Ansys接触问题处理方法与参数设置
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。
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分析(特征值屈曲与接触)
Tips：
·对于受力复杂的模型，由于不是受到一个载荷的作用，需要进行多次调整静力载荷， 使最后计算得 到的ε值 为1±0.01时，施加的静力载荷即屈曲许用载荷。 ·失稳的云图只显示失稳的状态，其应力值没有意义。
分析进阶_特征值屈曲分析
对于结构的稳定性计算可以使用特征值屈曲分析（实例1）
【已知】材料Q235圆钢，直径100mm，长度2000m，A端固定。计算屈曲载荷Fcr。
分析进阶_接触分析
结构件连接处作为一体化处理可以解决整体钢结构的应力分析问题，但是如 果想要研究连接处的应力情况，则前面提到的方法无法得到准确的结果。
例如：通过螺栓连接的表面之间会在外载荷的作用下可能发生相互挤压，或 者发生分离。当结构件受到复杂外载荷作用时，在计算之前我们无法预知接触面 之间的接触范围。此时我们需要更加智能和精确计算方法-接触分析
理论计算结果相符，但对于偏心压杆其结果则较理论结算
偏大（高50%）。
分析进阶_特征值屈曲分析
对于结构的稳定性计算可以使用特征值屈曲分析（实例2）
【已知】H型钢，b=124mm,h=248mm，t=5mm，tf=8mm，长度8000mm。 A端固定，B端施加作用力。计算屈曲载荷Fcr。
A B 【理论计算】参考机械设计手册的算法 Fcr=2769N 【ANSYS计算】 Fcr=3070KN（网格线段长度100）误差11% Fcr=3078KN（网格线段长度20）误差6.3% Fcr=3079KN（网格线段长度10）误差5.9%
Ansys_过盈配合接触设置
例 3.一个简单的轴和带孔圆盘的过盈配合的实例。 圆盘的基本尺寸为： 内径 Rpin=35mm（原书中此值为 34mm）,外径 Rpout=100,盘高 Hp=25mm； 轴的基本尺寸为： 内径 Rain=25mm，外径 Raout=35mm，轴长 La=150mm。
在 ANSYS 中正确地模拟过盈配合
过盈配合在机械产品的装配中使用相当普遍,譬如轴与轴承,轴与轴瓦,汽车 的制动盘等,都是通过一定的过盈量来使两个装配部件紧密连接起来。
下面讨论如何在 ANSYS 中正确地模拟过盈配合。过盈配合在有限元分析中 是一种典型的非线性接触行为。在有限元分析中设定了接触，从本质上来讲就是 对相互接触的两个部件施加了某种约束，不同的接触算法对于接触约束的处理方 法有所不同。接触约束的理论算法的选择，在 ANSYS 中是通过设置 contact 单 元的 KEOPT(2)选项来实现的。在 ANSYS 中目前主要有 5 种接触约束算法：
图 2：一个轴类零件和孔类零件的过盈配合的截面图
在几何上，图 2 的轴和孔有一定的过盈配合量，其大小等于两个圆的半径之 差，我们的本意是想用这个几何位置上的过盈量来模拟过盈配合。
不幸的是，两个部件划分网格之后，实际的过盈量应该为单元之间的距离， 即图上中靠得比较近的两条线段之间的距离，显然，这个距离不再等于我们预先 设置的过盈量了。更何况，上面这个图还是两个部件的网格对对得比较整齐的情 况，如果网格对的不整齐，过盈量就和我们预设的差的更远了。对于过盈配合来 讲，过盈量的数值变化对于过盈产生的应力的影响是很大的。
NSLA,S,1 ESLN,S,0 ESURF ALLSEL ESEL,ALL ESEL,S,TYPE,,2 ESEL,A,TYPE,,3 ESEL,R,REAL,,3 /PSYMB,ESYS,1 /PNUM,TYPE,1 /NUM,1 EPLOT ESEL,ALL /COM, CONTACT PAIR CREATION - END
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主要的接触问题
• Step 7.求解 • solve • Step 8.后处理 • 接触分析的结果主要包括位移、应力、应变和接触信息。 • 接触信息包括：接触压力、单元的现在和过去状态： • 分开（没有接触） • 接触粘合状态 • 接触滑动状态 • 粘合 = 1；滑动 = 2或 -2；分开 = 3或4 • ·两个表面间的距离，如果是正值，两表面是分开的（STAT = 3或
Component
• Component name = CONTACT
• Component is made of = nodes • 【OK】 • 命令：CM,CONTACT,node
• ·KEYOPT(1):选择自由度 • ·KEYOPT(2):选择罚函数的方法 • 0－Penalty function罚函数法 • 1－Penalty function + Lagrange multiplier
（罚函数＋拉格朗日法）
• 缺省情况下单元采用罚函数法保证接触协调性。 也可以选择混合罚函数和拉格朗日法,此方法还要 指定一个穿透容差，单位为长度。
• NSEL,S,NODE, …
! 在接触面上选择一组节点
• CM,CONTACT,NODE “CONTACT”
! 将所有节点定义成组元
• NSEL,S,NODE, … 点
! 在目标单元上选择一组节
• CM,TARGET,NODE, “TARGET”
! 将所选节点定义成组元
• NSEL,ALL
! 选中所有节点
触检查点，在角点处会呈现过渡穿透。在此情况下，可以混合使用面 一面接触单元和点－面接触单元(图1-1)
图1-1
• ·点－面接触单元不必知道接触 面的位置。
《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。
ANSYS接触分析实例
ANSYS接触分析实例接触分析是指在模拟两个物体在接触过程中的力学行为。
在工程设计中，接触分析能够解决各种复杂的机械接触问题，例如轴承、齿轮传动、接头连接等。
ANSYS通过它的接触分析功能，能够模拟物体间的精确接触行为，包括接触压力、接触区域、接触力和摩擦力等，并提供准确的力学分析结果。
举一个实际的例子，假设我们需要分析一个摩擦力的问题。
一辆汽车正在上坡行驶，车轮与路面之间的接触处产生了摩擦力。
我们希望通过ANSYS来模拟并计算摩擦力的大小。
首先，我们需要建立一个三维模型，包括车轮和路面。
可以使用ANSYS提供的建模工具进行绘制，也可以导入其他CAD软件中的模型。
在建模过程中，我们需要设置适当的边界条件和材料属性，例如路面的摩擦系数和车轮的材料参数。
接下来，我们需要定义接触边界条件。
在这个例子中，车轮与路面之间发生接触的区域称为接触区域。
可以在ANSYS中使用接触探测器来自动识别接触区域，或者手动定义接触区域。
在定义接触区域后，需要设置接触界面的行为，包括摩擦系数、接触刚度和接触阻尼等。
这些参数将影响接触力和摩擦力的计算结果。
完成模型和边界条件的设置后，我们可以进行接触力的计算。
首先，需要进行非线性静力分析，通过施加一个外力或位移来激活接触区域。
ANSYS将自动求解力学平衡方程并计算出接触力。
我们可以通过结果后处理功能来可视化和分析接触力的分布情况。
得到接触力的结果后，我们可以根据需要进一步分析摩擦力。
ANSYS提供了丰富的后处理工具，例如力矩计算和摩擦力分析工具，可以帮助我们准确地计算和分析摩擦力的大小和方向。
通过以上的步骤，我们可以使用ANSYS进行接触分析，并得到准确的接触力和摩擦力结果。
这个例子只是接触分析的一个简单示例，实际应用中的接触分析可能涉及更复杂的几何形状、材料特性和接触行为等，并需要更深入的分析和验证。
但是通过ANSYS强大的功能和易用性，工程师们可以更高效地解决接触分析问题，提高产品设计的质量和性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ansys接触问题处理方法
接触问题的关键在于接触体间的相互关系，此关系又可分为在接触前后的法向关系与切向关系。
法向关系：
在法向，必须实现两点：1）接触力的传递。
2）两接触面间没有穿透。
ANSYS通过两种算法来实现此法向接触关系：罚函数法和拉格朗日乘子法。
1．罚函数法
是通过接触刚度在接触力与接触面间的穿透值（接触位移）间建立力与位移的线性关系：对面面接触单元17*，接触刚度由实常数FKN来定义。
穿透值在程序中通过分离的接触体上节点间的距离来计算。
接触刚度越大，则穿透就越小，理论上在接触刚度为无穷大时，可以实现完全的接触状态，使穿透值等于零。
但是显而易见，在程序计算中，接触刚度不可能为无穷大（否则病态），穿透也就不可能真实达到零，而只能是个接近于零的有限值。
以上力与位移的接触关系可以很容易地合并入整个结构的平衡方程组K*X=F中去。
并不改变总刚K的大小。
这种罚函数法有以下几个问题必须解决：
1）接触刚度FKN应该取多大？
2）接触刚度FKN取大些可以减少虚假穿透，但是会使刚度矩阵成为病态。
3）既然与实际情况不符合的虚假穿透既然是不可避免的，那么可以允许有多大为合适？
因此，在ANSYS程序里，通常输入FKN实常数不是直接定义接触刚度的数值，而是接触体下单元刚度的一个因子，这使得用户可以方便地定义接触刚度了，一般FKN取0.1到1中间的值。
当然，在需要时，也可以把接触刚度直接定义，FKN输入为负数，则程序将其值理解为直接输入的接触刚度值。
对于接近病态的刚度阵，不要使用迭代求解器，例如PCG等。
它们会需要更多的迭代次数，并有可能不收敛。
可以使用直接法求解器，例如稀疏求解器等。
这些求解器可以有效求解病态问题。
穿透的大小影响结果的精度。
用户可以用PLESOL,CONT,PENE来在后处理中查看穿透的数值大小。
如果使用的是罚函数法求解接触问题，用户一般需要试用多个FKN值进行计算，可以先用一个较小的FKN值开始计算，例如0.1。
因为较小的FKN有助于收敛，然后再逐步增加FKN值进行一系列计算，最后得到一个满意的穿透值。
FKN的收敛性要求和穿透太大产生的计算误差总会是一对矛盾。
解决此矛盾的办法是在接触算法中采用扩展拉格朗日乘子法。
此方法在接触问题的求解控制中可以有更多更灵活的控制。
可以更快的实现一个需要的穿透极限。
2．拉格朗日乘子法与扩展拉格朗日乘子法
拉格朗日乘子法与罚函数法不同，不是采用力与位移的关系来求接触力，而是把接触力作为一个独立自由度。
因此这里不需要进行迭代，而是在方程里直接求出接触力（接触压力）来。
Kx=F+Fcontact
从而，拉格朗日乘子法不需要定义人为的接触刚度去满足接触面间不可穿透的条件，可以直接实现穿透为零的真实接触条件，这是罚函数法所不可能实现的。
使用拉格朗日乘子法有下列注意事项：
1）刚度矩阵中将有零对角元，使有些求解器不克使用。
只能使用直接法求解器，例如波前法或系数求解器。
而PCG之类迭代求解器是不能用于有零主元问题的。
2）由于增加了额外的自由度，刚度阵变大了。
3）一个可能发生的严重问题，就是在接触状态发生变化时，例如从接触到分离，从分离到
接触，此时接触力有个突变，产生chattering（接触状态的振动式交替改变）。
如何控制这种chattering，是纯粹拉格朗日法所难以解决的。
因此，为控制chattering，ANSYS采用的是罚函数法与拉格朗日法混合的扩展拉格朗日乘子法。
在扩展拉格朗日法中，可以采用实常数TOLN来控制最大允许穿透值。
还有最大允许拉力FTOL。
这两个参数只对扩展拉格朗日乘子法有效。
在扩展拉格朗日乘子法里，程序按照罚函数法开始，与纯粹拉格朗日法类似，用TOLN来控制最大允许穿透值。
如果迭代中发现穿透大于允许的TOLN值，（对178单元是TOLN，而对面面接触单元171-174则是FTOLN）则将各个接触单元的接触刚度加上接触力乘以拉格朗日乘子的数值。
因此，这种扩展拉格朗日法是不停更新接触刚度的罚函数法，这种更新不断重复，直到计算的穿透值小于允许值为止。
尽管与拉格朗日法相比，扩展拉格朗日法的穿透并不是零，与罚函数法相比，可能迭带次数会更多。
扩展拉格朗日法有下列优点：
1）较少病态，个接触单元的接触刚度取值可能更合理。
2）与罚函数法相比较少病态，与单纯的拉格朗日法相比，没有刚度阵零对角元。
因此在选择求解器上没有限制，PCG等迭代求解器都可以应用。
3）用户可以自由控制允许的穿透值TOLN。
（如果输入了TOLN，而使用罚函数法，则程序忽略它）
切向关系：
摩擦的处理与法向接触力类似。
由于摩擦是非对称的，使问题变的更为复杂。
ANSYS缺省是做对称求解，即使用对称求解器作近似求解。
但是可以改变几个选项强迫做非对称求解。
非对称求解更精确，但是计算量大许多。