本文谈谈接触刚度

大海呀大海

1、接触刚度

对增强拉格朗日法和罚函数法，需要法向和切向接触刚 度。接触面和目标面之间的渗透量取决于法向刚度。在粘结接触中的滑动量取决于切向刚度。较高的刚度值减少渗透量/滑动量，但会导致总体刚度矩阵的病态和收敛困难。较低的刚度值会导致一定量的渗透/滑动，进而产生不准确的求解。理想地，使用足够高的刚度以便渗入/滑动量是少量可接受的，但是足够低的刚度在收敛方面是很好的。

一般情况下，ANSYS为接触刚度FKN，FKT，允许渗入量FTOLN，允许滑动量SLTO提供了缺省值。在大多数情况下 ， 不 需 要 定 义 这 些 接 触 刚 度 。 而 且 ， 推 荐 使 用KEYOPT(10)=2允许程序自动更新接触刚度。

ANSYS Workbench在接触刚度控制中提供了两个选项：

对于接触刚度，ANSYS经典版提供了两个实常数：法向接触刚度（FKN）和切向接触刚度(FKT)和两个关键字KEYOPT(6),KEYOPT(10)控制接触刚度更新。

在ANSYS Workbench接触刚度设置中，只能直接设置法向接触刚度， 而切向接触刚度是通过输入的法向接触刚度间接计算得到（程序自定义）。在接触刚度控制中ANSYS Workbench通过一个选项，实现了对两个接触关键字的控制

Workbench使用增强Lagrange法或罚函数法时都需使用法向接触刚度（FKN），产生一个小的穿透量(xpenetration > 0）从而保证数值上的平衡。

  · 然而实际情况下，两接触体并不互相穿透(xp = 0)

  · 接触单元不但可以传递法向压力，而且可传递切向摩擦力.
  · 接触单元使用切向罚刚度(FKT) 来确保切线方向的接触协调.
  · 切向罚刚度和法向罚刚度一样，影响收敛和求解精度.

  · 接触计算面临以下挑战:
    –使穿透最小以保证求解精度.

  · 因此，接触刚度应该非常大.
   –然而, 刚度太大却有收敛性困难.

  · 模型在接触表面可能来回的振动

  · ANSYS Workbench如何计算接触刚度?

  · 对绑定接触， Workbench-Mechanical 默认使用 PurePenalty 公式和大法向刚度.
    – 因为接触刚度高导致很小或可忽略的穿透，可得到精确的结果.
    – 对绑定接触，MPC 算法是另一个好的选择，因为它有许多好的特征.

  · 对无摩擦或摩擦接触, 考虑使用Augmented Lagrange或 Normal Lagrange 方法.
    – 由于其良好的特性和灵活性，推荐使用 Augmented Lagrange方法
    – 如果用户不想考虑法向刚度同时要求零穿透，可以使用Normal Lagrange 方法. 但必须使用直接求解器(Direct Solver) ，这也许会限制求解模型大小