ANSYS—接触单元说明.doc

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。~10之间,对于体积变形问题,(默认),对弯曲问题,。
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,。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(<=
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。
TAUMAX:接触面的最大等效剪应力。给出这个参数在于,不管接触压力值多大,只要等效剪应力达到最大值TAUMAX,就会发生滑动。该剪应力极限值通常用于接触压力会变得非常大的情况。
CNOF:指定接触面偏移。+CNOF增加过盈、-OF能与几何穿透组合应用。
FKOP:接触张开弹簧刚度。针对不分离或绑定接触模型,需要设置实常数FKOP,该常数为张开接触提供了一个刚度值。FKOP阻止接触面的分离;,用于建立粘结模型,用一个较小值(1e-5)去建立软弹簧模型。
FKT:切向接触刚度。作为初值,可以采用-FKT=*FKN,这是大多数ANSYS接触单元的缺省值。
COHE:粘滞力。即没有法向压力时开始滑动的摩擦应力值。
FACT,DC:定义摩擦系数变化规律
MU=MUK*(1+(FACT-1)EXP(-DC*vtfs/deltaT))
式中: MUK=动摩擦系数(用户自己定义)
FACT=MUS/MUK(用户自己定义)
MUS=静摩擦系数
DC=衰减系数(用户自己定义)
Vtfs/deltaT=表面间的相对速度
注意:动摩擦系数由被指定为材料属性(MU),由MP命令或GUI定义。缺省值:FACT=1,MUS=MUK=0,DC=0
  
Keyopt的介绍,以Target170,Conta173为例:
首先介绍170的Keyopt
KEYOPT(3):定义接触行为
KEYOPT(1):单元阶数(是否含有中节点)
KEYOPT(1)=0:低阶单元(不含中节点)
KEYOPT(1)=1:高阶单元(含中节点)
KEYOPT(2):刚体目标面约束条件
=0时,自动约束选项,每一个载荷步的末尾,程序内部将是性面重新设置约束。
满足以下条件,刚性面则缺省为自动约束
没有明确定义边界条件;
目标面与其它单元没有联系;
没有定义耦合或约束方程。
=1时,用户定义选项。
Conta173的Keyopt:
KEYOPT(1):自由度选项。=0时,结构:UX,UY,和UZ;=1时,结构和热;=2时,TEMP(用于纯热接触问题)
KEYOPT(2):选择接触算法。=0时,增广的拉格朗日法(缺省选项),推荐于一般应用,它对罚刚度不太敏感,但是也要求给出一个穿透容差。=1时,罚函数法。它推荐应用于单元非常扭曲、大摩擦系数和用增广的拉格朗日法收敛行为不好的问题。
KEYOPT(4):选择接触检查点。=0时,高斯点(缺省选项,推荐);=1时,节点;AN