1 前言

机械结构中存在很多接触面之间没有明显相对运动的零件。传统的有限元建模方法是在两个零件之间的接触面位置将网格处理成共节点。这种接触面共节点的建模方法对仿真工程师的能力有很高要求，不利于初学者掌握。即使是经验丰富的仿真工程师，要想通过共节点的方式建立质量较高的网格模型也需要花费很多建模时间，通常要花费整个仿真任务70%左右的时间。

MSC Nastran线性接触功能可以有效降低仿真建模难度并且节省仿真建模时间。线性接触建模方法不要求零件之间的接触面上有一致的网格节点，只需要把存在接触关系的零件设置成接触体，并在分析设置中定义接触表来表达零件之间的连接关系。这能够大幅度提高仿真建模效率。线性接触可以应用在SOL101、103、105、107、108、109、110、111、112等求解当中，即线性静力、模态、屈曲、复特征值、瞬态、频响等分析中。

2 线性接触VS共节点

线性接触方法的建模效率比共节点方法更高，这是毋庸置疑的。现在我们唯一要确定的是这种快速的建模方法能否保证分析结果精度。下面通过一个简单算例对比共节点和线性接触两种建模方式所得分析结果的差异，从而验证线性接触方法在实际应用中的可行性。

算例结构由两个相连块体组成，大块体左端施加固定约束，小块体右端施加向下的10000N弯曲载荷。为了不受网格尺寸的影响，模型中大小块体采用相同的网格尺寸。具体的仿真模型如下图1所示。

左下模型为共节点模型，接触面位置融合节点。右上模型为线性接触模型，接触面上相同的位置存在两个节点。两个模型在接触面上的差异如图2所示。

图2中黄色边代表模型的自由边，左下模型在接触面上没有自由边，说明接触面上的节点完全融合；右上模型在接触面上有自由边，说明节点没有融合。

将右上模型中两个块体分别设置成可变形接触体，然后进入分析设置界面定义两个块体的接触表。在接触表定义界面将两个块体之间的接触关系设置成Glue（永久粘接），其它设置与正常分析完全相同。通过线性静力分析（SOL101）得出位移结果和等效应力结果分别如图3和图4所示。

从位移云图中我们不难看出，两种连接方式位移结果大小和变化趋势完全相同。从等效应力结果云图中可以看出，两种连接方式应力结果变化趋势完全相同，仅在连接面附件区域稍有不同。取连接面附件相同位置的两点进行对比发现应力结果完全相同，这说明接触面周围区域的应力差异很小。

3 总结

对比算例证明了线性接触方法所得结果具有足够精度。现实应用中如果四面体单元就能满足要求，可以考虑使用布尔操作加自由网格划分方式进行建模；如果要采用六面体单元建模，那势必要考虑零件之间的连接处理，这种情况下线性接触建模方法是一种非常好的选择。

很多工程师自嘲性地把网格划分工作定义为体力劳动，那么共节点和线性接触就好比铁锹和挖掘机。线性接触方法建模效率更高，但定义过程有一定的技巧性和更多的注意事项，这部分我们在后续的推文中再详细介绍。

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