04 接触设置Advanced

专注于仿真分析和振动分析

00 导读

    接触设置是结构有限元分析的重点和难点。在ANSYS软件中，接触设置选项多，也复杂。不过，对于大部分问题来说，接触设置保持默认即可，这在很大程度上降低了接触设置的难度。不过总存在一些特殊的问题和场景，要求对接触设置有较全面和深入的了解。

    接触设置主要分为四个大类别。

    本文主要介绍Advanced的设置。

01 研究背景

    接触设置散见于各种文章和书籍，但往往不够系统和全面。本文主要内容来自ANSYS软件自带的帮助文档，内容位置如下。

02 Advanced设置

   01Fomulation(公式)

    02Small Sliding(小滑动)

    Small Sliding，相对较小滑动假设（滑动小于接触长度的 20%）。如果已知会发生小滑动，则打开此属性可以使求解更加高效和稳健。如果大挠度设置为关闭或接触类型为Bonded，小滑动一般默认为打开。

    03Detection Method(探测方法)

    适用于3D面-面接触和2D边-边接触。

    04Penetration Tolerance (穿透容差)

    当接触算法设置为Program Controlled/Pure Penalty/Augmented Lagrange时，Penetration Tolerance属性可以选择Value或Factor。

    05Elastic Slip Tolerance(弹性滑动容差)

    当接触类型设置为Frictionless 或No Separation，不显示弹性滑动容差属性。

    06Constraint Type(约束类型)

    仅当算法设置为 MPC 并且接触对象和目标对象选为面时，才会显示该属性。

    07Normal Stiffness(法向刚度)

    法向刚度系数，仅支持非零正值，取值范围通常是 0.01 - 10。较小值让收敛更容易但会导致更多的穿透。如果弯曲变形为主，建议使用较小值 (0.01-0.1)。

    法向刚度值，仅支持正值。

    08Update Stiffness(更新刚度)

    要使用此属性，Formulation需设置为 Augmented Lagrange 或 Pure Penalty。对于 Each Iteration, Exponential 选项，需将 Formulation 设置为 Pure Penalty。

    Pressure at Zero Penetration，定义接触对象和目标对象之间零穿透时的压力。

    Initial Clearance，定义接触压力开始作用于接触对象和目标对象的初始间隙。

    09Stabilization Damping Factor(稳定阻尼系数)

    由于网格之间或接触单元和目标单元的积分点之间存在的小间隙，导致接触最初可能处于接近打开状态。接触关系在分析过程中不能成功建立导致产生刚体 位移。稳定阻尼因子提供了一定的阻力来阻止接触对之间的相对运动并防止刚体运动。接触阻尼因子应用于接触法线方向，并且仅对 Type为 Frictionless、Rough 和 Frictional 有效。阻尼应用于接触状态打开的每个载荷步。稳定阻尼系数的值应该足够大以防止刚体运动，但要足够小以确保求解合理。 值1通常是合适的。 

    10Thermal Conductance 导热

    设置热接触模拟中的热接触导热值。

    11Thermal Conductance Value(导热值)

    当Thermal Conductance设置为Manual时，此属性显示，允许输入导热值，仅支持正值，可以指定为参数。单位取决于接触对象的类型。对于 3D面和2D边，单位为 HEAT/(TIME * TEMPERATURE* AREA)。对于 3D边和顶点之间的接触，单位为 HEAT/(TIME * TEMPERATURE)。

    12Pinball Region(弹球区)

    如果希望将两个相距较远的对象建立接触，应该指定一个足够大的弹球区域。对于bonded 和 no separation接触类型，指定大弹球区域要小心，在弹球区内的区域都会被视为处于接触状态。对于其他类型的接触，弹球区域定义了接触的探测范围。

    13Pinball Radius(弹球半径)

    14Time Step Controls(时间步长控制)

    定义接触行为变化是否控制自动时间步长。此选项仅对非线性接触显示（类型设置为Frictionless, Rough, 或 Frictional）。

    15Restitution Factor - Rigid Body Dynamics Solver Only

    恢复因子 - 仅限刚体动力学求解器.

    对于 Ansys Rigid Dynamics 求解器，该值表示冲击期间的能量损失，定义为冲击前的相对速度与冲击后的速度之比。 该值可以介于 0 和 1 之间。Restitution Factor 等于 1 表示在冲击期间没有能量损失，即回弹速度等于冲击速度（完全弹性碰撞）。 默认值为 1。