ANSYS接触分析_学习手记
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第7章 接触分析
3．无摩擦
• 无摩擦接触，即两接触体之间是理想状态。当外力作用时，两接触体可以发生 分离和相对滑动，当两物体分离后，法向作用力减为0，两物体接触滑动时处 于理想状态，不产生摩擦力作用。
4．静摩擦
• 模拟静摩擦的场景，当两物体之间不发生相对滑动但是存在静摩擦力的时候， 可以使用本接触类型进行设置，可以理解为两物体之间的静摩擦力需要多大就 提供多大。
• 7.3.2 几何建模 • 7.3.3 材料属性设置 • 7.3.4 接触设置 • 7.3.5 网格划分 • 7.3.6 载荷及约束设置 • 7.3.7 模型求解 • 7.3.8 结果后处理
7.4 接触分析实例——螺栓连接
• 螺栓连接在接触问题中非常典型，本例将以螺栓连接为对象，详细介绍如何加 载预紧力、设置螺栓连接接触类型等常见技术问题，为读者进行螺栓连接分析 提供指导。
5．摩擦接触
• 通用摩擦接触，既包含静摩擦也包含滑动摩擦，在接触初始时，两接触体是静摩擦状态，当 外界作用力增大且使两接触体发生相对滑动时，此时产生滑动摩擦，滑动摩擦力基于F=计算， 用户在定义该接触类型时需要定义接触面之间的摩擦系数。
6．滑动摩擦
• 直接滑动摩擦接触是指接触体之间不发生静摩擦作用的阶段。该接触类型只针 对刚体动力学分析，系统接触力与法向正压力成正比。
• 支座及底板材质为结构钢材，在WB 19.0中默认即可；螺栓材质选用45号钢，其材料属性参 数：Ε=209000MPa，泊松比μ=0.269。
• 7.4.4 接触设置 • 7.4.5 网格划分 • 7.4.6 载荷及约束设置 • 7.4.7 模型求解 • 7.4.8 结果后处理
7.5 本章小结
• 本章先对接触问题的基本概念和模型进行介绍，让读者对有限元接触有一个概 念性的了解。然后通过两个实例分析，详细介绍如何在WB 19.0中进行含非线 性接触问题的仿真设置和操作，并对WB 19.0中提供的各类接触模型及接触类 型进行逐一讲解，使读者掌握如何选择接触类型、设置接触参数、查看接触产 生的各种结果类型，最终完成整个接触项目的仿真。
ANSYS接触分析(中文)
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接触分析入门知识
ansys接触分析入门知识在ansys中，有专门的接触单元用于解决各种不同的接触问题。
对于点对点接触问题有二维点对点接触单元CONTAC12、三维点对点接触单元CONTAC52和CONTAC178。
为了能够使用这些点对点接触单元，需要预先知道明确的接触位置，即使在几何非线性的情况下，接触面之间也只能允许有较小的相对滑动。
对于面对点接触问题，常用的有用来模拟柔性点对刚性面接触单元CONTAC26、二维点对面接触单元CONTAC48、三维点对面接触单元CONTAC49、CONTAC175.这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，二期接触面之间也不需要保持一致的网格，同时允许有大的变形和相对滑动。
对于面对面接触问题，有二维2节点的低阶线接触单元CONTAC171、3节点的高阶抛物线接触单元CONTAC172、三维4节点的缔结四边形接触单元CONTAC173、8节点的高阶四边形接触单元CONTAC174.由于面跟面之间的相互接触，有一个目标面和接触面的问题，因此使用这些接触单元必须同时使用配对单元（用来模拟目标面和目标单元）。
同CONTAC171和CONTAC172配对的是二维目标单元TARGET169，同CONTAC173和CONTAC174配对的是三维目标单元TARGET170.面对面单元比点对面单元具有更好的性能、对接触的位置、范围要求更宽，但是接触的求解结果却更好。
三大类接触单元的使用并不是限制的很死，只要对问题的本质理解清楚，就能灵活运用。
比如两个面上的节点一一对应，相对滑动又可忽略不计，两个面的挠度、转动保持小量，那么就可以用点对点接触单元来模拟面对面的接触问题。
又如能通过一组节点来定义接触面，生成多个单元，那么就可以用点对面的对接触单元来模拟面对面的接触问题。
接触单元就像皮肤一样覆盖在下面的有限元模型上，会自动跟踪整个变形过程。
对于点对点的接触情况，只要对节点赋予点对点接触单元即可。
对于点对面或面对面接触情况，还涉及到选取目标面的问题。
ansys-workbench-接触的总结
①下面对非对称行为接触表面的正确选择给出选择指导:–如果一凸的表面要和一平面或凹面接触，应该选取平面或凹面为目标面.–如果一个表面有粗糙的网格而另一个表面网格细密，则应选择粗糙网格表面为目标面.–如果一个表面比另一个表面硬，则硬表面应为目标面.–如果一个表面为高阶而另一个为低阶，则低阶表面应为目标面.–如果一个表面大于另一个表面，则大的表面应为目标面.②法向刚度WB-Mechanical系统默认自动设定。
–用户可以输入“法向刚度因子Normal Stiffness Factor” (FKN) 它是计算刚度代码的乘子.因子越小，接触刚度就越小。
•默认 FKN =10 (对于绑定和不分离的接触)•默认 FKN=10(其他形式接触) 默认 FKN1.0 (其他形式接触)•接触问题法向刚度选择一般准则:–体积为主的问题: 用“Program Controlled”或手动输入“Normal Stiffness Factor”为“1”–弯曲为主的问题: 手动输入“Normal Stiffness Factor”为“0.01”到“0.1”之间的数值。
-在大变形问题的无摩擦或摩擦接触中建议使用“Augmented Lagrange”法向接触刚度 knormal是影响精度和收敛行为最重要的参数.–刚度越大，结果越精确，收敛变得越困难.–如果接触刚度太大，模型会振动，接触面会相互弹开。
- 其中update stifness 设置可以控制计算收敛与否。
③-刚度增加, 渗透减少，而最大压力增加. 并且通常会有更多的迭代和更长运行时间④ 不管使用了何种接触行为 (对称或反对称), 模型的变形和等效应力本质是相同的. 对称行为可以提高收敛. 但对称接触结果不容易解释，为接触面与目标面结果的平均值。
0.0032902 0.0033033 0.0033052 0.0033055 0.0033053565.05Mp a 774.12Mp a 811.34Mp a 816.26Mp a 812.78Mp a0.011864 0.0016253 0.0017035 0.000017138 0.00001998417 17 20 24 57⑤在详细窗口中用户可以选择“Adjusted to Touch”或“AddOffset”-“AdjstedtoToch”让Simlation 决定需要多大的接触偏移量来闭合缝隙建立初始接触。
ANSYS接触分析 学习手记
◆前提：◇有限元模型。
◇已识别接触面及目标面。
（*可应用自由度耦合来替代接触。
）◆定义接触单元及实常数◇（刚性）目标单元—— TARGE169 TARGE170 ；◇（柔性）接触单元—— CONTA171~CONTA172。
***Commands***ET,K,169 !K - 指定的单元编号ET,K+1,172*** ****◇实常数——一个接触对对应同一个实常数号。
TARGE单元的实常数包括：R1、R2 —定义目标单元几何形状CONTA单元的实常数包括：No. Name Description1 R1 Target circle radius（刚性环半径）2 R2 Superelement thickness（单元厚度）*3 FKN Normal penalty stiffness factor（法向接触刚度因子）*4 FTOLN Penetration tolerance factor（最大允许的穿透）*5 ICONT Initial contact closure（初始闭合因子）6 PINB Pinball region（“Pinball”区域）*7 PMAX Upper limit of initial allowable penetration（初始穿透的最大值）*8 PMIN Lower limit of initial allowable penetration（初始穿透的最小值）*9 TAUMAX Maximum friction stress（最大的接触摩擦）*10 CNOF Contact surface offset（施加于接触面的正或负的偏移值）11 FKOP Contact opening stiffness or contact damping*12 FKT Tangent penalty stiffness factor（切向接触刚度）13 COHE Contact cohesion（滑动抗力粘聚力）14 TCC Thermal contact conductance（热接触传导系数）15 FHTG Frictional heating factor（摩擦耗散能量的热转换率）16 SBCT Stefan-Boltzmann constant17 RDVF Radiation view factor18 FWGT Heat distribution weighing factor19 ECC Electric contact conductance20 FHEG Joule dissipation weight factor21 FACT Static/dynamic ratio（静摩擦系数和动摩擦系数的比率）22 DC Exponential decay coefficient（摩擦衰减系数）23 SLTO Allowable elastic slip24 TNOP Maximum allowable tensile contact pressure25 TOLS Target edge extension factor附注：+值作为比例因子，-值作为绝对值；带*号的实常数比较重要，关乎接触分析的收敛；一般实常数可为缺省值。
ANSYS Mechanical 接触分析
--这是一个相对因子，一般变形问题建议使用1.0. 对弯曲支配情况， 如果收敛困难的话，小于 0.1的值可能是有用的。 --接触刚度在求解中可自动调整。如果收敛困难，刚度自动减小。
接触刚度
接触刚度WB-Mechanical系统默认自动设定。
– 用户可以输入“接触刚度因子Normal Stiffness Factor” (FKN) 它是计算刚 度代码的乘子。因子越小，接触刚度就越小。
然而, 值太大会引起收敛困难.
基本概念
如果接触刚度太大, 一个微小的穿透将会产生一个过大的 接触力, 在下一次迭代中可能会将接触面推开。
F
F
F接触
F
迭代 n
迭代 n+1
迭代 n+2
用太大的接触刚度通常会导致收敛振荡, 并且常会发散。
基本概念
接触协调 – Lagrange乘子法
另外一种方法, Lagrange乘子 法, 增加一个附加自由度 (接触压力)，来 满足不可穿透条件。
F
基本概念
接触协调 – 增广 Lagrange法
多数 ANSYS 接触单元可以将罚函数法和 Lagrange乘子法结合起来强 制接触协调，称之为增广 lagrange法。 在迭代的开始, 接触协调基于惩罚刚度确定。一旦达到平衡, 检查穿 透容差。此时, 如果有必要, 接触压力增加, 迭代继续。
ansys 接触分析详解
ansys 接触分析详解012009-08-13 07:12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。
《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。
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◆前提：
◇有限元模型。
◇已识别接触面及目标面。
（*可应用自由度耦合来替代接触。
）
选择目标面和接触面的准则：
1.凸面和凹面或平面接触是，选平面或凹面为目标面。
2、接触的两个面网格划分有粗细的话，选粗网格所在面为目标面。
3两个面刚度不同时，选择刚度大的面为目标面4如果两个面为一个高阶单元，一个为低阶单元，选低阶单元为目标面 5.如果一个面比另一个面大选大的面为目标面。
2.
◆定义接触单元及实常数
◇（刚性）目标单元—— TARGE169 TARGE170 ；
◇（柔性）接触单元—— CONTA171~CONTA172。
***Commands***
ET,K,169 !K - 指定的单元编号
ET,K+1,172
*** ****
◇实常数——一个接触对对应同一个实常数号。
TARGE单元的实常数包括：R1、R2 —定义目标单元几何形状
CONTA单元的实常数包括：
No. Name Description
1 R1 Target circle radius（刚性环半径）
2 R2 Superelement thickness（单元厚度）
*3 FKN Normal penalty stiffness factor（法向接触刚度因子）
*4 FTOLN Penetration tolerance factor（最大允许的穿透）
*5 ICONT Initial contact closure（初始闭合因子）
6 PINB Pinball region（“Pinball”区域）
*7 PMAX Upper limit of initial allowable penetration（初始穿透的最大值）*8 PMIN Lower limit of initial allowable penetration（初始穿透的最小值）*9 TAUMAX Maximum friction stress（最大的接触摩擦）
*10 CNOF Contact surface offset（施加于接触面的正或负的偏移值）
11 FKOP Contact opening stiffness or contact damping
*12 FKT Tangent penalty stiffness factor（切向接触刚度）
13 COHE Contact cohesion（滑动抗力粘聚力）
14 TCC Thermal contact conductance（热接触传导系数）
15 FHTG Frictional heating factor（摩擦耗散能量的热转换率）
16 SBCT Stefan-Boltzmann constant
17 RDVF Radiation view factor
18 FWGT Heat distribution weighing factor
19 ECC Electric contact conductance
20 FHEG Joule dissipation weight factor
21 FACT Static/dynamic ratio（静摩擦系数和动摩擦系数的比率）
22 DC Exponential decay coefficient（摩擦衰减系数）
23 SLTO Allowable elastic slip
24 TNOP Maximum allowable tensile contact pressure
25 TOLS Target edge extension factor
附注：
+值作为比例因子，-值作为绝对值；
带*号的实常数比较重要，关乎接触分析的收敛；
一般实常数可为缺省值。
***Commands***
REAL,K !K - 指定169和172的共同的实常数编号
ET,K,169 !K - 指定的单元编号
ET,K+1,172
R,K,,,FKN0,FTOLN0 !指定实常数1~6的值
RMORE,,,,,,FKT0, !指定实常数7~12的值
*** ****
◇材料参数——仅需定义摩擦系数
***Commands***
MP,MU,J,0.6
!J为材料编号，切勿与此前定义的重复；0.6为接触摩擦系数。
*** ****
附注：当接触对数目较多，且各接触对的性质相似时，可利用*Do循环语句定义单元、实常数。
***Commands***
MP,MU,J,0.6
*DO,K,8,14,2 !Do循环语句定义单元、实常数。
REAL,K
ET,K,169
ET,K+1,172
!KEYOPT,K+1,5,3
KEYOPT,K+1,9,3
!KEYOPT,K+1,8,0
!KEYOPT,K+1,10,1
R,K,,,FKN0,FTOLN0 ! ,CNOF0,
RMORE,,,,,,FKT0
NROPT,UNSYM
*ENDDO
*** ****
◆生成单元
应用直接生成法（ESURF）建立单元...
***Commands***
REAL,K !指定实常数编号
type,K !指定TARGE单元编号
mat,J !指定材料编号
lsel,,,,1 !选择编号为1的接触边界线
nsll,,1 !选择依附于线1的节点
esurf !生成刚性目标单元
type,K+1 !指定CONTA单元编号
lsel,,,,2
nsll,,2
esurf !生成柔性接触单元
allsel
*** ****
◆关乎收敛的若干参数（实常数及单元关键字）设置
◇接触刚度设置—— FKN FKT KEYOPT(10)
◇初始穿透设置—— CNOF KEYOPT(5) KEYOPT(9)
***Commands***
KEYOPT,K+1,9,3
*** ****
◇最大允许穿透—— FTOLN
◇可应用自由度耦合来替代接触——NUMMRG (命令)
有限元分析导入模型：
1.将当前模型，另存为 *.x_t格式，即保存类型选择Parasolid(*.x_t),注意，文件名必须是英文或数字。
输出对话框中，选择⊙所有实体。
2.把ANSYS工作目录设置成刚才保存*.x_t文件的文件夹。
同样，这个目录里也不能出现任何中文。
3.运行ANSYS，File→Import→PARA...→左侧框中就会看到刚才生成的*.x_t文件，选中，OK，导入完成。
4.现在看到的模型是线框，PlotCtrls→Style→Solid Model Facets→下拉框中选择Normal Faceting→OK, 鼠标右键选择Replot重生，即可看到实体了。