 中，接触类型通常用于描述不同部件之间的接触行为，包括当一个实体与另一个实体接触时，它们之间如何相互作用和传递力或热量。
以下是一些ANSYS 中常见的接触类型：
1. 结合接触（Bonded Contact）：
- 结合接触是指两个实体被假定为始终保持接触，不会相对滑动。
这种接触类型适用于需要模拟两个实体完全粘合在一起的情况。
2. 无摩擦滑动接触（Frictionless Contact）：
- 无摩擦滑动接触假定两个实体之间可以相对滑动，但不存在摩擦力。
这种接触类型适用于需要考虑零摩擦情况下的接触行为。
3. 有摩擦滑动接触（Frictional Contact）：
- 有摩擦滑动接触考虑到摩擦力的影响，实体之间可以相对滑动，并考虑了摩擦系数的影响。
这种接触类型适用于需要考虑摩擦力的情况。
4. 接触对接触（Contact Pair）：
- 接触对接触允许您定义两个接触表面之间的接触，其
中一个表面可以与多个其它表面接触。
这种接触类型适用于多对一接触关系的情况。
5. 弹簧接触（Spring Contact）：
- 弹簧接触模型允许在接触区域内施加等效弹簧刚度，可用于对接触区域内的弹性行为进行建模。
6. 非接触接触（No Separation Contact）：
- 非接触接触用于一开始就排除两个实体之间的接触。
以上是一些在ANSYS 中常见的接触类型，您可以根据具体的仿真模型和需要考虑的接触行为来选择适当的接触类型，并进行相关的接触分析。
ANSYS中的接触
ANSYS中的接触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。
ANSYS高级接触分析
图3-1
• 接触面和目标面确定准则
• 如凸面和平面或凹面接触，应指定平面或凹面为目标 面；
• 如一个面上的网格较粗而另一个面上的网格较细，应 指定粗网格面为目标面；
• 如一个面比另一个面的刚度大，应指定刚度大的面为 目标面；
• 如一个面为高阶单元而另一面为低阶单元，应指定低 阶单元面为目标面；
• 如一个面比另一个面大，应指定大的面为目标面。
• 接触单元就是掩盖在分析模型接触面上 的一层单元。
• 在 ANSYS 中可以承受三种不同的单元 来模拟接触：
•
面一面接触单元；
•
点一面接触单元；
§2 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任意外形的两个外表接 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
•
面－面接触单元在面的高斯点处传递压力，这种先进技术使面－面接触
单元具有很多优点：
•
与低阶单元和高阶单元都兼容
•
供给更好的接触结果〔于后处理接触压力和摩擦应力〕
•
可考虑壳和梁的厚度，以及壳的厚度变化
•
半自动接触刚度计算
•
刚性外表由“把握节点 – pilot node”把握
•
热接触特性
•
众多的高级选项来处理简洁问题。
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2－1
3、ANSYS 中，摩擦承受库仑模型，并有附加选项可 处理简洁的粘着和剪切行为。 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 的一局部： FT <= μ× FN 式中： μ－ 摩擦系数 一旦所受剪力超过 FT，两物体将发生相对滑动。
《2024年基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用》范文
《基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用》篇一一、引言随着现代工程技术的快速发展，接触问题在各种工程领域中扮演着越来越重要的角色。
ANSYS软件作为一种强大的工程仿真工具，被广泛应用于解决各种复杂的工程问题，包括接触问题。
本文将详细介绍基于ANSYS软件的接触问题分析，并探讨其在工程中的应用。
二、ANSYS软件接触问题分析1. 接触问题基本理论接触问题是一种高度非线性问题，涉及到两个或多个物体在力、热、电等作用下的相互作用。
在ANSYS软件中，接触问题主要通过定义接触对、设置接触面属性、设定接触压力等参数进行模拟。
2. ANSYS软件中接触问题的分析步骤（1）建立模型：根据实际问题，建立相应的几何模型和有限元模型。
（2）定义接触对：在ANSYS软件中，需要定义主从面以及相应的接触类型（如面-面接触、点-面接触等）。
（3）设置接触面属性：根据实际情况，设置接触面的摩擦系数、粘性等属性。
（4）设定载荷和约束：根据实际情况，设定载荷和约束条件。
（5）求解分析：进行求解分析，得到接触问题的解。
3. 接触问题分析的难点与挑战接触问题分析的难点主要在于高度的非线性和不确定性。
此外，还需要考虑多种因素，如接触面的摩擦、粘性、温度等。
这些因素使得接触问题分析变得复杂且具有挑战性。
三、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程中的应用在机械工程中，ANSYS软件被广泛应用于解决各种接触问题。
例如，在齿轮传动、轴承、连接件等部件的设计和优化中，ANSYS软件可以模拟出部件之间的接触力和应力分布，为设计和优化提供有力支持。
2. 土木工程中的应用在土木工程中，ANSYS软件可以用于模拟土与结构之间的接触问题。
例如，在桥梁、大坝、建筑等结构的分析和设计中，ANSYS软件可以模拟出结构与土之间的相互作用力，为结构的设计和稳定性分析提供依据。
3. 汽车工程中的应用在汽车工程中，ANSYS软件被广泛应用于模拟汽车零部件之间的接触问题。
（完整版）ANSYS—接触单元说明
（完整版）ANSYS—接触单元说明参考ANSYS的中⽂帮助⽂件接触问题（参考ANSYS的中⽂帮助⽂件）当两个分离的表⾯互相碰触并共切时，就称它们牌接触状态。
在⼀般的物理意义中，牌接触状态的表⾯有下列特点：1、不互相渗透；2、能够互相传递法向压⼒和切向摩擦⼒；3、通常不传递法向拉⼒。
接触分类：刚性体－柔性体、柔性体－柔性体实际接触体相互不穿透，因此，程序必须在这两个⾯间建⽴⼀种关系，防⽌它们在有限元分析中相互穿过。
――罚函数法。
接触刚度――lagrange乘⼦法，增加⼀个附加⾃由度（接触压⼒），来满⾜不穿透条件――将罚函数法和lagrange乘⼦法结合起来，称之为增⼴lagrange法。
三种接触单元：节点对节点、节点对⾯、⾯对⾯。
接触单元的实常数和单元选项设置：FKN：法向接触刚度。
这个值应该⾜够⼤，使接触穿透量⼩；同时也应该⾜够⼩，使问题没有病态矩阵。
FKN值通常在0.1~10之间，对于体积变形问题，⽤值1.0（默认），对弯曲问题，⽤值0.1。
FTOLN：最⼤穿透容差。
穿透超过此值将尝试新的迭代。
这是⼀个与接触单元下⾯的实体单元深度（h）相乘的⽐例系数，缺省为0.1。
此值太⼩，会引起收敛困难。
ICONT：初始接触调整带。
它能⽤于围绕⽬标⾯给出⼀个“调整带”，调整带内任何接触点都被移到⽬标⾯上；如果不给出ICONT值，ANSYS根据模型的⼤⼩提供⼀个较⼩的默认值（＜0.03＝PINB：指定近区域接触范围（球形区）。
当⽬标单元进⼊pinball区时，认为它处于近区域接触，pinball区是围绕接触单元接触检测点的圆（⼆维）或球（三维）。
可以⽤实常数PINB调整球形区（此⽅法⽤于初始穿透⼤的问题是必要的）PMIN和PMAX：初始容许穿透容差。
这两个参数指定初始穿透范围，ANSYS 把整个⽬标⾯（连同变形体）移到到由PMIN和PMAX指定的穿透范围内，⽽使其成为闭合接触的初始状态。
初始调整是⼀个迭代过程，ANSYS最多使⽤20个迭代步把⽬标⾯调整到PMIN和PMAX范围内，如果⽆法完成，给出警告，可能需要修改⼏何模型。
ansys非线性接触分析中的接触行为
ansys非线性接触分析中接触行为接触是状态改变非线性，经典ANSYS版本中共提供了7种接触行为，每一种都有其特点及相应的应用范围，在选用的时候应该谨慎。
（1）标准接触行为（standard）该接触行为包括了法向接触闭合和分开行为，在该接触模式中既考虑粘着摩擦同时也考虑了滑动摩擦。
如图上，AB与BC本来是分开的，中间通过B点连接，当在A点施加力F，AB慢慢贴近BC，最终靠在一起。
但F撤销后，AB在恢复力的作用下慢慢回复到初始分开状态。
标准接触行为包括了分开状态→闭合状态→分开状态。
当AB与BC靠在一起时，既存在正压力，同时还有沿BC圆弧切线方向的摩擦力。
（2）粗糙接触行为（rough）该接触行为包括了法向接触闭合和分开行为，但滑动行为在此是不会发生的。
原因是所有参与接触的表面都被假定为非常粗糙，以致于可以认为摩擦力无穷大而不能够产生相对滑动。
在这种接触行为中，接触的两个物体或部件之间，除了存在正压力外，还有切向摩擦力，但是接触部分之间不可以产生相对滑动。
（3）绑定接触行为（bonded）是指一旦接触关系建立，那么目标面及接触面就被假定为粘结在一起（不可以分开）。
（4）绑定接触行为（始终）（bonded（always））任何初始时在许可接触容差范围内探测到的接触点或者是那些即将进入接触的点在后续的分析中将被绑定在一起。
这种接触行为的典型应用，如在组装分析中将两种不同网络的组件“加”在一起。
线性静态分析也可以用该种接触行为来解决，虽然由于有接触单元的存在，分析中将会提示为非线性分析，但往往只要一步迭代就完成了。
（5）绑定接触行为（初始接触）（bonded（initial））绑定仅发生在初始状态下就接触的面上，初始状态下没有接触的部分将继续保持分开。
典型的例子是通过焊接连接在一起的两个物体，焊接部分始终保持连接，没有焊接的部分保持分离状态。
（6）不分开型（no separation）一旦接触关系建立，目标面及接触面便被约束在一起了，但还是允许接触面之间有滑动。
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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起的表面不连续。
•与点─面接触单元比，需要较多的接触单元，因而造成需要较小的磁盘空间和CPU时间。
•允许多种建模控制，例如：
•绑定接触
•渐变初始渗透
•目标面自动移动到补始接触
•平移接触面（老虎梁和单元的厚度）
•支持死活单元
使用这些单元，能模拟直线（面）和曲线（面），通常用简单的几何形状例如圆、抛物线、球、圆锥、圆柱采模拟曲面，更复杂的刚体形状能使用特殊的前处理技巧来建模。