ANSYS 接触

实体与 shell 连接

实体单元采用SOLID45，壳单元采用SHELL63，接触位置不共节点。对于两种单元之间的连接，通过目标单元TARGE170和接触单元CONTA175实现，定义约束为实体-壳约束，接触单元为MPC算法，接触类型为绑定接触。

1. 接触单元：

CONTAC12（2D点点）、CONTAC52（3D点点）、TARGE169（2D目标）、TARGE170（3D目标）、CONTA171（2D2节点面面）、CONTA172（2D3节点面面）、CONTA173（3D4节点面面）、CONTA174（3D8节点面面）、CONTA175（2D/3D点面）、CONTA176（3D8线线）、CONTA177（3D8线面）、CONTA178（3D点点）

2. 接触类型

  1. 刚体-柔体（简称“刚-柔”）接触：包含接触面的一个或多个体被当作刚体；通常一种软材料和一种硬材料接触时，可以假定为刚-柔接触，如金属成型问题
  2. 柔体-柔体（简称“柔-柔”）接触是一种更普遍的类型，两个接触体都是变形体（刚度相近），如栓接法兰等

3. 接触方式：点-点（简称“点点”）接触、点-面（简称“点面”）接触、面-面（简称“点面”）接触

接触方式 点点 点点 点点 点面 面面 面面 线线
单元：T-TARGE
C-CONTAC(12/52)或CONTA		 C12 C52 C178 C175、T169、T170 C171、C172、T169 C173、C174、T170 C176、T170
点点 Y Y Y — — — —
点面 — — — Y — — —
面面 — — — Y Y Y —
3D梁梁 — — — — — — Y
2D Y — Y Y Y — —
3D — Y Y Y — Y Y
滑动 小 小 小 大 大 大 大
圆柱间隙 Y — Y — — — —
纯拉格朗日乘子法 — — Y Y Y Y Y
扩展拉格朗日乘子法 — — Y Y Y Y Y
混合法 — — Y Y Y Y Y
MPC法 — — — Y Y Y Y
接触刚度 定义 定义 半自动 半自动 半自动 半自动 半自动
自动网格工具 EINTF EINTF EINTF EINTF EINTF EINTF EINTF
低阶 Y Y Y Y Y Y Y
高阶 — — — Y(2D) Y Y Y
刚-柔 Y Y Y Y Y Y Y
柔-柔 Y Y Y Y Y Y Y
热接触 — — — Y Y Y —
电接触 — — — Y Y Y —
磁接触 — — — Y Y Y —

4. 接触面和目标面得选取原则

  1. 如凸面可能与一个平面或凹面接触，则平面或凹面应当为目标面
  2. 如两个面得网格疏密不同，则较密网格的面应为接触面，二粗糙的面应为目标面
  3. 如一个面比另一个面刚，则较柔的面应为接触面，而较刚的面位目标面
  4. 如何低阶和高阶单元位于不同的面，则高阶位接触面，低阶位目标面
  5. 如果一个面明显比另一个面大，则较大的面应指定位目标面

4.1 接触面行为

面-面接触单元支持多种力学表面作用模式，通过KEYOPT(12)设置

  1. KEYOPT(12)=0表示标准接触模式，即法向单向接触，在接触分离时，法向压力等于0
  2. KEYOPT(12)=1表示理想粗糙接触模式，用来模拟无滑动、表面完全粗糙的摩擦接触问题，这种模式对应摩擦系数无限大，因此忽略输入的摩擦系数MU
  3. KEYOPT(12)=2表示不分离接触模式，接触面与目标面一旦接触，在其后的分析中就连在一起，但容许相对滑动
  4. KEYOPT(12)=3表示绑定接触模式，目标面和接触面一旦接触，随后就在所有方向上绑定
  5. KEYOPT(12)=4表示不分离接触模式，接触积分点初始在Pinball区域内或一旦接触，就总是沿接触面得法向方向将目标面与接触面连在一起，但容许滑动
  6. KEYOPT(12)=5表示绑定接触模式，接触积分点初始在Pinball区域内或一旦接触，就总是沿接触面得法向和切向方向将目标面与接触面绑定在一起
  7. KEYOPT(12)=6表示绑定接触模式，初始处于接触的接触积分点保持与目标面接触，而初始处于分离状态的接触积分点，在整个分析期间保持分离状态。这个选项与初始接触的区域应用CEINTF类似

4.2 接触算法

对面面接触单元，ansys提供如下算法：

参数 值 备注
KEYOPT(2)=
 0 扩展拉格朗日算法（缺省）
1 罚函数法
2 多点约束法（MPC法）
3 接触法向用拉格朗日乘子法，切向用罚函数法
4 纯拉格朗日法，即接触法向和切向都用拉格朗日乘子法

使用MPC方法实现实体-实体或壳-实体装配，必须定义如下参数

KEYOPT及其他设置 说明及适用单元
KEYOPT(2)=2 采用MPC算法
KEYOPT(12)=4、5或6 采用不分离、永远绑定或初始绑定，不分离行为仅用于实体-实体装配，表示滑动线或滑动面
KEYOPT(4)=0或1 适用于CONTA175的接触法向
KEYOPT(4)=1或2 适用于CONTA171~CONTA174的节点检测接触
KEYOPT(8)或KEYOPT(10) 忽略其设置，实际上内部设置为KEYOPT(8)=2
实常数 仅需输入R1、R2、ICONT、PINB、CONF、PMAX、PMIN、TOLS、忽略其余实常数