内容发布更新时间 : 2024/12/22 20:42:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

度穿透准则的真正接触。这一技术应当仅用于在改变球形区域 PINB 不能阻止伪接触的情况。

5.4.9.10 修正法向和切向接触刚度

在分析过程中，可以修正法向和切向接触刚度。可以自动修正(由于改变下伏单元刚度的大应变效应产生)，也可以显式地修正(由用户重新指定 FKN 或 FKT 值)。KEYOPT(10)控制法向和切向接触刚度如何修正：

KEYOPT(10)=0，禁止那些已经处于“闭合”状态的单元的接触刚度修正。对于从“张开”变化到“闭合”状态的单元，将在每一个子步上修正接触刚度。

KEYOPT(10)=1，允许已处于“闭合”状态的单元的接触刚度，在荷载步之间或在重启动期间改变。对于从“张开”变化到“闭合”状态的单元，将在每一个子步上修正接触刚度。

KEYOPT(10)=2与 KEYOPT(10)=1相同，只是对所有单元(不论其状态)将在每一个子步上，由程序决定自动修正。 5.4.9.11 选择表面作用模式

面-面接触单元支持法向单向接触模式及其他力学表面作用模式。通过设置 KEYOPT(12) 来选择下面的某种作用模式：

KEYOPT(12)=0，法向单向接触，即在接触分开时，法向压力等于0。

KEYOPT(12)=1，理想粗糙接触，用来模拟无滑动的，表面完全粗糙的摩擦接触问题，这种设置对应于摩擦系数无限大，因此用户定义的摩擦系数(MU)被忽略。

KEYOPT(12)=2，“不分离”接触，接触面和目标面一旦接触，在其后的分析中就连在一起(虽然允许有相对滑动)。

KEYOPT(12)=3，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。

KEYOPT(12)=4，不分离接触，其中的接触积分点，或初始在球形区域内，或一旦接触，就总是与目标面沿接触面的法向连在一起， 但允许滑动。调整 FKOP(见下)，可用“软弹簧”把这些区域联系在一起。 KEYOPT(12)=5，绑定接触模式，其中接触积分点，或者初始在球形区域内，或者一旦接触，就总是与目标面沿接触面的法向和切向绑定在一起。

KEYOPT(12)=6，绑定接触模式，其中初始接触的接触积分点保持与目标面接触，而初始处于打开状态的接触积分点，在整个分析期间保持打开状态。这个选项与在初始接触的区域应用 CEINTF 类似。

对于模拟不分离或绑定接触，用户可能需要设置 FKOP 实常数。这在接触张开时，提供一个刚度系数。如果 FKOP 为正值，则真正的接触张开刚度等于 FKOP乘以接触闭合时施加的刚度。如果 FKOP 为负值，该值作为 接触张开刚度的绝对值。缺省的 FKOP 值为1。

不分离或绑定接触，在接触发生张开时，产生\回拉\力，这个力可能不足以阻止分离。为了减小分离，定义一个较大的 FKOP 值。在有些时候，希望接触面分离，但需要在接触面之间建立联系来阻止刚体运动，在这种情况下，可以指定较小的 FKOP 值，以使接触面之间保持联系(这是\软弹簧\效应)。

5.4.9.12 用超单元建立接触模型

面一面的接触单元能模拟刚体(或一个线弹性体)和另一个有小位移的线弹性体的接触。这些线弹性体可用超单元来建模，这大大降低了进行接触迭代的自由度数。记住任何接触或目标节点都必须是超单元的主自由度。

由于超单元仅仅由一组保留的节点自由度组成，它没有用来定义接触面和目标面的几何形状。因此，必须在形成超单元之前在原始单元表面上定义接触面和目标面。来自超单元的信息，包括节点连结和组合刚度，但是没有材料特性和应力状态(轴对称、平面应力或平面应变)。一个限制是接触单元的材料特性设置必须与形成超单元之前的原始单元的材料特性相同。

使用 KEYOPT(3)来提供2D接触分析的信息。CONTA171、CONTA172 单元的选项如下：

不使用超单元(KETOPT(3)=0)。 轴对称(KEYOPT(3)=1)。

平面应变或单位厚度的平面应力(KEYOPT(3)=2)。

需要厚度输入的平面应力(KEYOPT(3)=3)。对这种情况，使用实常数R2来指定厚度。

对于3D接触分析，CONTA173，CONTA174单元的KEYOPT(3)选项忽略。ANSYS 将自动检查下伏单元是否为超单元。

5.4.9.13 考虑厚度影响

程序能够用KEYOPT(11)来考虑壳(2D和3D)、梁(2D)的厚度。对于刚体-柔体接触，ANSYS将自动移动接触面到壳/梁的底面或顶面。对于柔体-柔体接触，ANSYS将自动移动与壳/梁单元相连的接触面和目标面。缺省时，程序不考虑单元厚度，

用中面来表示梁和壳，而穿透距离从中面计算。当设置 KFTOPI(11)=1 时，则考虑梁或壳的厚度。从指定的底面或顶面来计算穿透距离。

注意 --仅在使用节点位于中面的壳或梁单元时（例如，KEYOPT(11)=0的SHELL91单元），用KEYOPT(11)=1来考虑厚度影响。

建模时如要考虑厚度，记住偏移可能来自接触面或目标面或两者。在和

KEYOPT(11)=1一起指定接触偏移(CNOF)时，CNOF从壳/梁的顶面和底面计算，而不是中面。当和SHELL181一起使用时，还考虑变形过程中的厚度变化。

5.4.9.14 使用时间步长控制

时间步长控制是一个自动时间步长特征，这个特征预测什么时间接触单元的状态将发生变化，或者二分当前时间步。使用KEYOPT(7)来选择下列四种行为之一来控制时间步长。KEYOPT(7)=0时不提供控制(缺省)，KEYOPT(7)=3提供最多的控制：

KEYOPT(7)=0，无控制。时间步大小不受预测影响。当自动时间

步长激活，且允许一个很小的时间步长时，这个设置对大多数情况是合适的。

KETOPT(7)=1，如果一次迭代期间产生太大的穿透，或者接触状态急剧变化，则进行时间步长二分。

KEYOPT(7)=2，对下一个子步预测一个合理的时间增量。 KETOPT(7)=3，对下一个子步，预测一个最小的时间增量。 5.4.9.15 使用死活单元选项

面─面接触的接触单元和目标单元允许激活或杀死，而且也跟随其下伏单元的死活状态。能够在分析的某一阶段中杀死这个单元，而在以后的阶段再重新激活它。这个特征对于模拟复杂的金属成形过程是有用的，在此过程的不同分析阶段，有多个刚性目标面需要和接触面相互作用。回弹模拟常常需要在成形过程的后期移走刚性工具。这一选项不能用于“不分离”或绑定接触。

5.4.10 控制刚性目标面的运动(刚体-柔体接触)

刚性目标面是在其原始构形上定义的。而整个面的运动，通过控制节点上的给定位移来定义(如果没有定义控制节点，则通过目标面上的不同节点来定义)。 为控制整个目标面的边界条件(和运动)，在下面任何情况下，必须使用控制节点:

目标面上作用着给定的外力。

目标面发生旋转。

目标面和其它单元相连(例如结构质量单元 MASS21 等)。 目标面的运动有平衡条件调节。

控制节点的自由度代表着整个刚性面的运动，包括2D中的2个平移和1个转动自由度，或3D中的3个平移和3个转动自由度。用户可以在控制节点上施加边界条件(位移、初速度)、集中载荷、转动等等。为了考虑刚体的质量，可在控制节点上定义一个质量单元。

当使用控制节点时，记住对目标面有如下一些限制：

每个目标面只能有一个控制节点。

ANSYS忽略除了控制外的所有节点上的边界条件。 只有控制节点能与其它单元相连。

当定义了控制节点后，不能使用约束方程( CE )或节点耦合( CP )来控制目标面的自由度。如果要在刚性面上施加任意载荷或者约束，用户必须定义控制节点，并在控制节点上加载。如果没有使用控制节点，则只能有刚体运动。

注意 —控制节点可以是目标单元上的一个节点，或者是任意位置的节点，但不应该是接触单元上的节点。只有在施加了转角或力矩时，控制节点的位置才重要。对于每一个控制节点，ANSYS将自动定义一个内节点及一个内部约束方程。通过内部约束方程，控制节点的转动自由度与内节点的平移自由度联系了起来。 缺省时，目标单元的 KEYOPT(2)=0，ANSYS 对每个目标面检查边界条件。如果下面的条件都满足，那么程序将目标面作固定处理：

在目标面节点上没有明确定义边界条件或给定力。 目标面上的节点没有和其它单元相连。

没有在目标面上的节点上使用约束方程或节点耦合。

在每个载荷步的末尾，程序将会释放内部设置的约束条件。

在结果文件(Jobname.RST)和数据库(Jobname.DB)中保存的约束条件可能会由于这些改变而被修改。用户应当在重启动一个分析或用交互模式重新求解之前，仔细检查当前的约束条件是否合乎要求。

如果需要，用户可以通过在目标单元定义中设置KEYOPT(2)=1，来控制目标节点的约束条件。

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5.4.11 热接触模拟

可以应用面-面接触单元，结合热-结构耦合场实体单元，来模拟在接触面之间的热传导。为了激活结构自由度和热自由度，要设置KEYOPT(1)=1。支持下面的热接触特性：

两个接触面之间的热接触传导。

从一个“自由面”到周围，或二个小间隙分离面之间的热对流(“近场”对流)。

从一个“自由面”到周围，或二个小间隙分离面之间的热辐射(“近场”辐射)；

由摩擦耗散而产生的热。 热通量输入。 5.4.11.1 热接触行为与接触状态

每个接触对可覆盖一个或多个热接触特性。激活哪个特性取决于接触状态：

闭合接触 ：热接触传导在二个接触面间传热；

摩擦滑动 ：摩擦耗散能量，在接触面和目标面上生成热； 近场接触 ：考虑了接触面和目标面之间的热对流和热辐射。

外部通量对接触面有贡献。

自由面接触 ：考虑了接触面和周围之间的热对流和热辐射。外部通量仅对接触面和目标面有贡献。 5.4.11.2 自由热表面

如果要模拟自由表面热对流、自由表面热辐射或施加了热流值的表面，用户可定义自由热表面。自由热表面可以是一个接触面而无相应的目标面(即无目标单元的接触对)。也可以设置目标单元类型定义的 KEYOPT(3)=1 来定义一个自由热表面。在设置了这个 KEYOPT 时，只要检测到接触张开，就要考虑自由表面辐射和对流。这种情况下，在接触面和目标面之间无对流或辐射热传递。

5.4.11.3 目标面上的温度

对于界面热传导、近场热传导或近场辐射，需要求解接触面和目标面的温度。在目标表面和接触检测点法线之间的交点上的温度代表目标温度。控制节点上