接触分析高级属性设置-ppt课件

1、接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置第四章第四章Training Manual接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置要胜利的模拟接触关系需求很好的掌握要胜利的模拟接触关系需求很好的掌握ANSYS中的众多工具，当中的众多工具，当程序缺省设置不能满足要求时可运用工具进展调整程序缺省设置不能满足要求时可运用工具进展调整. 首先我们讨论面面接触单元和点面接触单元首先我们讨论面面接触单元和点面接触单元(CONTA171-175).Training Manual本章节包含以下主题本章节包含以下主题:初始干扰初始干扰处置刚体运动处置刚体运动 对位移的控制对位移的控制 对力的控制对力的控制 Full 法

2、瞬态动力学法瞬态动力学运用弱弹簧运用弱弹簧封锁间隙封锁间隙 (CNOF, ICONT, PMIN/PMAX, PSOLVE)对称与不对称接触对称与不对称接触各式调整各式调整翻开接触刚度翻开接触刚度不对称接触选择不对称接触选择梁梁/壳壳 厚度效应厚度效应自动时间步自动时间步普通缺点的检查技巧普通缺点的检查技巧接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置Training Manual接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置A. 初始干扰初始干扰ANSYS中提供了几种模拟接触初始干扰的技术，它们需求初始几中提供了几种模拟接触初始干扰的技术，它们需求初始几何穿透值或何穿透值或/和指定的偏移值和指定的偏移值

3、.指定偏移值指定偏移值:Training Manual实常数 CNOF表示接触面偏移.正CNOF 值添加干扰. 负CNOF 减少干扰或导致间隙.CNOF 可以和几何穿透结合运用.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置初始干扰初始干扰Training Manual初始穿透有如下选项设置初始穿透有如下选项设置:Include everything:思索来自几何上的初始干扰和指定偏移的初始思索来自几何上的初始干扰和指定偏移的初始干扰干扰.Exclude everything: 忽略一切的初始干扰效应忽略一切的初始干扰效应.Include with ramped effects: 逐渐施加干扰以添加

4、收敛逐渐施加干扰以添加收敛.Include offset only: 仅思索指定偏移带来的初始干扰仅思索指定偏移带来的初始干扰.Include offset only w/ ramp:仅思索指定偏移带来的初始干扰，并仅思索指定偏移带来的初始干扰，并逐渐施加干扰以添加收敛逐渐施加干扰以添加收敛.可经过可经过KEYOPT(9)设置设置接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置初始干扰初始干扰Training Manual假设模型包含初始几何穿透的话，那么接触力会以阶跃的方式快速假设模型包含初始几何穿透的话，那么接触力会以阶跃的方式快速添加到一个很大的值添加到一个很大的值.牢记：忽然改动力会导致收敛困

5、难，应该使初始干扰坡度化牢记：忽然改动力会导致收敛困难，应该使初始干扰坡度化.Include with ramped 选项和选项和 Include offset only w/ ramp 有助于有助于抑制收敛困难在第一个载荷步中使初始穿透斜坡化抑制收敛困难在第一个载荷步中使初始穿透斜坡化.第一个载荷步中不应再施加其它载荷第一个载荷步中不应再施加其它载荷.保证保证 pinball区域区域(PINB) 要比初始穿透要大要比初始穿透要大.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置初始干扰初始干扰Training Manual对于接触法向经常改动的接触问题，可尝试接触面目的面互换或去对于接触法向经常改动

6、的接触问题，可尝试接触面目的面互换或去掉有问题的接触单元掉有问题的接触单元.接触面接触面目的面目的面接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置初始干扰初始干扰Training Manual可参考可参考WORKSHOP中的相关章节中的相关章节:练习六练习六. 初始干扰初始干扰.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置初始干扰初始干扰- WorkshopTraining Manual在静力分析中，两个或多个物体初始并没有衔接，在接触创建前它在静力分析中，两个或多个物体初始并没有衔接，在接触创建前它们能够产生刚体运动们能够产生刚体运动.F左图中，圆柱并无位移约束，左图中，圆柱并无位移约束，在圆柱和底盘

7、接触后圆柱壳的在圆柱和底盘接触后圆柱壳的约束才被建立约束才被建立.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置B. 处置刚体运动处置刚体运动Training Manual假设求解中两物体发生分别，那么刚度矩阵将变得奇特假设求解中两物体发生分别，那么刚度矩阵将变得奇特.ANSYS 将给出警告信息将给出警告信息ANSYS中提供了几种抑制初始未接触体接触问题的方法中提供了几种抑制初始未接触体接触问题的方法:在即将接触位置建立几何模型在即将接触位置建立几何模型动力学分析动力学分析位移控制位移控制弱弹簧弱弹簧运用无分别接触运用无分别接触 KEYOPT(12) 调整初始接触条件调整初始接触条件接触属性高级选项

8、设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动Training Manual即将接触即将接触用户需用知道即将发生接触的详细位置用户需用知道即将发生接触的详细位置.当面为曲面或不规那么面当面为曲面或不规那么面时该方法较困难时该方法较困难.F由于分网时的取整处置，物体由于分网时的取整处置，物体间能够存在小的间隙或穿透，间能够存在小的间隙或穿透，这能够导致不收敛这能够导致不收敛.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动Training Manual动力学分析动力学分析在动力学分析中，初始影响阻止刚体运动在动力学分析中，初始影响阻止刚体运动.动态地对该问题求解可动态地对该

9、问题求解可处理刚体位移问题处理刚体位移问题. 他需求添加质量和阻尼，然后把静态分析转换成动力学分析他需求添加质量和阻尼，然后把静态分析转换成动力学分析.他必需确认系统在分析终了后进入静态他必需确认系统在分析终了后进入静态.否那么，非零的加速度和速度将会产生假的阻尼力从而影响平衡否那么，非零的加速度和速度将会产生假的阻尼力从而影响平衡接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动Training Manual位移控制位移控制运用强迫位移使两物体进入接触形状运用强迫位移使两物体进入接触形状. 然后经过运用一个空的载荷步把位移控制转为力控制然后经过运用一个空的载荷步把位移控制转为

10、力控制.小的强迫性位移小的强迫性位移接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动Training Manual位移控制位移控制Load Step 1 施加一个小的强迫性位移施加一个小的强迫性位移.Load Step 2运用一个空的载荷步把位移控制转为力控制运用一个空的载荷步把位移控制转为力控制.删除上步施加的位移删除上步施加的位移后施加力进展求解后施加力进展求解 (该载荷步应该迭代该载荷步应该迭代1到到2次后就可以收敛次后就可以收敛).Load Step 3 继续施加用户需求的载荷继续施加用户需求的载荷.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动T

11、raining Manual弱弹簧弱弹簧该方法运用弱弹簧的方法阻止刚体位移该方法运用弱弹簧的方法阻止刚体位移.F弹簧的刚度相对整个系统来说要非弹簧的刚度相对整个系统来说要非常的小，保证弹簧对求解无影响常的小，保证弹簧对求解无影响.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动Training Manual虽然这些都是有效技巧，但较难运用虽然这些都是有效技巧，但较难运用“即将接触法即将接触法 -由于分网时的取整处置，物体间能够存在小的间隙由于分网时的取整处置，物体间能够存在小的间隙或穿透，这能够导致不收敛或穿透，这能够导致不收敛.动力学方法动力学方法 -系统在分析终了后没有完

12、全进入静态，仍存在动态效系统在分析终了后没有完全进入静态，仍存在动态效应应位移控制法位移控制法 -在一个复杂加载的情况下，需求强加的位移不好确定在一个复杂加载的情况下，需求强加的位移不好确定.弱弹簧法弱弹簧法 -需求施加一个非常小的力使得弱弹簧发生变形触发接触需求施加一个非常小的力使得弱弹簧发生变形触发接触，但不能出现穿透接触面的景象，但不能出现穿透接触面的景象.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动Training Manual ANSYS提供应用户四种高级接触选项，用来调整初始接触提供应用户四种高级接触选项，用来调整初始接触条件，防止刚体模型的出现条件，防止刚体

13、模型的出现. 1. 自动接触调整自动接触调整: 程序计算程序计算CNOF 值来封锁间隙值来封锁间隙. 2. 初始接触封锁初始接触封锁 (ICONT): 接触面上建立节点，用户定义调整区间接触面上建立节点，用户定义调整区间 3. 允许穿透容差允许穿透容差(PMIN & PMAX): 挪动刚性面使其和接触面发生接触挪动刚性面使其和接触面发生接触.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动Training Manual4. CNCHECK命令命令 把接触面移向目的面要遵照以下步骤把接触面移向目的面要遵照以下步骤:前提条件：运用节点探测选项前提条件：运用节点探测选项KE

14、YOPT(4) = 1 和和 2或运用或运用CONTA175单元单元初始接触节点处于初始接触节点处于 ICONT 区域内区域内初始穿透节点的初始穿透节点的 KEYOPT(9) = 1pinball 区域应该足够大，要可以捕捉到间隙和初始穿透区域应该足够大，要可以捕捉到间隙和初始穿透.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动Training Manual引荐运用引荐运用CNOF自动计算并封锁小的间隙自动计算并封锁小的间隙(KEYOPT(5)=1). 接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动1Training Manual 实常数实常数ICONT

15、可以指定目的面周围可以指定目的面周围的调整范围的调整范围.任何处于调整范围内的点都会挪动到任何处于调整范围内的点都会挪动到目的面上目的面上. ICONT的值太大的话会产生不延续的值太大的话会产生不延续. 可可运用程序缺省值运用程序缺省值接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动2Training Manual可参考可参考workshop中的相关章节中的相关章节:练习七练习七. 刚体刚体 封锁间隙封锁间隙 接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置. 刚体刚体 WorkshopTraining Manual实常数实常数PMIN和和PMAX用来指定初始穿透范围用来指定初始穿透

16、范围. ANSYS把整个目的面包括它附着的柔体移向把整个目的面包括它附着的柔体移向PMIN和和PMAX指定指定的穿透范围内的穿透范围内. 假设目的面被约束，那么假设目的面被约束，那么PMIN和和PMAX的指定无效的指定无效.初始调整是一个迭代的过程初始调整是一个迭代的过程.ANSYS最多运用最多运用20个迭代使目的面进入个迭代使目的面进入PMIN和和PMAX范围范围. 接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动3Training Manual当目的面挪动后，两个本来分别的物体不再有间隙当目的面挪动后，两个本来分别的物体不再有间隙.接触面接触面目的面调整后目的面调整后目的

17、面调整前目的面调整前接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动3Training Manual运用运用 CNCHECK调整接触调整接触前提：运用节点探测选项前提：运用节点探测选项KEYOPT(4) = 1 和和 2或运用或运用CONTA175单元单元初始接触节点处于初始接触节点处于 ICONT 区域内区域内初始穿透节点的初始穿透节点的 KEYOPT(9) = 1pinball 区域应该足够大，要可以捕捉到间隙和初始穿透区域应该足够大，要可以捕捉到间隙和初始穿透.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动4Training Manual接触属性高级

18、选项设置接触属性高级选项设置.处置刚体运动处置刚体运动4运用运用Contact Manager时，点击时，点击Check Contact Status按钮会出按钮会出现四个选项，第三个选项现四个选项，第三个选项Move contact nodes to target可执行可执行CNCHECK命令命令Training Manual可参考可参考workshop中相关章节中相关章节:练习八练习八. 刚体刚体 PMIN & PMAX.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.刚体运动刚体运动workshopTraining Manual不对称接触被定义为：一个面上存在一切的接触单元，另一个面上

19、不对称接触被定义为：一个面上存在一切的接触单元，另一个面上存在一切的目的单元存在一切的目的单元一个接触对一个接触对最有效最有效对称接触：每个面都被指定为目的面和接触面对称接触：每个面都被指定为目的面和接触面通常为两个接触对，也有能够为一个自接触通常为两个接触对，也有能够为一个自接触当目的面和接触面很难区分或两个面的网格都较粗时，采用对称接当目的面和接触面很难区分或两个面的网格都较粗时，采用对称接触触接触算法为罚函数法时可采用对称接触接触算法为罚函数法时可采用对称接触对于对于MPC 算法和三维算法和三维Lagrange 乘子法乘子法, ANSYS会自动切换到不对会自动切换到不对称接触，由于此两种

20、情况下对称接触会导致过度约束称接触，由于此两种情况下对称接触会导致过度约束.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置C. 对称与不对称对称与不对称Training Manual自接触时采用对称接触方式自接触时采用对称接触方式,把目的单元和接触单元放在同一个面把目的单元和接触单元放在同一个面上上超弹性圆圈的自接触超弹性圆圈的自接触自接触自接触接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.对称与不对称对称与不对称Training Manual假接触自动预防假接触自动预防:在某些自接触情况中，在某些自接触情况中，ANSYS能够错误的以为几何上非常临近的面处能够错误的以为几何上非常临近的面处于接触形状于接

21、触形状.假设假设ANSYS在第一个载荷步遇到这种接触，输出窗口或输出文件中会在第一个载荷步遇到这种接触，输出窗口或输出文件中会有如下提示：有如下提示：Contact surfaceTarget surface假接触能够发生假接触能够发生Contact element 16 has too much penetration related to target element 10We assume it (may be more elements) is spurious contact. 接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.对称与不对称对称与不对称Training Manual非对称接触

22、选项非对称接触选项:对称的接触对可以自动缩减为非对称接触对对称的接触对可以自动缩减为非对称接触对(KEYOPT(8)=2)程序尽能够的把对称接触对自动转换成非对称接触对程序尽能够的把对称接触对自动转换成非对称接触对接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置D. 各式调整各式调整Training Manual非对称接触选项非对称接触选项: 适用于适用于: 模型中存在大量的接触对并很难选择模型中存在大量的接触对并很难选择Workbench Simulation中运用自动接触的模型中运用自动接触的模型 接触面和目的面很难区分时接触面和目的面很难区分时Workbench Simulation 模型模型

23、209 个部件个部件 450 个对称接触对个对称接触对 115万个自在度万个自在度接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual * NOTE * CP= 19.490 TIME= 18:22:37 Symmetric Deformable- deformable contact pair identified by real constant set 8 and contact element type 9 has been set up. The companion pair has real constant set ID 9. Both pai

24、rs should have the same behavior. ANSYS will keep the current pair and remove its companion pair, resulting in asymmetric contact. * NOTE * CP= 19.490 TIME= 18:22:37 Symmetric Deformable- deformable contact pair identified by real constant set 9 and contact element type 9 has been set up. The compan

25、ion pair has real constant set ID 8. Both pairs should have the same behavior. ANSYS will remove the current pair and keep its companion pair, resulting in asymmetric contact.非对称接触选项非对称接触选项:当非对称接触激活时，当非对称接触激活时，ANSYS会经过输出窗口提示用户会经过输出窗口提示用户接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual请参考请参考 Workshop 中的相

26、关章节中的相关章节:练习九练习九. 对一个大模型进展缺点检查对一个大模型进展缺点检查.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual梁梁/壳厚度效应壳厚度效应:假设模型包括梁单元或壳单元，接触面由于厚度效应能够平移假设模型包括梁单元或壳单元，接触面由于厚度效应能够平移.对对SHELL181/208/209单元单元, 大应变导致的厚度改动也应思索进去大应变导致的厚度改动也应思索进去.梁厚度效应只在二维梁中有效梁厚度效应只在二维梁中有效壳的中面壳的中面壳厚度壳厚度ContactTarget在平移后的面上探在平移后的面上探 测出接触测出接触接触属性高级选项设

27、置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:运用载荷步可以使线性分析的精度和收敛性都大为提高运用载荷步可以使线性分析的精度和收敛性都大为提高缺省形状下程序运用自动时间步长缺省形状下程序运用自动时间步长.更多的子步更多的子步 (更小的时间步更小的时间步) 提高收敛性和精度提高收敛性和精度然而时间步假设太小，求解的总体精度会下降然而时间步假设太小，求解的总体精度会下降接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:时间步长预测可以基于当前及历史呼应来决议下个子步需求的时间步时间步长预测可以

28、基于当前及历史呼应来决议下个子步需求的时间步长长.时间步的大小决议于时间步的大小决议于:上一载荷步平衡方程的数目上一载荷步平衡方程的数目.呼应频率呼应频率 (瞬态分析瞬态分析).上一载荷步的蠕变增量上一载荷步的蠕变增量.上一载荷步的塑性应变增量上一载荷步的塑性应变增量.接触单元的形状改动接触单元的形状改动 .接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:接触是形状改动非线性，随着分析的进展，接触单元的形状也随着改接触是形状改动非线性，随着分析的进展，接触单元的形状也随着改动动.Status (0,1)= 分开分开这里这里: 0 =

29、分开分开, 远远1 =分开分开,近近Status (2) = 闭合，粘闭合，粘合合Status(3) = 闭合，闭合，滑移滑移接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:有时自动时间步长利于捕捉接触形状有时自动时间步长利于捕捉接触形状.子步子步 1子步子步 2子步子步 3由于过粗的时由于过粗的时间步，接触形间步，接触形状丧失状丧失时间步自动变小时间步自动变小以捕捉接触形状以捕捉接触形状接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:许多模型中他需求选择性的翻开或封锁自

30、动时间步许多模型中他需求选择性的翻开或封锁自动时间步. 缺省形状下缺省形状下,对于接触形状改动，自动时间步为关对于接触形状改动，自动时间步为关.用户可以经过以下选项翻开用户可以经过以下选项翻开:Solution Unabridged Menu -Load Step Opts- Solution Ctrl.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:当基于接触形状的时间步预测激活时，可定义能否自动时间步长要随当基于接触形状的时间步预测激活时，可定义能否自动时间步长要随接触形状的改动而改动接触形状的改动而改动 ( KEYOPT(7)

31、 ) .接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:KEYOPT(7)允许用户进展基于单元的时间步控制允许用户进展基于单元的时间步控制 KEYOPT(7)允许每个接触单元都有其适宜的时间步长允许每个接触单元都有其适宜的时间步长.不同的接触单元可根据不同的接触单元可根据KEYOPT(7)的设置来调整时间步的大小的设置来调整时间步的大小 接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:在接触最先发生的区域，运用在接触最先发生的区域，运用Keyopt(7)设置小的时间步长设

32、置小的时间步长.仅在此区域运用自仅在此区域运用自动时间步捕捉接触动时间步捕捉接触形状的改动形状的改动.接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual自动时间步自动时间步:时间步的大小是一个及其强大的收敛控制工具，对一切非线性分析都时间步的大小是一个及其强大的收敛控制工具，对一切非线性分析都是如此是如此.运用足够小的时间步可保证收敛运用足够小的时间步可保证收敛.对于途径相关问题例如接触摩擦，一个相对较小的最大时间步可对于途径相关问题例如接触摩擦，一个相对较小的最大时间步可保证求解精度保证求解精度.对瞬态分析，时间步数要足够多以保证物体外表间的动量传送对瞬

33、态分析，时间步数要足够多以保证物体外表间的动量传送.对于位移的计算对于位移的计算: Dt 1/(30 f) 这里的这里的 f = 外表特征频率外表特征频率f = (k/m)0.5对于速度和加速度的计算对于速度和加速度的计算: Dt 1/(100 f)接触属性高级选项设置接触属性高级选项设置.各式调整各式调整Training Manual CNCHECK命令可在求解前后察看接触对的详细设置命令可在求解前后察看接触对的详细设置调整分析调整分析 E. 缺点检查缺点检查Training Manual输出文件信息输出文件信息输出文件将包含输出文件将包含CNCHECK命令得到的接触详细设置以及初始接触形命

34、令得到的接触详细设置以及初始接触形状信息状信息.调整分析调整分析 . 缺点检查缺点检查Training Manual调整分析调整分析 . 缺点检查缺点检查CNCHECK,POST 命令可以把初始接触设置写入结果文件命令可以把初始接触设置写入结果文件 包括形状包括形状, 穿透穿透,间隙和间隙和/或压力，存储到或压力，存储到Jobname.RCN文件中文件中参见参见ANSYS中的中的CNCHECK命令命令Training Manual调整分析调整分析 . 缺点检查缺点检查可在接触导游中运转可在接触导游中运转 CNCHECK,POST命令命令, 选择选择 “Solve initial contact state 图标图标. 然后进入通用后处置中察看信息然后进入通用后处置中察看信息.Training Manual调整分析调整分析 . 缺点检查缺点检查CNCHECK,RESET命令把指定的接触对属性重置为程序缺省值，命令把指定的接触对属性重置为程序缺省值，下表列出不受该命令影响的设置下表列出不受该命令影响的设置:CNCHECK,ADJUST命令也