接触单元与目标单元的选择问题

落雪飞花

大家好，对于ansys中的接触分析，很关键的一步是进行接触单元及目标单元的设置，现已知道，关于面对面的接触，总体的设置原则是：

1） 如果一个凸面与一个平面或凹面接触，平面或凹面是目标面；

2） 如果一个面比另一个面硬，则较硬的面应该为目标面；

3） 如果一个面比另一个面大，则较大的面应该为目标面；

4） 如果一个面上的网格比较粗，另一个面的网格较细，则较粗的面应该是目标面；

5） 如果一个面是高阶，另一个面是低阶，低阶面应该是目标面。

但是，在实际问题问题中，会出现上述各项相互矛盾的地方，比如，相互接触的两个面，其中一个面的网格比较粗，硬度较小，那么该如何确定其是接触面还是目标面？

也就是说，上述各项是否有优先顺序。

求做过相关研究的大神指教，谢谢！

htbbzzg

  这些原则是给你作为参考的，并不是绝对的。有矛盾的情况，需要对具体问题进行分析，看那一条是主要的。可能的话，对模型做一些修改，消除矛盾的情况；有时也可以不同情况都做一下，比较一下结果，使用最合理的一种结果。

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这个东西很固定吗？

落雪飞花

htbbzzg 发表于 2016-7-14 07:54
这些原则是给你作为参考的，并不是绝对的。有矛盾的情况，需要对具体问题进行分析，看那一条是主要的。可 ...

谢谢老师。确实如你所说，仔细分析一下，首先，按照接触单元和目标单元的定义，目标单元必须是刚度较大的单元，所以这个可以当做必要条件，至于其他原则，首先尽量尝试对模型做修改消除矛盾，否则可以先比较结果再做决定。不知道这种想法是否正确？

htbbzzg

  应该是对的。

Agoni

5.3.1 面─面的接触单元

ANSYS支持刚体─柔体和柔体─柔体的面─面的接触单元。这些单元应用“目标”面和“接触”面来形成接触对。

   分别用TARGE169或TARGE170来模拟2D和3D目标面。

   用CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174来模拟接触面。

为了建立一个“接触对”，给目标单元和接触单元指定相同的实常数号。参见§5.4。

这些面-面接触单元非常适合于过盈装配安装接触或嵌入接触，锻造，深拉问题。与点─面接触单元相比，面─面接触单元有许多优点:

   支持面上的低阶和高阶单元(即角节点或有中节点的单元)；

   支持有大滑动和摩擦的大变形。计算一致刚度阵，可用不对称刚度阵选项；

   提供为工程目的需要的更好的接触结果，如法向压力和摩擦应力；

   没有刚体表面形状的限制，刚体表面的光滑性不是必须的，允许有自然的或网格离散引起的表面不连续；

   与点─面接触单元比，需要较少的接触单元，因而只需较小的磁盘空间和CPU时间，并具有高效的可视化；

   允许多种建模控制，例如：

   绑定接触，不分离接触，粗糙接触；

   渐变初始穿透；

   目标面自动移动到初始接触；

   平移接触面(考虑梁和单元的厚度)，用户定义的接触偏移；

   死活能力；

   支持热-力耦合分析。

使用这些单元来做为刚性目标面，能模拟2D和3D中的直线(面)和曲线(面)，通常用简单的几何形状例如圆、抛物线、球、圆锥、圆柱来模拟曲面。更复杂的刚体形状或普通可变形体，可以应用特殊的前处理技巧来建模，参见§5.4。

面-面接触单元不能很好地应用于点-点或点-面接触问题，如管道或铆头装配。在这种情况下，应当应用点-点或点-面接触单元。用户也可以在大多数接触区域应用面-面接触单元，而在少数接触角点应用点-点接触单元。

    面－面接触单元只支持一般的静态或瞬态分析，屈曲、模态、谱分析或子结构分析。不支持谐响应分析、缩减或模态叠加瞬态分析，或缩减或模态叠加谐响应分析。

本章后面将分别讨论ANSYS不同接触分析类型的能力。

5.3.2 点─面接触单元

点─面接触单元主要用于给点─面接触行为建模，例如两根梁的相互接触(梁端或尖角节点)，铆头装配部件的角点。

如果通过一组节点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点─面接触单元来模拟面─面的接触问题。面既可以是刚性体也可以是柔性体。这类接触问题的一个典型例子是插头插到插座里。

使用这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，接触面之间也不需要保持一致的网格。并且允许有大的变形和大的相对滑动，虽然这一功能也可以模拟小的滑动。

CONTACT48 和 CONTACT49单元是点─面的接触单元。这2种单元支持大滑动、大变形、以及接触部件间不同的网格。用户也可以用这2种单元来进行热-机械耦合分析，其中热在接触实体之间的传导非常重要。

应用 CONTACT26 单元用来模拟柔性点─刚性面的接触。对有不光滑刚性面的问题，不推荐采用 CONTACT26 单元，因为在这种环境下，可能导致接触的丢失。在这种情况下，CONTACT48 通过使用伪单元算法，能提供较好的建模能力(参见《ANSYS Theory Reference》)，但如果目标面严重不连续，依然可能失败。

5.3.3 点─点接触单元

点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为。为了使用点─点接触单元，用户需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况(即使在几何非线性情况下)。其中一个例子是传统的管道装配模型，其中接触点总是在管端和约束之间。

点─点接触单元也可以用于模拟面─面的接触问题，如果两个面上的节点一一对应，相对滑动又可以忽略不计，两个面位移(转动)保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─面接触问题的典型例子。

另一个点─点接触单元的应用是表面应力的精确分析，如透平机叶片的分析。

ANSYS的 CONTA178 单元是大多数点-点接触问题的最好选择。它比其他单元提供了范围更广的选项和求解类型。CONTAC12 和 CONTAC52 单元保留的理由，在很大程度上是为了与已有模型的向下兼容。

5.4 面─面的接触分析

用户可以应用面-面接触单元来模拟刚体-柔体或柔体之间的接触。从菜单(Preprocessor>Create>Contact Pair>Contact Wizard)进入接触向导，为大多数接触问题建立接触对提供了简单的方法。接触向导将指导用户建立接触对的整个过程。每个对话框中的HELP按钮对其应用及选项作了详细说明。

在用户未对模型的任何区域分网之前，接触向导不能应用。如果用户希望建立刚体-柔体模型，则在进入接触向导前，仅对用作柔体接触面的部分分网(不对刚体目标面分网)。如用户希望建立柔体-柔体接触模型，则应在进入接触向导前，对所有用作接触面的部件进行分网(包括目标面)。

下面诸节将论述不用接触向导来建立接触面和目标面的方法。

5.4.1 应用面-面接触单元

在涉及到两个边界的接触问题中，很自然把一个边界作为“目标”面，而把另一个作为“接触”面。对刚体─柔体的接触，目标面总是刚性面，接触面总是柔性面。对柔体─柔体的接触，目标面和接触面都与变形体关联。这两个面合起来叫作“接触对”。使用TARGE169与CONTA171(或CONTA172)单元来定义2-D接触对。使用TARGE170与CONTA173(或CONTA174)单元来定义3-D接触对。程序通过相同的实常数号来识别每一个接触对。