使用ANSYS自动接触技术的方法

1、使用ANSYS自动接触技术的方法本文介绍了使用ANSYS自动接触技术的方法。现代CAE技术可以对相当大规模的问题进行分析，这种分析可以是复杂的接触问题(在CAD中称为“装配”)。装配体的分析模拟是公认的最尖端的CAD/CAE技术之一，这项技术使得人们得以精确的预测一个多零部件的结构的性能。传统的，也是最直接的装配方法是先简单的导入装配体的各个零部件，确定它们的空间相对位置，然后人为地确定各零部件在整个装配体中的接触关系，建立接触单元。此过程在其他CAE软件中须采用手工方式完成，不仅需要漫长的虚拟整机建立过程，同时，还需要工程师对结构的各项指标、限制、风险全面的了解。每一个有经验的有限元分析工程

2、师都知道，没有任何两个接触问题是完全一样的，装配问题的复杂性在某种程度上肯定了ANSYS在这个领域的成就ANSYS可以对各种不同的接触问题进行非常好，而且简便的模拟。一个装配体的ANSYS有限元分析过程可以简单的归纳为：建立模型并划分网格识别零部件相互关系施加边界条件以及环境参量求解并复查结果事实上在ANSYS默认的设定中，当一个装配体的CAD模型被倒入的时候，接触关系已经被自动的探测了，而接触区域被指定为面/面关系。这个默认的设定可以在“Simulation Contact”设定选项的Option对话框中更改。默认的接触自动探测属性适合于大多数的接触问题。然而，附加的接触关系控制设定拓宽了可

3、以模拟的接触类型。在接触关系控制设定中：全局属性：包括自动接触探测的基本设定，以及高亮显示的接触区域的透明度设定，这些设定将会影响所有的接触区域。接触区域控制：包括接触属性浏览，区域接触类型设定，以及其他的一些高级控制选项，例如设定接触模拟方程，法向刚度，热传导设定，以及pinball区域设定等等。更加详细地，自动接触探测的基本设定包含：容差设定(Tolerance setting)，即容差类型以及容差值的设定;接触探测的种类设定(例如设定探测面/面接触，面/边接触以及边/边接触)等;接触探测种类优先权设定(例如设定面/面接触优先于其他种类的接触)等。在接触区域控制的接触类型设定中，ANSYS

4、可以模拟如下的多种接触类型：固结(Bonded)，即完全绑定，无摩擦也无滑动。不分离(No separation)，和固结类似，不过在小范围内允许无摩擦的滑动。无摩擦(Frictionless)，部件之间摩擦系数为0，允许法相分离。粗糙(Rough)，与无摩擦类型相似，只是部件之间不允许接触滑动。有摩擦的(Frictional)，部件之间会因摩擦系数而产生剪切力。在接触区域控制的高级设定中，使用者甚至可以设定潜在的接触模拟方法，在ANSYS 9.0版本中有如下选择：广义拉格朗日法(Augmented Lagrange)罚函数法(Pure Penalty)多点约束法(Multipoint con

5、straint，MPC)拉格朗日法(Normal Lagrange)具体每种模拟方法的数学模型在此不逐一介绍，简单介绍一下比较年轻的内部多点约束(MPC)算法。MPC算法适用于面对面、点对面的接触单元。使用该方法时，ANSYS会根据接触运动建立MPC方程。内部MPC方法能够克服传统接触法则和其他多点约束方法的缺点。若与粘结接触结合使用，MPC方法可简化下列形式的接触装配和运动约束：固-固装配、壳-壳装配、壳-固装配、梁-固装配、刚性面约束以及任意面的载荷分布。内部MPC 方法可以克服传统接触算法和ANSYS中的其他多点约束工具的缺点，例如：接触面节点的自由度被消去;可以减小系统方程求解的波前大

6、小;不需要输入接触刚度;对于小变形问题，它代表真实的线性接触行为;求解系统方程时不需要平衡迭代;对于大变形问题，MPC方程在每个平衡迭代中不断进行更新，克服了传统约束方程只适用于小应变的限制条件。此外值得一提的是，相比普通的罚函数方法，广义拉格朗日法常常能得到更好的模拟结果，对接触刚度系数也不是那么的敏感，然而在某些分析算例中，广义拉格朗日方法需要更多的迭代次数，也就是收敛的比较慢一些。针对装配结构有限元模拟的实际问题，ANSYS提供了强大的装配结构模拟能力和完备而易用的接触自动检测功能。运用CAD模型“链接”技术，在建立装配模型“链接”的过程中，自动探测装配关系，同时完成“接触”单元的建立，

7、从而将人为干预最小化。说明：本信息本文介绍了使用ANSYS自动接触技术的方法。现代CAE技术可以对相当大规模的问题进行分析，这种分析可以是复杂的接触问题(在CAD中称为“装配”)。装配体的分析模拟是公认的最尖端的CAD/CAE技术之一，这项技术使得人们得以精确的预测一个多零部件的结构的性能。传统的，也是最直接的装配方法是先简单的导入装配体的各个零部件，确定它们的空间相对位置，然后人为地确定各零部件在整个装配体中的接触关系，建立接触单元。此过程在其他CAE软件中须采用手工方式完成，不仅需要漫长的虚拟整机建立过程，同时，还需要工程师对结构的各项指标、限制、风险全面的了解。每一个有经验的有限元分析工

8、程师都知道，没有任何两个接触问题是完全一样的，装配问题的复杂性在某种程度上肯定了ANSYS在这个领域的成就ANSYS可以对各种不同的接触问题进行非常好，而且简便的模拟。一个装配体的ANSYS有限元分析过程可以简单的归纳为：建立模型并划分网格识别零部件相互关系施加边界条件以及环境参量求解并复查结果事实上在ANSYS默认的设定中，当一个装配体的CAD模型被倒入的时候，接触关系已经被自动的探测了，而接触区域被指定为面/面关系。这个默认的设定可以在“Simulation Contact”设定选项的Option对话框中更改。默认的接触自动探测属性适合于大多数的接触问题。然而，附加的接触关系控制设定拓宽了

9、可以模拟的接触类型。在接触关系控制设定中：全局属性：包括自动接触探测的基本设定，以及高亮显示的接触区域的透明度设定，这些设定将会影响所有的接触区域。接触区域控制：包括接触属性浏览，区域接触类型设定，以及其他的一些高级控制选项，例如设定接触模拟方程，法向刚度，热传导设定，以及pinball区域设定等等。更加详细地，自动接触探测的基本设定包含：容差设定(Tolerance setting)，即容差类型以及容差值的设定;接触探测的种类设定(例如设定探测面/面接触，面/边接触以及边/边接触)等;接触探测种类优先权设定(例如设定面/面接触优先于其他种类的接触)等。在接触区域控制的接触类型设定中，ANSY

10、S可以模拟如下的多种接触类型：固结(Bonded)，即完全绑定，无摩擦也无滑动。不分离(No separation)，和固结类似，不过在小范围内允许无摩擦的滑动。无摩擦(Frictionless)，部件之间摩擦系数为0，允许法相分离。粗糙(Rough)，与无摩擦类型相似，只是部件之间不允许接触滑动。有摩擦的(Frictional)，部件之间会因摩擦系数而产生剪切力。在接触区域控制的高级设定中，使用者甚至可以设定潜在的接触模拟方法，在ANSYS 9.0版本中有如下选择：广义拉格朗日法(Augmented Lagrange)罚函数法(Pure Penalty)多点约束法(Multipoint co

11、nstraint，MPC)拉格朗日法(Normal Lagrange)具体每种模拟方法的数学模型在此不逐一介绍，简单介绍一下比较年轻的内部多点约束(MPC)算法。MPC算法适用于面对面、点对面的接触单元。使用该方法时，ANSYS会根据接触运动建立MPC方程。内部MPC方法能够克服传统接触法则和其他多点约束方法的缺点。若与粘结接触结合使用，MPC方法可简化下列形式的接触装配和运动约束：固-固装配、壳-壳装配、壳-固装配、梁-固装配、刚性面约束以及任意面的载荷分布。内部MPC 方法可以克服传统接触算法和ANSYS中的其他多点约束工具的缺点，例如：接触面节点的自由度被消去;可以减小系统方程求解的波前大小;不需要输入接触刚度;对于小变形问题，它代表真实的线性接触行为;求解系统方程时不需要平衡迭代;对于大变形问题，MPC方程在每个平衡迭代中不断进行更新，克服了传统约束方程只适用于小应变的限制条件。此外值得一提的是，相比普通的罚函数方法，广义拉格朗日法常常能得到更