接觸工具的案例
基于ANSYS Workbench軟件Convergence工具判定求解收斂的簡例——【鋼絲繩赫茲接觸分析】
基于ANSYS Workbench軟件Convergence工具判定求解收斂的簡例-【鋼絲繩赫茲接觸分析】
本文以“鋼絲繩赫茲接觸分析”為例，講解如何采用Convergence工具判定求解收斂的方法。
本文為原創案例，若要轉載請注明文章出處，并附帶作者筆名-CAE夢想很偉大，切勿他用。
另外限于本人水平有限，切勿輕易用于工程應用，論文撰寫等。若有錯誤，請同行指出。
歡迎大家轉載、點贊、評論。
網格劃分的細密程度與單元的選擇對于求解的精確程度具有相當大的影響，不少帖子都曾經撰寫過相關文章的比較，例如包括網格劃分的細密，單元的選擇，子模型的使用，應力奇異的判定等，這里通Convergence工具來自動判定網格的細密程度，得到一個收斂解。
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模型幾何
接觸關系
初始網格劃分
邊界條件
設置求解后處理，等效應力引入Convergence，判定收斂，判定量為2%以內收斂。
通過上圖1-6的求解過程比對可知，初始網格的等效應力隨著節點數量和單元的增加，應力逐步穩定，得到收斂的穩定解。且穩定解的應力明顯比粗糙網格應力高，符合赫茲接觸。
收斂解與初始網格定義的網格密度比對
推薦新書
展開 Ansys Workbench工程應用之——結構非線性（下）：狀態非線性（4）過盈配合
程序默認實體接觸的K為1，建議最終調到5~10，這將在實例1中詳解。
更推薦的方法是使用法向拉格朗日（拉格朗日乘子）算法。拉格朗日乘子法在法向不需要接觸剛度，該方法將接觸牽引力作為額外的自由度添加到模型中，可以得到0或者接近0的穿透量。與增廣拉格朗日方法相比，它通常會增加計算成本。
實例1 軸對稱模型計算軸孔過盈配合
Step1 建模。
建立靜力學算例，單位為mm。
在DM中建立如下草圖，由于是軸對稱模型，所以需要所有草圖在X正方向。軸與孔的尺寸為Φ25，軸長50，孔環長10。
使用概念——草圖表面生成凍結面體。
對算例模型屬性設置為2D。
Step2 定義接觸。
進入Mechanical后設置模型為軸對稱。對模型分別取名為軸和孔。材料為默認的結構鋼。
修改接觸對屬性，類型為摩擦，0.2。行為為不對稱，由于孔的高度更小，所以設置孔為接觸邊，軸為目標邊。界面處理設置為“添加偏移，斜坡效果”，偏移量0.05，即直徑過盈0.1mm。
軸使用默認網格設置，對孔進行局部尺寸控制，尺寸為1。
在連接下插入接觸工具，計算后如下圖。可見初始穿透為0.05mm，且在彈球半徑內，符合我們的計算要求。
Step3 分析設置。
本例使用的彈性材料，不考慮屬性應變，也沒有大位移大應變，所以無需打開大變形。
為例便于后處理觀察，將子步設置為固定值10。
整個系統在豎直方向沒有約束，所以打開弱彈簧防止剛體位移。
Step4 結果后處理。
求解后在結果中插入接觸工具——滲透，接觸工具——壓力，結果分別如下?？梢娪嬎愫笞畲髿堄啻┩笧?.0013mm，接觸壓力為369.7MPa。
分別修改法向接觸剛度因數為2、5、10、15，接觸滲透、接觸壓力與等效應力如下表。
展開 DesignModeler&Mechanical實用技巧
1、FORM NEW PART功能(DesignModeler)
建立part，減少接觸的建立，減少計算資源的消耗
2、載荷分組(Mechanical)
3、接觸分組(Mechanical)
4、接觸工具檢查穿透和間隙（用contact tool檢查模型的干涉和間隙）(Mechanical)
5、Distance finder測距(DesignModeler)
應用ANSYS Mechanical進行非線性求解的設置指南 ￥5
<p> ANSYS Mechanical能夠對幾何非線性、材料非線性、接觸非線性、混合非線性（塑性和接觸等）、非線性屈曲等計算問題進行非常好的模擬仿真，本文旨在介紹在進行非線性求解時部分設置的含義，后續將不斷更新補充。</p><ol><li>非線性分析背景（什么是結構非線性以及非線性分類，定義）</li><li>構建非線性模型時如何控制有助于收斂？</li><li>【Solver Type】求解類型、【Weak Springs】弱彈簧、【Large Deflection】大變形簡介</li><li>自動時間步、重啟動控制簡介</li><li>收斂準則、【Line Search】線性搜索、【Stabilization】穩定性簡介</li><li>接觸、接觸協調、接觸探測方法、修剪接觸簡介</li><li>穿透和滑移容差、法向接觸剛度、 Pinball區域簡介</li><li>接觸行為簡介以及非對稱行為接觸表面的正確選擇指導</li><li>接觸中的體類型（Shell thickness effect簡介）</li><li>界面處理與接觸幾何修正</li><li>接觸工具與自接觸設置</li><li>單元死生與接觸過程控制</li><li>自適應網格控制</li></ol><p><br></p>
展開 
workbench 瞬態動力學 求解齒輪嚙合的例子。
提示：如果不收斂，可以通過調試網格質量，調試接觸算法，或者增加一個時間較短的分析步，該分析步用于轉速從0rpm斜坡加速到600rpm，而不是階躍加載，這樣利于收斂。
（9）求解完成之后即可查看結果，等效應力如下圖所示。也可以通過接觸工具查看接觸壓力云圖等。
連接固體熱結構耦合分析
ANSYS會自動創建模型與模型之間的接觸關系為綁定，本案例接觸關系均為綁定。執行網格自動化分，點擊Mesh并右鍵選擇General Mesh，即可完成網格劃分，提高網格劃分質量也可以通過調整網格尺寸進行修改。
1.4. 邊界條件設置
選擇Coupled Field Static，并將兩個固定支持和范圍插入到命名的選擇：top和bot。
選擇Coupled Field Static并插入2個溫度：
1.5. 熱結構耦合處理
檢查分析設置，確認“大變形”設置為“開”。 求解模型并驗證結果:總變形，Von Mises應力，溫度場。
插入一個接觸工具并查看壓力結果。
拖放任何固定支持到“Solution”分支獲得“Force Reaction”。
在“Solution”分支中拖放兩個溫度邊界條件。
展開 ANSYS Workbench齒輪瞬態動力學仿真
2
分析思路
（1）由于是動力學分析，這里選擇瞬態動力學分析模塊；
（2）兩個齒輪的嚙合面存在相對運動的接觸，使用摩擦接觸；
（3）兩個齒輪需要轉動，通過轉動副實現；
（4）轉速和扭矩載荷都通過轉動副載荷（Joint Load）實現。
3
分析步驟
（1）創建瞬態動力學分析模塊，設置材料屬性，這里就用默認的結構鋼，導入幾何模型；
（2）賦予材料屬性，保持默認的結構鋼；
（3）設置接觸。如下圖所示，接觸面選擇所有的主動輪嚙合面，目標面選擇所有的從動輪嚙合面，設置接觸關系為摩擦接觸，摩擦系數設置為0.2。
提示：由于選擇的面太多，直接點擊選取比較麻煩，這里提供一個較為簡單的方法就是通過工具欄中的框選按鈕（Box Select），比如說要選擇主動輪上的接觸面，可以先將從動輪隱藏，然后通過Box Select選取主動輪所有的面，然后按著Ctrl鍵通過點擊鼠標左鍵反選不需要的面；從動輪的接觸面亦是如此。
注意：對于齒輪分析來說，一定要檢查接觸是否有干涉。
（4）創建轉動副連接關系。選中模型樹上的Connections，然后在工具欄中的Body-Ground中的Revolute，即轉動副，然后選取齒輪的內表面，軟件將自動識別旋轉中心。分別創建兩個轉動副。
（5）劃分網格，網格使用默認的自動劃分方式。
（6）求解設置，設置求解時間為1s，設置初始子步為10，最小子步為10，最大子步為1000。
（7）載荷設置。設置轉動副載荷，主動輪轉動副載荷設置為轉速；從動輪轉動副載荷設置為轉矩，分別如下圖所示。
（8）計算求解。
展開 基于MeshFree的新能源電池包模態與強度分析
將電池包三維數據導入MeshFree，給各部件賦予材料（材料參數均為自己設置，未對應實際材料），使用自動接觸工具建立各部件的焊接接觸，并根據各個部件的基本尺寸，對其設置不同的結構化網格參數。
1. 模態分析
將前面的約束應用到模態分析工況中，并設置模態求解控制參數，得到MeshFree的一階模態結果為32.7 Hz：
將同樣的三維模型用Hypermesh劃分網格，然后將網格模型分別用Optistruct和Abaqus兩個求解器計算，得到的一階模態分別為：Optistruct：32.5 Hz；Abaqus：31.7 Hz。具體結果可以參見附件文檔。
2. 自重工況分析
將前面的約束應用到線性分析工況中，并設置自重作為載荷：得到線性分析的最大位移為0.35 mm，發生在箱體托盤側邊；最大應力為19.8 MPa，發生在箱體托盤底部。
Optistruct和Abaqus的具體結果可以參見附件文檔。
3. 隨機振動工況分析
隨機振動工況是新能源動力電池GB里明確要求的項目，對整個電池包的疲勞耐久評判具有重要意義。
將前面的約束應用到的模態隨機響應工況中，并在與車身連接螺栓上設置1個重力加速度的掃頻激勵：
然后設置模態隨機響應的分析控制參數，如下圖：
最后，按最新國標要求設置功率譜密度，如下圖：
MeshFree軟件分析后得到的結果如下：
Optistruct和Abaqus的具體結果可以參見附件文檔。
4. 結論與建議：
（1）本文主要目的是試用和體驗MeshFree軟件，將MeshFree與傳統FEM軟件從模態、靜力和隨機振動三個方面進行了對比分析，暫未對MeshFree計算精度進行詳細研究。由于時間倉促，文中操作如有不妥歡迎指正。
展開 simufact.forming裝配工具使用經驗分享
下圖步驟1所示
選擇旋轉工具，如下圖步驟2所示
選擇旋轉軸為Z軸，下圖步驟3所示
在后面對話框輸入90，回車即可下圖步驟4所示
在右側圖形區按住鼠標左鍵移動，當driver-roller旋轉到所需位置時放開鼠標即可，旋轉后的圖形如下所示
使workpiece最右側和driver-roller最左側接觸
在進程樹workpiece點擊右鍵，選擇Align BoundingBox
在彈出的對話框中間選擇基準為driver-roller，然后選擇坯料和驅動輥的中心X、Z的坐標重合，坯料Y方向最大和驅動輥Y方向最小重合，點擊ok，效果如下圖。
將芯輥和坯料裝配起來
首先將core-roller（芯輥）繞Z軸旋轉90°，操作方法和之前旋轉驅動輥一樣
將芯輥平移到坯料中心，使用之前的移動、旋轉、選取工具，選擇平移項。點擊Y（使其只能在Y軸平移），在右側圖形區按住鼠標拖動core-roller到相應位置即可，移動后的效果如下圖
使core-roller和坯料接觸，選中進程樹中core-roller，點擊tools-positioner，點擊yes，會彈出自動確定位置對話框
選擇沿Y方向，點擊向上的箭頭，意思為讓core-roller自動沿Y軸正方向下落，自動跟坯料接觸，確定位置。移動后如下所示。如果你知道幾何模型的確切位置數據，也可以使用平移工具來移動core-roller使其與坯料接觸定位。這里的這個接觸工具一般用在模具形狀復雜，和坯料接觸處高度不相同時，模擬坯料自由落體，定義在模具中的位置時用的，如下圖。呵呵，我們在這里拿來定位模具了。也算是一物多用了，哈哈哈
展開 Ansys 案例研究 | 剪力作用下的螺栓連接
為此，選擇兩塊板材并設置方向（Orientation）=Y 軸；
d.另外，插入“力反作用力（Force Reaction）”用于螺栓和螺母實體之間的綁定接觸，以檢查由于螺栓預緊力引起的反作用力；
e.同時，插入“接觸工具（Contact Tool）”以檢查兩塊板材之間摩擦接觸的摩擦應力 （Frictional Stress）。
總結
本案例解釋了如何在兩塊板之間設置螺栓連接，然后對螺栓施加預緊力。討論了如何使用螺栓的實體來定義用戶定義坐標系下的螺栓預緊力，施加剪力并檢查該力對實體的影響。
ANSYS Workbench中的螺栓連接（一）
下面是一個簡短的螺栓建模比較，使用接觸工具我們可以查看接觸行為，注意到：在滿載荷下，黏結區域略有收縮，這種收縮暗示平板的滑移。如果黏結區域消失，我們就認為摩擦抓緊類型的螺栓連接失效。下圖是實體螺栓的接觸狀態，梁接觸結果即使與它不同，也非常相似。
結論
關鍵結果總結如下表，
綁定接觸的求解時間相比較梁建模以及3D實體建模僅為一小部分，這種差異主要是因為綁定接觸為線性分析。而梁建模與3D實體建模分析時間相當，然后對于許多螺栓的子模型，這種差異就十分明顯。梁建?？梢宰鳛橐环N全局分析，尤其，問題的規模不是特別大時，缺點就是：由于板之間是摩擦接觸，所以必須進行非線性分析。實體螺栓用于大型裝配體里面關鍵連接的子模型建模。
來源于： SimulationX
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Moldex3D仿真分析之接觸面網格處理優化建構復雜模座與MCM網格
步驟5：接觸面編輯工具
警告會警示區域以及邊緣不匹配的網格，使用接觸面編輯工具，進行網格微修。
步驟6：表面網格匹配完成
重新檢查表面網格缺陷，非匹配網格成功消除，MCM表面網格全匹配。
步驟7：最終檢查
重回網格頁簽，點擊生成即可開啟邊界層網格精靈，點擊精靈中的生成即可繼續生成網格；當所有網格項目皆完成后，即可按精靈中右上角的確認，并離開網格精靈。
分割復曲面（Divide Polysurfaces）特色
? 更快速地完成幾何接觸面的分割
? 提供更明確的進度條信息，可了解當前執行進度
? 可以點選進度條的取消鍵，中斷Command的執行流程。
? 無須針對不同的被切幾何，反復執行分割面／復曲面功能
? 分割復曲面功能會自動判斷哪些復曲面幾何間有接觸，在使用者輸入的容許值內進行分割。
展開 【免費下載】ANSYS Workbench 幾何、網格、結構和熱分析（原安世亞太工程師自譯）中文培訓教程
視頻7主要內容
1 一般模態：導入幾何模型；材料參數；結構約束；模態提取階數；頻率提取區間；固有頻率與振動形態；模態參與因子與有效質量；模態求解器與適用條件
2 預應力模態：靜態結構應力分析；帶預應力的模態分析；有無預應力的固有頻率比較
3 參數化分析：預應力模態中載荷大小對固有頻率的影響；輸入參數與輸出參數；參數管理器； 批量求解；各參數結果對比曲線
視頻8主要內容
分析流程；歐拉臨界力=外載荷*載荷乘子；考慮自重的屈曲臨界力迭代計算；舉一反三(借助參數化分析)
視頻9主要內容
云圖顯示比例；等值面；上下限等值面；平滑云圖；等值線；顯示/隱藏網格；矢量圖；云圖結果指針；數據抽取指針；切片；多窗口；結果坐標系；路徑結果；誤差評估；報告生成器；導出節點解文件；接觸后處理工具
視頻10主要內容
(復習)劉老師一次完整的分析操作；快速導入幾何模型的技巧；命名選擇集；圖層選擇技巧
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展開 ANSYS Mechanical非線性接觸功能基礎概述
圖21 接觸關系設置
圖22 創建局部坐標系
圖23 接觸結果
（十一）接觸工具
Connections下能夠建立接觸Contact Tool工具，用于加載前驗證初始信息(狀態, 間隙, 滲透, pinball等)，具體建立流程如圖24所示。其主要用于獲得接觸相關結果數據。
圖24 接觸Contact Tool工具
（十二）自接觸設置
對于橡膠等大變形特性分析的結構，經常出現自接觸問題，需要進行考慮，ANSYS Mechanical進行自接觸設置極為簡單，僅需對自接觸的接觸區域重復兩次即可，如圖25所示，一些自接觸密封件擠壓結果如圖26所示。
圖25 自接觸定義
圖26 自接觸密封分析
（十三）單元死生與接觸過程控制
單元死生技術與接觸過程控制技術能夠對接觸過程中特定內容進行在特定子步的殺死和激活，如圖27所示。
圖27 單元死生與接觸控制
（十四）自適應網格控制
ANSYS Mechanical具有很好的自適應網格控制能力，通過自適應網格劃分技術能夠解決非線性分析問題中單元畸形的問題，但是目前還不能在ANSYS Mechanical中考慮接觸的自適應網格劃分，需要借助于MAPDL完成。
展開 ANSYS Workbench-Mechanical接觸與非線性接觸設置用法概述
2.接觸幾何修正（Contact Geometry Correction）
接觸幾何修正選項包括Bolt Thread和Smoothing兩項，僅對Contact Geometry Correction -Bolt Thread進行說明。
Bolt Thread能夠利用簡化圓柱模擬螺栓連接，一般設置過程包括：
(1)創建接觸關系，如圖13所示。
(2) 接觸幾何修正：定義Orientation方向，如圖13本例中采用Revolute Axis建立坐標系需要設置起始點Starting Point和終止點Ending Point。
(3)建立起始點和終止點坐標系，如圖14所示。
(4)定義螺栓螺紋基本參數，例如平均螺紋直徑Mean Pitch Diameter，螺距Pitch Diameter，牙型角Thread Angle，單、多線螺紋Thread Type以及左右手定則Handedness等。
圖13 接觸關系設置
圖14 創建局部坐標系
圖15 接觸結果
十一、接觸工具
Connections下能夠建立接觸Contact Tool工具，用于加載前驗證初始信息(狀態, 間隙, 滲透, pinball等)，具體建立流程如圖16所示。
這不同于求解結果的Contact Tool工具，其主要用于獲得接觸相關結果數據。
圖16 接觸Contact Tool工具
寫在文后：
該文主要對Mechanical中涉及的接觸和接觸選項進行說明和概述，以希望對初步學習的技術人員、學生和愛好者有一個引領作用。
當然也希望大家購買新書《ANSYS Workbench17.0數值模擬與實例精解》-CAE分析大系-人民郵電出版社。
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