ANSYS接触非线性设置与接触不收敛对策详解（5月28-29日）

一、Ansys接触非线性设置

1、接触状态

接触状态分为远场接触（Far）、近场接触（Near）、粘结接触（Sticking）和滑动接触（Sliding），如下图所示

2、接触探测（contact detection）

接触探测允许指定选择的位置用于接触探测和相关的接触状态计算（间隙量和穿透量），以获得良好的收敛效果。纯罚函数算法和增强拉格朗日算法默认基于接触单元高斯积分点的探测（On Gauss Points）；法向拉格朗日乘子法和MPC法默认基于节点的探测（On Nodes-Normal from Contact和On Nodes-Normal to Target），较高斯积分点的探测点要少。

• 接触探测原理基于高斯积分点的探测默认指向接触面的法向；

• 基于接触面节点的探测用于接触面比目标面光滑的情况；

• 基于目标面节点的探测用于目标面比接触面光滑的情况；

后两种由于在探测前要计算接触面的法线方向，所以计算时间较基于高斯积分点的探测要长，也就优先选用基于高斯积分点的探测，但是有时必须采用基于节点的探测，例如尖角与线的接触。

3、接触界面处理（Interface Treatment）

接触界面处理将接触面偏移一定量，以保证初始无间隙的接触状态，偏移表现为一种数学偏移，接触计算的模型没有发生空间移动，节点和单元都没有修改，其核心就是在初始间隙区建立一个刚性域以填补界面上的间隙，只适用非线性接触，尺寸依据球形域尺寸判定.

Detection Metod选择Nodal Normal from Contact或Nodal Normal to Target依据，根据接触物或目标物哪一个模型更加圆滑。

在大多数情况下，针对非线性接触问题时候，Augmented Lagrange是最好的收敛算法；当需要研究结构的振荡问题时，由于考虑零渗透问题，选择使用Lagrange方法能更好的提高精度，同时由于零渗透的原因使得计算时间变得更长。

2、接触对定义不足或不恰当 

如图所示，该问题为一个挤压变形接触问题，在挤压接触中，由于未定义侧边的自接触，从而会导致在接触计算中收敛困难，极有可能造成计算发散。

除了保证接触对的正确生成，在另外一个层面上，还需要建立正确的接触对形式，如图2所示，第一种法法将每一个面与对应的面生成接触对，第二种方法将接触对进行整合，作为一个接触对。两种方法虽然在形式上都是正确的，然而使用第一种方法时，结构在两个接触对交接处会数值由于偏差，往往使得接触的收敛变的困难；而第二种方法将接触的面作为一个单一接触能避免这种问题的出现，使得接触的收敛性更好。

3、接触刚度

对于基于纯罚函数算法的接触计算，接触刚度对于接触收敛性的影响非常大，一般情况下采用默认参数即可，但是对于有一些特殊问题，需要手动修改，例如弯曲接触成型问题，如果不收敛，则需要将接触刚度调整为0.01-0.1之间。但是接触刚度数值还在接触计算的精度有影响，因此用户需要在不同的接触问题中，需要平衡收敛与误差。

三、ANSYS结构接触非线性直播课程

为了让大家全面掌握ANSYS的结构接触非线性计算的强大功能，特定于5月28-29日两天，我在仿真秀进行线上直播课程，主要授课内容如下：