内容发布更新时间 : 2024/5/20 4:24:06星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

图5-20 (a)2-D接触单元CONTAC48；(b)3D接触单元CONTAC49；

(c)2D接触单元CONTAC26

这些接触单元是应用伪单元技术来检测面-面接触的有限单元。通过在两个面的节点上施加适当的力，来考虑接触和摩擦。在激活其温度自由度时，也可以用这些单元来模拟接触面之间的热传导。许多通常的有限单元规则不能应用，例如，许多接触单元可以占据相同空间，而且对于接触单元来说长宽比没有意义。

此外，如果目标面是刚性的，而且是2D问题，则可以使用CONTA26单元来建模，这将在本节最后论述。

5.5.2 点─面接触分析的步骤

典型的点─面接触分析的基本步骤如下： 1、 建模和划分网格； 2、 识别接触对； 3、 生成接触单元；

4、 设置单元关键选项和实常数； 5、 施加必要的边界条件； 6、 定义求解选项； 7、 求解； 8、 查看结果。

5.5.2.1 建模和划分网格

在这一步中，需要建立代表接触体几何形状的模型，设置单元类型、实常数和材料特性，用适当的单元类型划分网格。参见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》。

命令： AMESH VMESH

GUI：Main menu>Preprocossor>Mesh>Mapped>3 or 4 Sided

Main menu>Preprocessor>Mesh>Mapped>4 to 6 sided

应该避免使用有中节点的单元，特别是在3维问题中。因为这些单元表面节点上的“有效刚度”很不均匀。例如，对20节点 SOLID95 单元来说，角节点上有一个负刚度。然而，ANSYS 程序的点─面接触算法假定刚度均匀分布在面上的所有节点上。因此，在接触分析中使用这些单元时，可能导致收敛困难。 仅仅在使用 CONTAC48 的2维分析中，才可以在接触面上使用中节点单元，但不能在目标面上使用中节点单元。当生成 CONTAC48 接触单元的时候，目标面上的中节点将被忽略，这样将会导致在目标面上的力传递不均匀。

5.5.2.2 识别接触对

用户必须判断在变形过程中，哪儿可能发生接触。一旦用户已判断出潜在接触面，就通过接触单元来定义它们。为了更有效地进行计算(主要指CPU时间)，用户可能想要定义比较小的、局部的接触区域，但要保证用户所定义的接触区域能模拟所有必须的接触。

由于几何形状和潜在变形的多样化，可能有多个目标面与同一个接触面相互作用。在这种情况下，必须定义多个接触对。

对每个表面，用户需要建立一个包含表面节点的组元。 命令： CM

GUI：Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component 如《ANSYS Modeling and Meshing Guide》所述，用户可以利用这些表面节点序列来生成在接触面之间所有可能的接触构形。如果用户能肯定某些面永远不会相互接触，那么就可以在这个表面序列中，删除这些节点。但是，通常应该适当地包括比想象的要更多一些的节点。

5.5.2.3 生成接触单元

在生成接触单元之前，首先必须定义单元类型。对点-面接触，使用CONTAC48(2维)和CONTAC49(3维)

命令： ET

GUI：Main menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete

然后再定义接触单元的实常数。每个不同的接触面，应该有一个不同的实常数号，即便实常数的值相同。因为使用不同的实常数号，程序能够较好地区分出壳的顶面和底面之间的接触，以及其他不同的接触区域。例如，在角接触中，每条边应该有它自己的实常数号，如 图5-21 所示。另一种典型应用是双边梁

的接触，如 图5-22 所示。

图5-21 在角接触中应用不同的实常数

图5-22 在双边梁接触中应用不同的实常数

命令： R RMODIF

GUI：Main menu>Preprocessor>Real Constants 接着就是在对应的接触对之间生成接触单元。 命令： GCGEN

GUI：Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Node to Surf 对生成点-面的接触单元的几点提示：

一般来说，生成的接触单元数不要超过所需要的2～3倍。使用“限制半径(RADC)”或“生成的单元数(NUMC)”选项来限制生成的接触单元数。如果生成的接触单元数超过所需的10或100倍，则会极大地增加计算时间(100%或更多)，同时也需要大量的硬盘空间。

进行接触分析时，建议在接触面上使用无中节点的单元。 对于梁或壳单元，需要通过“目标面”(Tlab)选项来指定单元的那一边是目标面。

对于翘屈的(非平面)目标面，使用CONTAC49的“基本形

状”(Base shape)选项来指定单元的基本形状是三角形。这个选项能使

目标单元较好地代表目标面。

每次在新的接触对之间生成接触单元时，都指定一个新的实常数号。即使接触单元的实常数值没有改变。

5.5.2.3.1 对称与不对称接触单元的生成

用户可以选择生成对称的或不对称的接触单元。用一个简单的 GCGEN 命令定义一对接触面，生成不对称的接触模型。在这种情况下，一个面是接触面，而另一个是目标面。另外，用户可以使用两个 GCGEN 命令，将两个面都定义成既是目标面又是接触面。这种情况叫作对称接触模式。

例如，考虑两个面A和B。在第一个 GCGEN 命令中，将面A指定为接触面，面B指定为目标面；而在第二个 GCGEN 命令中，将面A指定为目标面，而将面B指定为接触面。

下面是在前处理中生成接触单元的标准命令流输入列表： NSEL,S,NODE,... ! Select a set of nodes on contactor surface

CM,CONTACT,NODE ! Selected nodes form a component named CONTACT

NSEL,S,NODE,... ! Select a new set of nodes, on target surface

CM,TARGET,NODE ! New selected nodes form component TARGET

NSEL,ALL

GCGEN,CONTACT,TARGET ! Generate contact elements between contactor and

! target surfaces (asymmetric contact)

GCGEN,TARGET,CONTACT ! Note that component surfaces have been reordered-

! this 2nd GCGEN creates a symmetric contact

一般来说，对称接触模型是较好的方法，因为它不需要特别考虑哪个面是接

触面，哪个面是目标面。相反，不对称接触模型在区分目标面和接触面时需要遵守以下规则：

如一个面的接触部分是平的或凹的，而另一个面的接触部分是尖的或 凸的，则应该将平/凹面作为目标面；

如两个接触面都是平的，则可以任意选择；

如两个接触面都是凸的(但不是尖锐的)，应该将两个面中较平的作为目标面；

如一个接触部分有尖边，而另一个没有，则有尖边的面应作为接触面。

如两个接触部分有尖边，或表面是波浪形(凹凸交替)，则目标面的选择取决于接触后表面的形状。在这种情况下，对称接触模型较好。