ansys高級接觸分析

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1、ANSYS高級接觸問題接觸問題概述在工程中會遇到大量的接觸問題，如齒輪的嚙合、法蘭聯(lián)接、機(jī)電軸承接觸、卡頭與卡座、密封、板成形、沖擊等等。接觸是典型的狀態(tài)非線性問題，它是一種高度非線性行為。接觸例子如下圖：分析中常常需要確定兩個或多個相互接觸物體的位移、接觸區(qū)域的大小和接觸面上的應(yīng)力分布。接觸分析存在兩大難點：在求解之前，你不知道接觸區(qū)域的范圍；表面之間是接觸還是分開是未知的；表面之間突然接觸或突然不接觸會導(dǎo)致系統(tǒng)剛度的突然變化。大多數(shù)接觸問題需要計算摩擦。摩擦是與路徑有關(guān)的現(xiàn)象，摩擦響應(yīng)還可能是雜亂的，使問題求解難以收斂。ANSYS高

2、級接觸問題§1接觸分類剛－柔一個表面是完全剛性的—除剛體運動外無應(yīng)變、應(yīng)力和變形，另一表面為軟材料構(gòu)成是可變形的。只在一個表面特別剛硬并且不關(guān)心剛硬物體的應(yīng)力時有效。柔－柔兩個接觸體都可以變形?！?接觸單元ANSYS采用接觸單元來模擬接觸問題：跟蹤接觸位置；保證接觸協(xié)調(diào)性（防止接觸表面相互穿透）；在接觸表面之間傳遞接觸應(yīng)力（正壓力和摩擦）。接觸單元就是覆蓋在分析模型接觸面上的一層單元。在ANSYS中可以采用三種不同的單元來模擬接觸：面一面接觸單元；點一面接觸單元；點一點接觸單元。不同的單元類型具有完全不同的單元特性和分析過程。1.面一面

3、接觸單元用于任意形狀的兩個表面接觸不必事先知道接觸的準(zhǔn)確位置；兩個面可以具有不同的網(wǎng)格；支持大的相對滑動；支持大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)動。例如:面一面接觸可以模擬金屬成型，如軋制過程。§2接觸單元§2接觸單元2.點一面接觸單元用于某一點和任意形狀的面的接觸可使用多個點－面接觸單元模擬棱邊和面的接觸；不必事先知道接觸的準(zhǔn)確位置；兩個面可以具有不同的網(wǎng)格；支持大的相對滑動；支持大應(yīng)變和大轉(zhuǎn)動。例：點面接觸可以模擬棱邊和面之間的接觸§2接觸單元§2接觸單元3.點－點接觸單元用于模擬單點和另一個確定點之間的接觸。建立模型時必須事先知道確切的接觸位置；多個點

4、－點接觸單元可以模擬兩個具有多個單元表面間的接觸；每個表面的網(wǎng)格必須是相同的；相對滑動必須很??；只對小的轉(zhuǎn)動響應(yīng)有效。例如:點一點接觸可以模擬一些面的接觸。如地基和土壤的接觸§2接觸單元§2接觸單元§3關(guān)于耦合和約束方程的應(yīng)用如果接觸模型沒有摩擦，接觸區(qū)域始終粘在一起，并且分析是小撓度、小轉(zhuǎn)動問題，那么可以用耦合或約束方程代替接觸。使用耦合或約束方程的優(yōu)點是分析還是線性的接觸問題的一般特性§1接觸剛度1、所有的ANSYS接觸單元都采用罰剛度（接觸剛度）來保證接觸界面的協(xié)調(diào)性在數(shù)學(xué)上為保持平衡，需要有穿透值然而，物理接觸實體是沒有穿透的分

5、析者將面對困難的選擇：小的穿透計算精度高，因此接觸剛度應(yīng)該大；然而，太大的接觸剛度會產(chǎn)生收斂困難：模型可能會振蕩，接觸表面互相跳開。接觸剛度是同時影響計算精度和收斂的最重要的參數(shù)。你必須選定一個合適的接觸剛度。除了在表面間傳遞法向壓力外，接觸單元還傳遞切向運動（摩擦）。采用切向罰剛度保證切向的協(xié)調(diào)性。（圖1－2）作為初值，可采用：Ktangent=0.01·Knormal切向罰剛度與法向罰剛度以同樣的方式對收斂性和計算精度產(chǎn)生影響。2、接觸剛度的選取選定一個合適的接觸剛度值需要一些經(jīng)驗。對于面一面接觸單元，接觸剛度通常指定為基體單元剛度

6、的一個比例因子。開始估計時，選用FKN=1.0大面積實體接觸FKN=0.01-0.1較柔軟（彎曲占主導(dǎo)的部分）另外，也可以指定一個絕對剛度值，單位：（力/長度）/面積。對于點一點（除CONTA178）和點－面接觸單元需要為罰剛度KN輸入絕對值：初始估計時：對于大變形:0.1*E

7、，則穿透可能太大了，需要提高剛度重新分析。如果收斂的迭代次數(shù)過多（或未收斂），降低剛度重新分析。注意：罰剛度可以在載荷步間改變，并且可以在重啟動中調(diào)整。牢記：接觸剛度是同時影響計算精度和收斂性的最重要的參數(shù)。如果收斂有問題，減小剛度值，重新分析在敏感的分析中，還應(yīng)該改變罰剛度來驗證計算結(jié)果的有效性。在分析中減小剛度范圍，直到結(jié)果（接觸壓力、最大SEQV等）不再明顯改變。§2摩擦1、兩個接觸體的剪切或相互滑動行為可以是無摩擦的，也可以是有摩擦的無摩擦?xí)r允許物體沒有阻力地相互滑動；有摩擦?xí)r，物體之間會產(chǎn)生剪切力(摩擦力)。2、摩擦消耗能量，

8、并且是路徑相關(guān)行為。為獲得較高的精度，時間步長必須很小（圖2-1）圖2－13、ANSYS中，摩擦采用庫侖模型，并有附加選項可處理復(fù)雜的粘著和剪切行為。庫侖法則是宏觀模型，表述物體間的等效剪力FT不能超過正壓