ANSYS接触属性.docx

ANSYS接触属性.docx

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ANSYS接触属性

接触属性

以下为ANSYS中用于创建接触对的接触属性对话框中的标签：

♦Basic–基本属性

♦Friction–摩擦

♦InitialAdjustment–初始调整

♦Misc–杂项

♦Rigidtarget–刚性目标

♦Thermal–热

♦Electric–电

♦Magnetic–磁

♦Constraint–约束

♦ID–标识符

注解：

上述标签不是任何时候都是可用的。

在GUI方式中出现的标签和每个标签显示的选项取决于所定义的接触对的种类，以及访问接触属性对话框的位置（从ContactWizard或ContactManager）。

接触属性：

基本属性

基本属性标签包含有关接触行为和收敛的一般属性。

首先应该尝试使用默认设置执行接触分析，然后根据分析中遇到的具体困难和特殊情况修改设置。

使用如下问题和解答帮助确定是否需要根据特殊情况修改任何默认的设置。

这些问题只是作为一种提示，引导用户确定如何调整接触属性的设置，但并不包含这些参数的所有可能的应用。

建议用户阅读有关的章节（后面列出），即使该问题并未直接用于你的情况。

有关的章节给出了如何使用相关参数的更完整的说明。

在这一对话框中，选项表示选择一个默认值；thefactorradio按钮表示设置一个比例因子；theconstantradio按钮表示设置一个常数比例因子。

问题

调整这些参数...

模型是细长结构或以弯曲为主的吗？

Normalpenaltystiffness[FKN]

Contactalgorithm[KEYOPT

（2）=0,1]

模型的网格密度变化很大吗？

求解时由于振荡而不收敛吗？

Penetrationtolerance[FTOLN]

存在由于目标段远离接触单元（即使存在穿透）而造成的假接触吗？

Pinballregion[PINB]

接触面行为不是标准的单面接触（即，接触与目标分离时，法向压力不是零）?

Behaviorofcontactsurface[KEYOPT（12）]

需要考虑会改变基本单元刚度的大应变影响（比如，颈缩）吗？

对于设置为在接触对的单元中进行平均的接触对，需要在每个载荷步中经常更新法向或切向接触刚度吗？

需要根据单个单元的几何和材料行为而不是在接触对的单元中进行平均，在每个载荷步中经常更新法向或切向接触刚度吗？

Contactstiffnessupdate[KEYOPT（10）]

模型中存在高度扭曲的单元、大的摩擦系数、和/或使用默认的augmentedLagrange算法时较差的收敛过程吗？

Contactalgorithm[KEYOPT

（2）]

需要对装配使用多点约束（MPC）吗？

Contactalgorithm[KEYOPT

（2）=2]

模型中的穿透是否不可接受？

Contactalgorithm[KEYOPT

（2）=3,4]

如果使用Lagrange/penalty算法（KEYOPT

（2）=3）或pureLagrangemultiplier方法（KEYOPT

（2）=4）,，求解是否由于振荡而不收敛？

Allowabletensilecontactpressure[TNOP]

是否对转角部位用点-面、或边界-面建模，并使用了CONTA171,CONTA172,CONTA173或CONTA174单元？

Locationofcontactdetection[KEYOPT（4）]

接触区域是否比目标面光滑（使用单元CONTA175）?

Contactnormal[KEYOPT（4）]

如果使用了MPC算法，是否需要约束转动自由度？

Typeofconstraint[TARGE170,KEYOPT（5）]

有关单元：

CONTA171,CONTA172,CONTA173,CONTA174,CONTA175

接触属性：

摩擦

摩擦（Friction）标签包含有关接触界面上的静摩擦和动摩擦的参数。

首先应该尝试使用默认设置执行接触分析，然后根据分析中遇到的具体困难和特殊情况修改设置。

使用如下问题和解答帮助确定是否需要根据特殊情况修改任何默认的设置。

这些问题只是作为一种提示，引导用户确定如何调整接触属性的设置，但并不包含这些参数的所有可能的应用。

建议用户阅读有关的章节（后面列出），即使该问题并未直接用于你的情况。

有关的章节给出了如何使用相关参数的更完整的说明。

在这一对话框中，选项表示选择一个默认值；thefactorradio按钮表示设置一个比例因子；theconstantradio按钮表示设置一个常数比例因子。

材料编号（MaterialID）和摩擦系数（FrictionCoefficient）参数来自ContactProperties:

SetParametersandCreate对话框。

使用Friction标签上的ID参数可以创建一个新的材料ID，或输入新的摩擦系数以覆盖已有的值。

（注意：

使用这一对话框，只能定义各向同性的摩擦系数。

关于如何定义正交异性摩擦的问题，参见ChoosingaFrictionModel，它只能用于三维接触分析）。

问题

调整这些参数...

你的分析涉及与法向接触刚度有明显不同的切向（滑动）接触刚度吗？

Tangentpenaltystiffness[FKT]

分析时每次迭代都要更新接触刚度[KEYOPT（10）=2]，并且即使可能降低精度也要加快收敛吗？

Allowableelasticslip[SLTO]

当法向压力为零时，需要包含滑动阻力吗？

Contactcohesion[COHE]

分析中包含金属成形或接触压力会变得很大的情况吗？

Maximumfrictionstress[TAUMAX]

摩擦应力会对整个位移场造成明显影响吗？

摩擦应力对分析结果很重要吗？

对于涉及摩擦的接触分析，收敛有问题吗？

Stiffnessmatrix[NROPT]

静力和动力摩擦系数是否不同？

Static/dynamicratio[FACT]

如果静力和动力摩擦系数不同，需要模拟摩擦延迟时间吗？

Exponentialdecaycoefficient[DC]

有关的单元：

CONTA171,CONTA172,CONTA173,CONTA174,CONTA175

接触属性：

初始调整

初始调整包含高级的穿透和表面偏移参数的设置。

首先应该尝试使用默认设置执行接触分析，然后根据分析中遇到的具体困难和特殊情况修改设置。

使用如下问题和解答帮助确定是否需要根据特殊情况修改任何默认的设置。

这些问题只是作为一种提示，引导用户确定如何调整接触属性的设置，但并不包含这些参数的所有可能的应用。

建议用户阅读有关的章节（后面列出），即使该问题并未直接用于你的情况。

有关的章节给出了如何使用相关参数的更完整的说明。

在这一对话框中，选项表示选择一个默认值；thefactorradio按钮表示设置一个比例因子；theconstantradio按钮表示设置一个常数比例因子。

问题

调整这些参数...

模型中包含初始穿透以至接触力立即跳跃到一个很大的值（比如干涉配合情况）吗？

Initialpenetration[KEYOPT（9）]

是对具有初始干涉接触的问题（比如冷缩装配）建模吗？

Contactsurfaceoffset[CNOF]

在发生接触前需要防止刚体运动吗？

Automaticcontactadjustment[KEYOPT（5）]

在发生接触前需要防止刚体运动吗？

Initialcontactclosure[ICONT]

在发生接触前需要防止刚体运动吗？

Lowerboundary-InitialAllowablePenetrationRange[PMIN]

在发生接触前需要防止刚体运动吗？

Upperboundary-InitialAllowablePenetrationRange[PMAX]

有关的单元：

CONTA171,CONTA172,CONTA173,CONTA174,CONTA175

接触属性：

Miscellaneous

使用Miscellaneous标签指定接触分析中的如下设置项。

如果激活factor按钮，所输入的值用作比例因子；如果激活constant按钮，输入值作为常数。

Contactopeningstiffness（接触分开刚度）

对FKOP参数（实常数）设置一个比例因子或常数值。

无论对不分离或绑定接触（no-separationorbondedcontact），都可能需要设置这个参数。

这个参数在接触分开时提供一个刚度因子。

如果输入的是因子，实际的接触分开刚度等于FKOP*接触闭合时的接触刚度。

默认FKOP值为1。

当发生接触分开时，不分离接触和绑定接触产生一个"pull-back"（拉回）力，但该力可能不能完全阻止分离。

为减少分离，定义一个大的FKOP值。

同样，有时会发生分离，但是必须保持接触双方的联接以防止刚体运动。

对这种情况，可以指定一个小的FKOP，可以允许发生分离并维持接触面之间的联接（这是一种"弱弹簧"效应）。

对于接触面行为（Behaviorofcontactsurface）设置为Standard和Rough的情况，忽略这一设置。

Targetedgeextensionfactor（目标边界扩展因子）

设置实常数TOLS的值，添加一个小的公差，用于在内部扩展目标面的边界。

TOLS的单位为百分比。

一个小值通常角有效。

对于小挠度情况，默认值为1；对于大挠度情况，默认值为2。

Asymmetriccontactselection（对称接触选择）

当模型涉及几个接触对，且小值接触和目标面有困难时，可以定义对称接触对。

选择这一选项时，在求解阶段，ANSYS内部选择所使用的对称接触对。

Beam/shellthicknesseffect（梁/壳厚度影响）

默认情况，ANSYS不考虑单元厚度，梁和壳体在其中面处离散化，穿透距离从中面处计算。

使用这一选项，可以考虑壳体（2-D和3-D）和梁（2-D）的厚度影响。

激活这一选项时，接触距离从单元的顶面或底面计算，且：

♦对于刚体-柔性体接触，ANSYS自动将接触面移动到梁/壳体单元的顶面或底面处。

♦对于柔性-柔性接触，ANSYS自动移动属于梁/壳体单元的接触面和目标面。

在创建几何模型时，如果未来要考虑厚度，注意可以对接触面或目标面或二者进行偏移。

如果指定接触偏移时激活了这一选项，偏移将从梁/壳体单元的顶面或底面，而不是从中面，开始计算。

在使用SHELL181,SHELL208或SHELL209时，还考虑变形导致的厚度变化。

Elementtimeincrement（单元时间增量）

时间步长控制是一个自动时间步特性，它可以预测接触状态何时会改变或减小当前时间步长。

有4种情况可供选择：

♦Nocontrol（不控制）：

时间步长不受预测的影响。

这一设置适合于激活了自动时间步和允许较小时间步长的大多数分析；

♦Automaticbisection（自动二分）：

如果在迭代时出现较大的穿透或接触状态明显改变，自动将时间步长取半；

♦Maintainreasonable（保持合理值）：

对下一子步预测一个合理值；

♦Achieveminimum（保持合理值）：

对下一子步预测一个最小时间增量。

Superelementusage（超单元用法）

面-面接触单元可以用于刚体（或线弹性体）与另一个有小运动的线弹性体的接触建模。

这些弹性体可以使用超单元建模，从而大大较少接触迭代时的自由度数量。

记住：

所有接触或目标节点都必须时超单元的主节点。

由于超单元是由一组保留节点自由度所组成，其中没有ANSYS用来定义接触面和目标面时需要的几何面，因此，必须在装配为超单元前，在原始单元面上定义接触面和目标面。

从超单元得到的信息包括：

节点联接和装配刚度，但没有材料属性或应力状态（无论是轴对称、平面应力或平面应变）。

一个限制是：

接触单元使用的材料属性集必须与装配到超单元前的原始单元集所使用的材料属性相同。

下列选项是有效的：

♦不使用超单元；

♦轴对称；

♦平面应变或没有厚度的平面应力；

♦输入厚度的平面应力–厚度（实常数R2）通过下面的域进行设置。

注解：

如果使用CONTA175单元，上述选项不可用。

但是，接触向导不提供ContactModel功能，该功能允许用户以接触力或接触牵引力（contactforceorcontacttraction）为基础进行接触建模。

Contactmodel–对CONTA175单元，可以基于接触力（KEYOPT（3）=0，默认）或接触牵引力（KEYOPT（3）=1）进行接触建模。

对于基于接触牵引力的模型，ANSYS可以确定域接触节点关联的面。

对于单点接触，将使用单位面积，它等价于基于接触力的模型。

接触属性：

刚性目标

使用Rigidtarget标签为接触分析设置以下选项：

Boundaryconditionontargetnodes（目标节点上的边界条件）

目标节点上边界条件可以是自动约束或用户指定的。

对于自动约束选项（默认值），ANSYS检查每个目标面的边界条件，如果遇到如下的所有条件，则ANSYS将目标节点各自的自由度作为固定的：

♦对于目标面节点没有明确的边界条件或作用力；

♦目标面节点没有连接到其他单元；

♦没有约束方程或节点偶合来约束目标面节点。

在每个载荷步结束时，ANSYS释放内部设置的约束条件。

存储在结果文件（Jobname.RST）和数据库文件（Jobname.DB）中的约束条件可以随着这一变化而更新。

在重启动一个分析或以交互方式重新求解时，需要仔细确认当前的约束条件是否时预期的。

如果希望控制目标节点的约束条件，选择Userspecified。

Areaelementshave（有面单元时）

说明三维刚性目标面网格是高阶的（有中间节点）还是低阶的目标单元

PilotNode（引导节点）

使用以下选项可以定义或修改引导节点：

♦PilotName（引导节点名–可选）–为包含引导节点的节点component指定一个名字，以后可以方便的对引导节点进行交互操作。

♦PilotNode–可以使用下面列出的方法之一，创建或修改（删除/移动）一个引导节点。

定义方法包括：

自动方法（在目标单元的中心）、点取方法,（点取已有的关键点，节点或工作平面位置）、以及直接输入当前坐标系中的一个位置。

点取选择位置...通过点取或输入节点坐标来指定引导节点的位置。

注意：

只有在点击接触属性对话框中的OK按钮后，才会创建或修改指定的引导节点。

接触属性：

热

使用Thermal标签为热接触分析指定以下设置：

ThermalContactConductance（热接触导热性）

设置实常数TCC。

在两个接触面之间传递的热量为：

q=TCCX（Tt-Tc）

其中：

q时单位面积的热流；

TCC是热接触导热系数；

Tt和Tc是在目标面和接触面上节点的温度。

TCC可以作为常数值或表输入。

对于表的情况，TCC可以是温度、压力、时间或位置的函数。

所有定义的表都列于一个下拉式表单中。

Stephan-Boltzmannconstant（Stephan-Boltzmann常数）

设置用于辐射建模的实常数SBCT。

由于辐射传递的热量为：

q=RDVF*EMIS*SBCT[（Te+TOFFST）4-（Tc+TOFFST）4]

其中：

TOFFST为名义零度与绝对零度的偏移，用TOFFST命令定义；

EMISi为表面发射率；

RDVF为辐射视角因子。

RadiationViewfactor（辐射视角因子）

设置实常数RDVF。

辐射视角因子可以作为常数或表输入。

对于表的情况，RDVF可以是温度、间隙距离、时间和位置的函数。

所有定义的表都列于一个下拉式表单中。

Emissivity（发射率）

设置表面发射率（MP,EMIS）.

Frictionalheatingfactor（摩擦加热因子）

设置实常数FHTG，用于对滑动摩擦生热建模。

摩擦生热的速率为：

q=FHTG*τ*V

其中：

τ为当量摩擦应力；

V为滑动速率；

FHTG为摩擦耗散能中转换为热能的比例因子，默认值为1。

Dissipationweightfactor（耗散权因子）

设置实常数FWGT，用于滑动摩擦生热的建模。

它是接触面和目标面之间热分配的权因子（默认值0.5）。

在接触面和目标面上摩擦耗散热能为：

qc=FWGT*FHTG*τ*V

及

qT=（1-FWGT）xFHTGxtxV

其中：

qc是接触面上的摩擦耗散热能；

qT是目标面上的摩擦耗散热能。

FWGT默认值为0.5.。

Thermalcontactbehavior（热接触行为）

设置目标单元TARGE169和TARGE170的KEYOPT（3）。

对于热接触行为，有两个可选项：

♦BasedonContactStatus（KEYOPT（3）=0）（基于接触状态），默认选项；

♦TreatedasFreeSurface（KEYOPT（3）=1）（作为自由表面）。

对于KEYOPT（3）=0，热接触行为取决于以下热接触状态：

♦ClosedContact–在接触面和目标面之间通过热传导传热；

♦FrictionalSliding–在接触面和目标面上，滑动摩擦耗散能转换为热能；

♦Near-FieldContact–考虑接触面和目标面之间的热对流和辐射。

外部热流值分配到接触面。

♦Far-FieldContact--考虑接触面和外部环境之间的热对流和辐射。

外部热流值分配到接触面和目标面二者。

如果选择自由面接触行为，ANSYS在探测到分开的接触时，它是考虑自由面辐射和对流。

对这种情况，在接触面和目标面之间没有对流和辐射热传递。

接触属性（约束类型）：

约束

Constraint（约束）标签包含用于基于表面的约束接触对的一般参数。

基于表面的约束用于将接触面节点的运动耦合到目标面上的一个引导节点。

基于表面的约束需要采用：

多点约束（MPC）接触算法（KEYOPT

（2）=2）。

（在使用接触向导创建接触对时，这一KEYOPT是自动设置的）。

Constraintsurfacetype（约束面类型）

在使用多点约束（MPC）算法时，KEYOPT（4）设定基于表面约束类型。

有两种类型可选：

♦Force-distributedconstraintsurface–对这种约束类型，施加到引导节点上的力或位移按照形状函数分配给接触节点（在平均的意义上），类似于使用RBE3命令定义的约束。

♦Rigidconstraintsurface–对这种约束类型，接触节点受到由引导节点定义的刚体运动的约束（类似于由CERIG命令定义的约束）。

Boundaryconditionsontarget（目标面上的边界条件）

目标节点上的边界条件，可以是自动约束或用户指定的。

对于自动约束选项（默认的），ANSYS将检查目标节点的边界条件。

如果遇到下面列出的条件，ANSYS将约束目标节点上相关的自由度：

♦目标节点上没有明显的边界条件或施加的力；

♦目标节点没有连接到其它单元；

♦没有使用约束方程或节点耦合来约束目标节点。

在每个载荷步结束时，ANSYS释放内部设置的约束条件。

由于这一修改，可能会更新存储在結果文件（Jobname.RST）和数据库文件（Jobname.DB）中的约束条件。

在重启动一个分析或在交互模式中重新求解问题时，应仔细检查当前的边界条件是否时预期的。

如果希望控制目标节点上的约束条件，选择Userspecified选项。

ConstrainedDOFsetontarget（目标面上的约束自由度组）

目标单元的KEYOPT（4）选项用于指定待约束的自由度。

一个复选框表示自由度是激活的；一个空的方框表示该自由度未激活。

PilotNode（引导节点）

可以使用以下选项修改引导节点：

♦PilotName（引导节点名–可选的）–可以指定一个包含引导节点的节点组名，从而在后面容易对引导节点进行操作；

♦PilotNode–可以使用下列方法修改一个引导节点。

第一方法包括自动方法（在接触单元的中心），拾取方法（点击已有的keypoint、node或工作平面上的一个位置），以及直接输入当前坐标系中的坐标值。

点取选择位置（PickChooselocation...）：

点取或输入节点的坐标以指定引导节点的位置。

在点击ContactProperties对话框中的OK按钮后才对引导节点进行修改。

接触属性：

编号ID

使用Identification标签指定接触对的ID编号。

默认情况，ANSYS将various域中显示的编号赋予接触对。

ContactpairrealsetID（接触对的实常数组编号）

一个接触对必须共享同一个实常数组编号。

可以使用这个域赋予实常数组任意编号，或接受该域中所显示的值。

在创建接触对后，不能修改这一编号。

TargetelementtypeID（目标单元类型编号）

ANSYS自动创建这一编号ID。

ContactelementtypeID（接触单元类型编号）

ANSYS自动创建这一编号ID。

如果在ContactWizard中创建对称接触（分量接触对？

），会显示如下内容：

CompanioncontactpairrealsetID（分量接触对的实常数组编号）

Companion接触对必须使用不同的实常数组号。

可以使用这个域赋予实常数组任意编号，或接受该域中所显示的值。

在创建接触对后，不能修改这一编号。

CompaniontargetelementtypeID（