接触分析-难点在于如何保证收敛和平衡计算精度与时间，一步错，满盘皆输！
非线性分析主要有三种类型：几何非线性、材料非线性和边界条件非线性（又叫状态非线性），在压力容器行业中几何非线性和材料非线性的应用非常少，几何非线性顶多就是一个有初始几何缺陷的模型，而边界条件非线性主要是指接触分析，典型特点是边界条件不是在计算的开始就可以全部给出，而是在计算过程中确定的，接触体之间的接触面积和压力分布随外载荷变化，同时还可能需要考虑接触面间的摩擦行为和接触传热。接触分析在压力容器中相对来说具有一定的应用，如螺柱螺母连接的配对法兰需要将螺柱与螺栓孔表面建立接触，螺母与压紧法兰面建立接触以模拟真实的连接情况，另外一个应用就是模拟补强圈与壳体之间的接触，其实对于补强圈很少进行接触分析的，大多是将补强圈与壳体简化为一个整体进行考虑的，但实际中补强圈与壳体之间并非整体而是因制造安装等偏差导致补强圈与壳体之间并非完美贴合的，因而需考虑补强圈与壳体之间存在的接触以更加真实的模拟补强圈对壳体应力的影响，本文以一带初始几何间隙的补强圈与壳体模型为例介绍在WB中进行接触分析的一些实用技巧。
接触分析最大难点：如何收敛，如何减少收敛时间，如何保证计算精度？
接触分析是非线性分析，采用大变形理论并在求解过程中需要不断的进行刚度矩阵的变化和平衡方程的迭代以求得收敛解，每一次迭代过程就相当于一次线性分析，因而对于非线性分析其计算时间有可能是线性分析的几倍~几十倍甚至百千倍，关于非线性的每一步设置都可能严重影响计算收敛精度和收敛时间，软件中一个简单的设置改动可能直接导致计算结果无法收敛或计算时间增加很多倍。因而对于非线性分析，不是简单的打开一个“大变形”开关或定义一个接触就是非线性分析或接触分析了，如果对于软件设置和各个功能以及算法理论不清楚，那么根本就无法判断该如何调整参数以达到计算收敛和缩短收敛时间，更无从判断计算结果的准确度，夸张点说一百个人计算可能会出现一百种结果。
技巧1：模型建立的合理性、准确性及重要性就不言而喻了
本壳体补强圈模型采用1/4对称模型，虽然此模型看似较为简单，但在WB里建立补强圈与壳体外倒角真的是不太方便，另外真实的补强圈应该是马鞍形的，在WB里面无法实现建模，但是在Spaceclaim是很容易建马鞍形补强圈的。模型是分析计算的一切基础和必要条件，模型简化的合理性和准确性对每一种分析都是至关重要的，对接触分析显得更为重要，因模型的准确性与否会直接导致计算结果是否会收敛，模型建立的合理性与否则会极大影响计算收敛时间。
技巧2：模型建立后不能将需要建立接触的体进行多体零件操作
做接触分析的时候不能将所有的体formnew part操作，即两接触的体可分别form new part操作，但不能再将这两个相接触的体进行form new part操作，否则无法选择相接触的两个面进行接触的设置，相接触的体之间网格节点是不共享的。
技巧3：目标面和接触面的选择
目标面和接触面选择的不同可能造成穿透量的不同，从而影响求解精度，在接触相互作用中，目标面和接触面的选择原则只需记住一句话：永远选择刚性较大的面作为目标面，刚性较小的面则作为接触面。具体来说参考如下总结：
（1）当凹面与平面或凹面接触时，应指定平面或凹面为目标面；
（2）如果一个面上网格较细，一个面上网格较粗，则指定细网格所在的面为接触面，粗网格所在的面为目标面；
（3）当两个面的刚度不同时，应以较硬的面为目标面，较软的面为接触面；
（4）如果一个是高阶单元，一个是低阶单元，应将高阶单元所在的面作为接触面；
（5）如果两个面大小明显不同时，应将大面作为目标面。
技巧4：积分方式和单元选择
虽然WB都是采用默认的积分方式和单元选择，软件是死的但人是活的，我一直认为一个分析设计人员必须得把积分形式和各个单元搞明白，这样才能针对不同的分析类型选择合理的积分方式和单元进行更为合理和准确的计算。对于接触分析，建议采用一阶减缩积分单元。但需注意的是一阶减缩积分单元在网格较粗的时候会出现“沙漏现象”，所以采用一阶减缩积分单元的时候沿厚度方向至少要划分四层网格。
技巧5：网格质量划分要求
对于接触分析，网格质量的好坏会对计算收敛性和结果有较大的影响，因而对于两接触面的网格划分要尽量提高网格质量并细化网格，以提高计算精度，但网格的细化势必导致计算时间的增加，这是分析设计存在的一个永恒矛盾问题，需要分析设计人员综合平衡二者之间的关系，在保证计算精度的同时尽量减少计算时间提高计算效率。
技巧6：增量步的设置原则
增量步：对于非线性问题，位移和载荷的关系是非线性的，因此无法一次完成整个分析步的求解，这时就需要将整个分析步分解为多个增量步来依次求解，沿着非线性响应的变化路径逐步得到整个分析步的最终响应。
（1）初始增量步：初始增量步中的的载荷大小=总的载荷大小×（初始增量步时间/分析步总时间）。对于很容易收敛的问题，令初始增量步为1即可；对于难以收敛的非线性问题，可以把初始增量步设为适当小的值（例如，分析步时间乘以0.1或0.01）。如果初始增量步设置的较小，会大大增加增量步数，延长计算时间；如果设置的太大，分析会很难收敛，ansys将不得不进行多次折减，反复减小增量步，同样会浪费大量的计算时间，甚至会出现无法收敛而中止计算。
（2）最小增量步：一般情况下使用分析步时间乘以10-5次方即可。对于非常复杂的非线性问题，可以再将其减小1~2个数量级，太小则没必要。不收敛问题往往是模型本身存在问题，仅仅减小最小增量步并不能真正解决问题。
（3）最大增量步：它对模型是否收敛没有影响，一般情况下采用默认值（等于分析步时间即可）。
技巧7：切勿忘记打开“大变形”开关
因接触分析采用的是大变形理论，因而在进行接触分析的时候一定不要忘记将“大变形”开关打开以进行非线性接触分析。
技巧8：接触算法的选择
接触分析中涉及到多种算法如：罚函数法、MPC算法、法向拉格朗日算法和增广拉格朗日算法。其每一种算法都有其优缺点，不同的接触设置要对应选择不同的算法，如采用绑定或不分离接触的时候一般可采用MPC算法，摩擦接触的时候最好选用增广拉格朗日算法，增广拉格朗日算法较罚函数法引入了一个刚度因子，使其对接触刚度的大小变得不敏感，能够在产生较小的穿透量情况下收敛性和计算结果的准确性得到一定的保证。
技巧9：法向接触刚度因子的设置，可判断计算结果的合理性
法向接触刚度是影响计算精度和收敛性的最重要的一个参数：刚度越大，计算结果越精确，但收敛时间会大大增加甚至会导致收敛困难；而刚度较小，收敛时间会大大减少但同时会导致计算结果的不准确，这个值的设置本身也是一个矛盾体的存在。WB中对于绑定和不分离接触默认的刚度因子是10，而对于其它接触默认刚度因子是1.0，刚度因子选择的一般准则是：体积为主的问题选择1.0，弯曲为主的问题选择0.01或0.1。虽然此值的设置会对收敛性和收敛时间有很大的影响，但同时通过此值的设置又可判定计算结果的合理性：唯一的方法就是需要分析设计人员在保证收敛的同时改变此值进行多次试算，如果相邻两次计算结果相差不大，则可一定程度上判定此计算结果是合理和可靠的。
技巧10：通过收敛曲线判定结果是否会收敛
计算过程中可通过收敛曲线来提前判定结果是否会收敛，收敛曲线包括：位移收敛曲线、力收敛曲线、弯矩收敛曲线等。但我们最常用和直接的是选择力收敛曲线来进行直观判定，通过收敛曲线可直观看出每一迭代步的收敛情况，如收敛曲线位于收敛准则曲线以下，则代表收敛，在收敛准则曲线以上，则代表不收敛。在第一个载荷增量步的时候一定要保证收敛，如果第一个载荷增量步都无法收敛，那么后续计算是不可能收敛的则可以直接中断计算避免浪费时间。因而在出现计算不收敛的时候，最常用和有效的一个方法就是技巧8中提到的减小初始增量步和最小增量步的设置。
上图收敛曲线意思是共进行了10个增量步计算，每一个增量步经过一次迭代就收敛。
技巧11：通过后处理中查看接触结果来判定设置是否正确或计算结果是否合理
在后处理过程中可通过“ContactTool”工具得到接触压力、接触状态、接触渗透量等计算结果。接触的物理意义是：接触表面不会出现渗透，可传递法向压缩力和切向摩擦力，如果对于传递法向压缩力和切向摩擦力的接触则可通过接触渗透量的大小来进一步判定结果的合理性。理论上，接触体之间不能相互渗透，因此程序通过上述的罚函数、增广拉格朗日等算法来阻止渗透以满足强制接触协调性。但由于上述算法的本质是跟刚度因子有关的，实际上刚度因子不可能无限大的，所以渗透量是必然存在的，但我们可以通过渗透量的大小来进行直观判定，如若结果中渗透量很大，那么计算结果必然是有问题和不合理的，当渗透量很小的时候，我们则可认为计算结果是可以得到保证和合理的，但这一点需要人为判断，具有一定的偏差。
非线性分析对人员水平的要求还是较高的，需要对各个功能都有比较清晰的了解，除过上述所列11个技巧之外，还有很多设置如对称性的设置（对称行为或非对称行为）、接触探测的设置（节点探测或积分点探测）、刚度矩阵的设置、Pinball半径的设置等等都会直接影响到非线性求解的结果和收敛性，上述每一个技巧所涉及的问题其实都是一个比较大且值得深入研究的问题，都可以写出一篇文章出来，限于篇幅有限，笔者只能综合进行简单介绍，如有感兴趣并想深究的朋友可参阅相关书籍。
