ANSYS非线形分析指南 接触分析 单元类型和实常数 在生成目标单元之前,首先必须定义单元类型( TARGI69或TARG170)。 命令:ET JI main menu>preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete 随后必须设置目标单元的实常数。 命令Real GUI: main menn>preprocessor>real constants 对 TARGE169和 TARGE170仅需设置实常数R1和R2,而只有在使用直接 生成法建立目标单元时,才需要从为指定实常数R1、R2,另外除了直接生成法, 你也可以使用 ANSYS网格划分工具生成目标单元,下面解释这两种方法。 使用直接生成法建立刚性目标单元 为了直接生成目标单元,使用下面的命令和菜单路径。 命令: TSHAP GUI: main menupreprocessor>modeling-create> Elements>Elem Attributes 随后指定单元形状,可能的形状有: straight line(2D) clockwise arc(2-D) counterclockwise arc(2-D) circle(2-D) Cylinder (3-D) C one (3D) Pilot node(2D和3-D) 旦你指定目标单元形状,所有以后生成的单元都将保持这个形状,除非你 指定另外一种形状。 然后你就可以使用标准的 ANSYS直接生成技术生成结点和单元。 命令:N GUI: main menu>pnoprocessor> modeling- create> nodes 第6页
ANSYS 非线形分析指南 接触分析 第6页 单元类型和实常数 在生成目标单元之前，首先必须定义单元类型（TARG169 或 TARG170）。 命令：ET GUI:main menu>preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete 随后必须设置目标单元的实常数。 命令:Real GUI:main menn>preprocessor>real constants 对 TARGE169 和 TARGE170 仅需设置实常数 R1 和 R2，而只有在使用直接 生成法建立目标单元时，才需要从为指定实常数 R1、R2，另外除了直接生成法， 你也可以使用 ANSYS 网格划分工具生成目标单元，下面解释这两种方法。 使用直接生成法建立刚性目标单元 为了直接生成目标单元，使用下面的命令和菜单路径。 命令：TSHAP GUI：main menu>preprocessor>modeling-create>Elements>Elem Attributes 随后指定单元形状，可能的形状有： · straight line (2D) · parabola (2-D) · clockwise arc(2-D) · counterclokwise arc (2-D) · circle(2-D) · Triangle (3-D) · Cylinder (3-D) · Cone (3-D) · Sphere (3-D) · Pilot node (2-D 和 3-D) 一旦你指定目标单元形状，所有以后生成的单元都将保持这个形状，除非你 指定另外一种形状。 然后你就可以使用标准的 ANSYS 直接生成技术生成结点和单元。 命令：N E GUI：main menu>pnoprocessor> modeling- create> nodes
ANSYS非线形分析指南 接触分析 main menu>pnoprocessor> modeling-create>Elements 在建立单元之后,你可以通过列示单元来验证单元形状 命令: ELIST GUI: utility menulist> Elements> Nodes+ Attributes 使用 ANSYS网格划分工具生成刚性目标单元 你也可以使用标准的 ANSYS网格划分功能让程序自动地生成目标单元, ANSYS程序将会以实体模型为基础生成合适的目标单元形状而忽略 TSHAP命 令的选项。 为了生成一个“PLOT结点”使用下面的命令或GUI路径: 命令: Mesh GUI: main menu> proprocessor>meshing-mesh>keypoints 注意: KMESH总是生成“ PILOT结点” 为了生成一个2一D目标单元,使用下面的命令和GUI路径: ANSYS在每条直线上生成一条单一的线,在样条曲线上生成抛物线部分, 在每条圆弧和倒角上生成圆弧部分,如果所有的圆弧形成一个封闭的圆, ANSYS 生成一个单一的圆段。 命令: LMESH GUI: main menu>pneprocessor>mesling-mesh> lines 为了生成3D的目标单元,使用下面的命令或GUI路径。 如果实体模型的表面部分形成了一个完整的球,圆柱或圆锥,那么 ANSYS 程序自动生成一个基本的3-D目标单元,因为生成较少的单元,从而使你分析 计算更有效率,对任意形状的表面,应该使用 Amesh命令来生成目标单元,在 这种情况下,网格形状的质量不是重要的,而目标单元的形状是否能完成好的模 拟刚性面的表面几何形状显得更重要。 命令: AMESH GUI: main menu> preprocessor>-meshing-mesh>Area ANSYS在所有可能的面上推荐使用三角形的映射网格划分,如果在表面的 边界上没有曲率,则在网格划分时,指定那条边界分为一分,下面的命令或GUI 路径将尽可能的生成一个映射网格(如果不能进行映射,它将生成自由网格) 命令: MSHKFY,2 第7页
ANSYS 非线形分析指南 接触分析 第7页 main menu>pnoprocessor> modeling- create>Elements 在建立单元之后，你可以通过列示单元来验证单元形状 命令：ELIST GUI：utility menu>list>Elements>Nodes+Attributes 使用 ANSYS 网格划分工具生成刚性目标单元 你也可以使用标准的 ANSYS 网格划分功能让程序自动地生成目标单元， ANSYS 程序将会以实体模型为基础生成合适的目标单元形状而忽略 TSHAP 命 令的选项。 为了生成一个“PILOT 结点”使用下面的命令或 GUI 路径： 命令：Kmesh GUI：main menu>proprocessor>meshing-mesh>keypoints 注意： KMESH 总是生成“PILOT 结点” 为了生成一个 2─D 目标单元，使用下面的命令和 GUI 路径： ANSYS 在每条直线上生成一条单一的线，在样条曲线上生成抛物线部分， 在每条圆弧和倒角上生成圆弧部分，如果所有的圆弧形成一个封闭的圆，ANSYS 生成一个单一的圆段。 命令：LMESH GUI：main menu>pneprocessor>mesling-mesh>lines 为了生成 3─D 的目标单元，使用下面的命令或 GUI 路径。 如果实体模型的表面部分形成了一个完整的球，圆柱或圆锥，那么 ANSYS 程序自动生成一个基本的 3─D 目标单元，因为生成较少的单元，从而使你分析 计算更有效率，对任意形状的表面，应该使用 Amesh 命令来生成目标单元，在 这种情况下，网格形状的质量不是重要的，而目标单元的形状是否能完成好的模 拟刚性面的表面几何形状显得更重要。 命令：AMESH GUI：main menu>preprocessor>-meshing-mesh>Area ANSYS 在所有可能的面上推荐使用三角形的映射网格划分，如果在表面的 边界上没有曲率，则在网格划分时，指定那条边界分为一分，下面的命令或 GUI 路径将尽可能的生成一个映射网格（如果不能进行映射，它将生成自由网格） 命令：MSHKFY，2
ANSYS非线形分析指南 接触分析 GUI: main menu>preprocessor>-meshling-mesh>-Ares-Target Surf 建模和网格划分的注意点: 一个目标面可能由两个或多个面断的区域组成,你应该尽可能地通过定义多 个目标面来使接触区域局部比(每个目标面有一个不同的实常数号)刚性目标面 上由的离散能足够指述出目标面的形状,过粗的网格离散可能导致收敛问题。如 果刚性面有一个实的凸角,求解大的滑动问题时很难获得收敛结果,为了避免这 些建模问题,在实体模型上,使用线或面的倒角来使尖角光滑比,或者在曲率突 然变化的区域使用更细的网格。 注意:不能使用镜面对称技术( ARSYSM, LSYMM)来映射圆、圆柱、圆 锥或球面到对称平面的另一边,因为每个实常数的设置不能同时赋给多个基本原 型段。 检验目标面的接触方向 目标面的结点号顺序是重要的,因为它定义了接触主向,对2一D接触问题, 当沿着目标线从第一个结点移向第二个结点时,变形体的接触单元必须位于 目标面的右边。 对3一—D接触问题,目标三角形单元号应该使刚性面的外法线方向指向接触 面,外法线通过右手原则来定义 为了检查法线方向,显示单元坐标系 命令:/ PSYMS,ESYS,1 GUI: Utility menu>plotctrls>symbols 如果单元法向不指向接触面,选择单元反转表面的法向的方向。 命令: ESURF,,REVE GUI: main menu>preprocessor>create>Element>on free surf 步骤4:定义柔性体的接触面 为了定义柔性体的接触面,必须使用接触单元 CONFA171或 CONFA172(对 2-D)或 CONTA173或 CONTA174(对3-D)来定义表面 程序通过组成变形体表面的接触单元来定义接触表面,接触单元与下面覆盖 的变形体单元有同样的几何特性,接触单元与下面覆盖的变形体单元必须处于同 阶次(低阶或高阶)下面的变形体单元可能是实体单元、壳单元、梁单元或超 单元,接触面可能壳或梁单元任何一边
ANSYS 非线形分析指南 接触分析 第8页 GUI：main menu>preprocessor>-meshling-mesh>-Ares-Target Surf 建模和网格划分的注意点： 一个目标面可能由两个或多个面断的区域组成，你应该尽可能地通过定义多 个目标面来使接触区域局部比（每个目标面有一个不同的实常数号）刚性目标面 上由的离散能足够指述出目标面的形状，过粗的网格离散可能导致收敛问题。如 果刚性面有一个实的凸角，求解大的滑动问题时很难获得收敛结果，为了避免这 些建模问题，在实体模型上，使用线或面的倒角来使尖角光滑比，或者在曲率突 然变化的区域使用更细的网格。 注意：不能使用镜面对称技术（ARSYSM，LSYMM）来映射圆、圆柱、圆 锥或球面到对称平面的另一边，因为每个实常数的设置不能同时赋给多个基本原 型段。 检验目标面的接触方向。 目标面的结点号顺序是重要的，因为它定义了接触主向，对 2─D 接触问题， 当沿着目标线从第一个结点移向第二个结点时，变形体的接触单元必须位于 目标面的右边。 对 3─D 接触问题，目标三角形单元号应该使刚性面的外法线方向指向接触 面，外法线通过右手原则来定义 为了检查法线方向，显示单元坐标系 命令：/PSYMS，ESYS，1 GUI：Utility menu>plotctrls>symbols 如果单元法向不指向接触面，选择单元反转表面的法向的方向。 命令：ESURF，，REVE GUI：main menu>preprocossor>create>Element>on free surf 步骤 4：定义柔性体的接触面 为了定义柔性体的接触面，必须使用接触单元 CONFA171 或 CONFA172（对 2─D）或 CONTA173 或 CONTA174（对 3─D）来定义表面 程序通过组成变形体表面的接触单元来定义接触表面，接触单元与下面覆盖 的变形体单元有同样的几何特性，接触单元与下面覆盖的变形体单元必须处于同 一阶次（低阶或高阶）下面的变形体单元可能是实体单元、壳单元、梁单元或超 单元，接触面可能壳或梁单元任何一边
ANSYS非线形分析指南 接触分析 与目标面单元一样,你必须定义接触面的单元类型,然后选择正确的实常数 号(实常数号必须与它对应目标的实常数号相同)最后生成接触单元 单元类型: 下面简单描述四种类型的接触单元 CONTA171:这是一种2—D,2个结点的低附线单元,可能位于2—D实体, 壳或梁单元的表面 CONTA172:这是一个2一D的,3结点的高阶抛物线形单元,可能位于有 中结点的2一D实体或梁单元的表面 CONTA173:这是一个3-D的,4结点的低阶四边形单元可能位于3-D 实体或壳单元的表面,它可能褪化成一个结点的三角形单元。 CONTA174:这是一个3-D,8结点的高阶四边形单元,可能位于有中结 点的3—D实体或壳单元的表面,它可能褪化成6结点的三角形单元 不能在高阶柔性体单元的表面上分成低阶接触单元,反之也不行,不能在高 阶接触单元上消去中结点。 命令:ET GUI: main menu>preprocessor> Element type> Add/Edit/Delete 实常数和材料特性 在定义了单元类型之后,需要选择正确的实常数的设置,每个接触对的接触 面和目标面必须有相同的实常数号,而每个接触对必须有它自己不同的实常数 ANSYS使用下面柔性体单元的材料特性来计算一个合适的接触(或罚)刚 度,如果下面的单元是一个超单元。接触单元的材料的设置必须与超单元形成时 的原始结构单元相同,生成接触单元。 我们既可以通过直接生成法生成接触单元,也可以在柔性体单元的外表面上 自动生成接触单元,我们推荐采用自动生成法,这种方法更为简单和可靠。 可以通过下面三个步骤来自动生成接触单元 1、选择结点 选择已划分网格的柔性体表面的结果,如果你确定某一部分结点永远不会接 触到目标面,你可以忽略它以便减少计算时间,然而,你必须保证设有漏掉可能 会接触到目标面的结点 第9页
ANSYS 非线形分析指南 接触分析 第9页 与目标面单元一样，你必须定义接触面的单元类型，然后选择正确的实常数 号（实常数号必须与它对应目标的实常数号相同）最后生成接触单元。 单元类型： 下面简单描述四种类型的接触单元 CONTA171：这是一种 2─D，2 个结点的低附线单元，可能位于 2─D 实体， 壳或梁单元的表面 CONTA172：这是一个 2─D 的，3 结点的高阶抛物线形单元，可能位于有 中结点的 2─D 实体或梁单元的表面 CONTA173：这是一个 3─D 的，4 结点的低阶四边形单元可能位于 3─D 实体或壳单元的表面，它可能褪化成一个结点的三角形单元。 CONTA174：这是一个 3─D，8 结点的高阶四边形单元，可能位于有中结 点的 3─D 实体或壳单元的表面，它可能褪化成 6 结点的三角形单元。 不能在高阶柔性体单元的表面上分成低阶接触单元，反之也不行，不能在高 阶接触单元上消去中结点。 命令：ET GUI：main menu>preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete 实常数和材料特性 在定义了单元类型之后，需要选择正确的实常数的设置，每个接触对的接触 面和目标面必须有相同的实常数号，而每个接触对必须有它自己不同的实常数 号。 ANSYS 使用下面柔性体单元的材料特性来计算一个合适的接触（或罚）刚 度，如果下面的单元是一个超单元。接触单元的材料的设置必须与超单元形成时 的原始结构单元相同，生成接触单元。 我们既可以通过直接生成法生成接触单元，也可以在柔性体单元的外表面上 自动生成接触单元，我们推荐采用自动生成法，这种方法更为简单和可靠。 可以通过下面三个步骤来自动生成接触单元 1、选择结点 选择已划分网格的柔性体表面的结果，如果你确定某一部分结点永远不会接 触到目标面，你可以忽略它以便减少计算时间，然而，你必须保证设有漏掉可能 会接触到目标面的结点
ANSYS非线形分析指南 接触分析 命令:NSEL GUI: main menu>preprocessor>create> Element>on>free surf 2、生成接触单元 命令: ESURE GUI: main menu>preprocessorcreate>Element>on free surf 如果接触单元是附在已用实体单元划分网格的面或体上,程序会自动决定接 触计算所需的外法向,如果下面的单元是梁或壳单元,则必须指明哪个表面(上 表面或下表面)是接触面 命令: ESURE, TOP OR BOTIOM GUI: main menu>preprocessor>create> Element>on free surf 使用上表面生成接触单元,则它们的外法向与梁或壳单元的法向相同,使用 下表面生成接触单元,则它们的外法向与梁或壳单元的法向相反,如果下面的单 元是实体单元,则TOP或 BOTTOM选项不起作用 3、检査接触单元外法线的方向,当程序进行是否接触的检査时,接触面的 外法线方向是重要的,对3-D单元,按结点程序号以右手定则来决定单元的外 法向,接面的外法向应该指向目标面,否则,在开始分析计算时,程序可能会认 为有面的过度渗透而很难找到初始解。在此情况下,程序一般会立即停止执行, 你可以检查单元外法线方向是否正确。 命令:/ PSYMB GUI: Utility menu>plotctrls>symbols 当发现单元的外法线方向不正确时,必须通过倒不正确单元的结点号来改变 它们。 命令: ESURF,REVE GUI: main menu>preprocessor>Create>Elements on free surf 步骤5:设置实常数和单元关键字 程序使用九个实常数和好几个单元关键字来控制面一面接触单元的接触行 为 实常数 9个实常数中,两个(R1和R2)用采定义目标面单元的几何形状,乘下的 7个用来控制接触行为。 第10页
ANSYS 非线形分析指南 接触分析 第10页 命令：NSEL GUI：main menu>preprocessor>create>Element>on>free surf 2、 生成接触单元 命令：ESURF GUI：main menu>preprocessor>create>Element>on free surf 如果接触单元是附在已用实体单元划分网格的面或体上，程序会自动决定接 触计算所需的外法向，如果下面的单元是梁或壳单元，则必须指明哪个表面（上 表面或下表面）是接触面 命令：ESURF，TOP OR BOTIOM GUI：main menu>preprocessor>create>Element>on free surf 使用上表面生成接触单元，则它们的外法向与梁或壳单元的法向相同，使用 下表面生成接触单元，则它们的外法向与梁或壳单元的法向相反，如果下面的单 元是实体单元，则 TOP 或 BOTTOM 选项不起作用 3、检查接触单元外法线的方向，当程序进行是否接触的检查时，接触面的 外法线方向是重要的，对 3─D 单元，按结点程序号以右手定则来决定单元的外 法向，接面的外法向应该指向目标面，否则，在开始分析计算时，程序可能会认 为有面的过度渗透而很难找到初始解。在此情况下，程序一般会立即停止执行， 你可以检查单元外法线方向是否正确。 命令：/PSYMB GUI：Utility menu>plotctrls>symbols 当发现单元的外法线方向不正确时，必须通过倒不正确单元的结点号来改变 它们。 命令：ESURF，REVE GUI：main menu>preprocossor>Create>Elements on free surf 步骤 5：设置实常数和单元关键字 程序使用九个实常数和好几个单元关键字来控制面─面接触单元的接触行 为。 实常数 9 个实常数中，两个（R1 和 R2）用采定义目标面单元的几何形状，乘下的 7 个用来控制接触行为