Ansys Workbench接触设置中的Pinball Region

    "Pinball Region"的概念基于一个想法，即将一个虚拟的球形区域（称为pinball）与接触面相关联。这个球形区域的半径可以根据用户的需求进行调整，它的作用是确定可能与其他物体发生接触的区域。通常情况下，对于两个有一定距离的区域，软件在计算的时候可能检测不到它们是接触的，这时候我们可以指定一个Pinball Region，告诉软件，只要在这个范围内的区域，就可以把它们考虑到接触计算中（注意，只是考虑，并不是真的从一开始就设置为两个区域接触上了）。在进行接触求解的过程中，当两个物体接近时，系统会检查它们的pinball区域是否有重叠。如果pinball区域之间有重叠，就会认为发生了接触。

    需要注意的是，对于Bonded和No Separation两种接触类型，在设置Pinball Region时需要非常小心，软件会把Pinball Region范围内的区域全部考虑成接触进行计算。对于其他类型的接触，这并不重要，因为需要进行额外的计算来确定两个物体是否真的发生接触。

    在Ansys Mechanical中，选中某个接触对，在下方的Details of “XX”中的Advanced选项下，可设置Pinball Region。

    Pinball Region参数可设置为Program Controlled和Radius。

Pinball Region设置面板

    以下用实例来说明Pinball Region设置，模型为两个矩形悬臂梁，两侧的端面固定，两个梁之间的上下间距为2mm，上梁的上表面施加100MPa压力，当上梁受力后向下变形，会带动下梁变形。

    上梁下表面与下梁上表面之间建立接触对，接触类型设置为Frictional，Pinball Radius为4mm，Pinball显示如下如所示。

    插入Contact Tool，通过Initial Information可以查看接触状态，如下图所示。

    从Initial Information中可以看出，虽然两个梁距离了2mm，但我们设置了Pinball Radius为4mm，软件就自动探测到了这两个接触面，他们的接触状态为Near Open，接触间隙为2mm。后续计算的时候，如果上梁变形到达了2mm，它们之间就会开始计算接触。

    对以上设置进行求解，在计算过程中，软件报出以下提醒，表示接触状态在计算过程中发生了变化。

    得到结构沿上下方向（Y方向）的位移如下图所示。

    调整接触设置，将Pinball Radius设置为1mm，小于实际间隙2mm时，接触状态显示为Far Open，检测不到Gap值，同时无法生成初始的接触状态云图，如下图所示。

    对以上设置进行求解，结构沿上下方向（Y方向）的位移如下图所示，明显软件没有考虑两个梁之间的接触关系，上梁变形后对下梁没有任何影响。

    对于这种情况，我们可以通过打开大变形选项（将Large Deflection设置为on），可以解决以上问题，原因是大变形选项打开，软件会在计算过程中自动更新变形状态和接触探测，当上梁变形到达下梁时，接触也能生效。计算结果如下图所示。

    可以看出，在打开大变形时，不需要设置Pinball也可以计算这种有间隙的接触。