ansys接觸剛度的案例
LS-DYNA中的接觸問題（三）（單面接觸，實體接觸，接觸剛度）
實體接觸（Contact Entity）
這一接觸類型用于可變形（物體的）節點和剛性幾何面之間，在計算過程中用到了定義幾何面的解析方程。與通常的需要劃分成網格的面段相比，這是一種高級的算法。用于抵抗穿透的接觸力通過罰函數法來獲得。這一方法一般用來在LS-DYNA中模擬那些通常由規則曲面近似而來的假人模型。為了清楚地可視化計算結果，程序會自動在剛性曲面上劃分網格，但是這些網格并不參與計算。解析剛性曲面可以是如下幾種：
無限或有限的平面；
球面；
圓柱面；
超橢球面；
圓環面；
加載曲線中定義的線；
CAL3D/MADYMO 平面；
CAL3D/MADYMO 橢球面；
來自VDA文件的曲面；
來自IGES文件的曲面。
接觸剛度的計算
從節點和主面段之間的接觸關系由兩者之間的線性彈簧表示，彈簧的剛度決定了將施加給從節點和主面段的接觸力。下面簡述兩種計算接觸剛度的方法：
1.罰函數法(SOFT=0 in Optional Card A in '*CONTACT_')
接觸面剛度計算公式如下：
這是默認的計算方法，其中利用接觸面的尺寸和材料的力學性能計算剛度，因此當接觸面之間的材料剛度參數為同一數量級時計算效率很高。當參與接觸的兩個部件的材料不同時，接觸剛度大概是兩個材料剛度中的較小值，如果接觸剛度太小的話則會計算出現錯誤。這種錯誤一般出現在很軟的泡沫材料和金屬材料之間的接觸上。因此我們不建議使用SOFT = 0選項，除非用戶之前用這個選項計算時并沒有出現錯誤。
展開 LS-DYNA中的接觸問題：單面接觸，實體接觸，接觸剛度
實體接觸
接觸剛度的計算
從節點和主面段之間的接觸關系由兩者之間的線性彈簧表示，彈簧的剛度決定了將施加給從節點和主面段的接觸力。下面簡述兩種計算接觸剛度的方法：
1.罰函數法(SOFT=0 in Optional Card A in ‘*CONTACT_’)
接觸面剛度計算公式如下：
接觸面剛度計算
這是默認的計算方法，其中利用接觸面的尺寸和材料的力學性能計算剛度，因此當接觸面之間的材料剛度參數為同一數量級時計算效率很高。當參與接觸的兩個部件的材料不同時，接觸剛度大概是兩個材料剛度中的較小值，如果接觸剛度太小的話則會計算出現錯誤。這種錯誤一般出現在很軟的泡沫材料和金屬材料之間的接觸上。因此我們不建議使用SOFT = 0選項，除非用戶之前用這個選項計算時并沒有出現錯誤。
2.軟約束法 (SOFT=1 & 2 on Optional Card A in *CONTACT_ )
這種方法不是默認的，通過參與接觸的節點質量和全局時間步長度來計算接觸剛度。這樣計算出來的剛度與材料參數無關，因此適用于不同材料之間的接觸。如下所示，剛度由節點質量除以時間步的平方并乘以一個確保計算穩定的縮放系數而得。
剛度的計算
通常情況下，對于金屬和金屬之間的接觸，不論是SOFT = 0還是SOFT = 1，計算的結果都是相近的。對于軟泡沫和金屬之間的接觸，SOFT = 1選項會給出高出1-2個數量級的接觸剛度。我們推薦在不同材料的接觸之間使用SOFT = 1選項。
和SOFT = 1類似，SOFT = 2利用了基于節點質量和時間步的罰函數剛度。SOFT = 2調用了基于面段的接觸算法，這種算法起源于Belytschko和他的同事提出的彈球接觸（Pinball contact）。在這種算法下，程序會計算面段之間的接觸問題，而不是傳統的節點-面段接觸問題。
展開 如何從Ansys APDL中提取剛度矩陣與質量矩陣？ ￥69
1.引論
經常使用Ansys、Abaqus等一系列有限元分析軟件進行計算、學習的學生或工程師們都會知道在有限元分析建模與計算中剛度矩陣與質量矩陣的重要性。但是由于軟件的黑盒性質，大家往往在實際使用十分成熟的商業化軟件的過程中慢慢忽視了有限元及其衍生出的商業軟件背后的原理與方法。
這時，不管是在學習中還是在工程應用中往往都會遇到一個同樣的問題，那么就是如何將Ansys APDL運行中的產生的各種數據（例如：剛度矩陣、質量矩陣）導出成為我們熟悉的形式或文件格式，從而為我們所用，所分析。
因此我決定寫下此篇文章來幫助很多實際工作或學習中需要用到此類技能的同學、同事們，讓大家更了解Ansys APDL背后的工作原理與數據導出方式。
當然，在社區中早就有大佬回答過了這個問題，并給大家制作了相應的提取矩陣軟件，其軟件具備了簡單、便捷的操作方式，讓很多想要提取剛度矩陣與質量矩陣的同僚們受益，那么我為什么還要寫一篇這樣的文章重新提起這樣一個話題呢？這就又回到了我開頭所說的“原理與方法”，我在此更希望面對想要進一步學習了解軟件背后機理的群體，并在此基礎上保留教學的簡潔性，提供導出矩陣與轉換、列式、求解的源代碼，使其既兼顧基本原理，又可以讓大家直接上手使用，非常的便捷，也避免了很多因為優化不完全導致的運行bug。
2.有限元軟件導出剛度矩陣與質量矩陣的方法
在使用APDL進行求解時，每次在求解完成后都會在工作路徑下生成一個.full文件，而這個文件十分關鍵，其正是剛度矩陣與質量矩陣的所在之處。
展開 ANSYS模型剛度、質量矩陣快速提取小軟件—km_from_Ansys ￥88
背景
從事結構振動控制、車橋耦合振動、結構健康監測傳感器優化布置、結構動力性能分析等等一系列研究的同仁們應該都面臨過一個同樣的問題—“怎么把結構的剛度和質量矩陣建立出來？”。這對于那些數值分析高手和專家可能不是什么問題；但是對于科研剛入門的新手來說，這個難度還是相當大的。如果都靠自己寫程序來建立有限元模型，則對理論基礎、編程水平都有很高的要求，甚至程序做出來也未必能保證其正確性，是一個很讓人頭疼的問題。
對于一些簡單的被動控制裝置或簡單的動力學分析，當然也可以在有限元分析軟件中構造出裝置組成直接分析（剛度+阻尼類型），但是對于稍復雜一些的控制裝置和耦合分析等問題，會受到平臺功能上的限值，尤其是對于主動和半主動等涉及控制算法的研究來說，基本很難在有限元軟件平臺上實現分析。再加上如果需要對裝置進行參數優化，需要進行多次重復計算，難度就更大。
Ansys、ABAQUS等軟件平臺給我們提供了比較穩定有效的有限元模型建立平臺，通過借助商業軟件來建立模型，再將其中的剛度、質量矩陣導出，是非常可取的一種方法。如果能夠提取出模型的矩陣，明晰計算原理，就能夠很容易的通過自己的程序設計對計算過程進行補充、調整，來達到自己定制的計算分析目的。其實，不僅對于振動控制，比如結構靜動力分析、車橋耦合分析、結構傳感器優化配置方案設計等，都有應用需求。因此，一個能夠便捷的提取結構矩陣的方法就顯得至關重要。
技術鄰平臺已經有大佬提供了ABAQUS軟件剛度和質量矩陣的導出方法。這里補充一下在ANSYS中導出質量和剛度矩陣的方法和小軟件。
2.
展開 
ANSYS接觸分析之三_ 接觸力的讀取
問題描述：在ANSYS中可以得到接觸面的法向接觸壓力，但是如何得到接觸力呢？
解決：使用Element Table功能
時間：2007-6-4
作者：linuaries
Email：linuaries@hotmail.com
附件里面是兩個例子的對比，ContactForce_without_Curve為平面接觸，ContactForce_with_Curve為凹面接觸。
兩個例子都是底面Fixed,在TOP面施加1MPa的壓力。最后計算出來的結果在接觸面上的接觸力約為10，000N，可以認為反映了計算結果。
但是這里面有一些疑問，為什么讀取NIMS，58，59，60，61即實際接觸面積時得到的接觸力反而?。渴欠?em>ANSYS自動對單元計算結果進行投影？
PS：C_Force為單元接觸法向壓力*單元實際接觸面積的總和
E_Force為單元接觸法向壓力*單元幾何面積的總和
本分析對需要使用實體代替梁分析接觸分析時，可初步解決如何提取軸力的問題。歡迎大家就此問題繼續探討下去。
幾何模型
[url=]
有限元模型
[url=]
Von Mises應力云圖
[url=]
接觸力結果
[url=]
ContactForce_Inputfiles.rar
展開 ANSYS剛度矩陣的提取與解析(python解析）
就ansys如何提取剛度矩陣、如何解讀提取的文檔以及利用Python進行解析。
在workbench中實現整個過程的參數化過程除了前幾次文章介紹的模型與網格，還應該包括材料參數的參數化定義。利用Python進行二次開發能夠實現材料參數的自由定義，比如來源于excel表格或者文檔的數據，通過Python代碼的自動讀取，參與到實際的有限元分析進程中。
結構有限元最后的求解過程總是歸結到求解一個大型矩陣方程Ax=b，對于一些情況還需要考慮質量矩陣M和阻尼矩陣C。有限元程序在組裝完所有單元的剛度矩陣后，考慮模型所施加的約束和載荷，最終將剛度矩陣進行一些處理，例如乘大數法，變成Ax=b的形式，其中A是剛度矩陣，b是節點載荷，x為待求的節點位移，A和b全為已知量。
基本上各類有限元軟件均能夠提取模型的剛度矩陣，此次針對剛度矩陣的提取與解析做一個例子，采用的軟件是ANSYS經典。
在ANSYS中建立一個簡單的模型，劃分網格后共12個節點，定義材料參數，施加約束和載荷后求解。有限元模型如下所示。
待求解結束后，會在工作目錄下生成一個后綴為full的文件，之后即可進行剛度矩陣的提取。
通過主菜單，如下所示。
選擇Matrix后，彈出如下所示的界面。
其中，File to be read需要指定工作目錄下生成的full文件，Name of file to write為所導出剛度矩陣的文件名稱；Output matrix file format表示文件格式，還有Binary，生成的是文檔文件，選擇Ascii即可；Matrix to write表示輸出的是剛度矩陣/質量矩陣還是阻尼矩陣；RHS選項表示是否同時輸出右端項，也即是Ax=b中的b。
打開生成的剛度矩陣文檔，如下所示。
展開 基于 MATLAB 的 ANSYS Harwell-Boeing 格式稀疏矩陣提取工具 —— 剛度矩陣與質量矩陣 ￥30
在有限元分析中，ANSYS 可以導出大規模稀疏矩陣（如剛度矩陣、質量矩陣），通常使用 Harwell-Boeing (HB) CCS 格式。這些矩陣對后續二次開發、動力學分析或自定義求解器非常重要，但由于其稀疏和壓縮存儲形式，直接在 MATLAB 中讀取和使用并不方便。
本文提供了 兩個 MATLAB 函數，可直接從 ANSYS 導出的 HB 矩陣文件中讀取并重構成 MATLAB 稀疏矩陣：
1.剛度矩陣提取函數
輸入：ANSYS 導出的剛度矩陣 HB 文件（stiff.txt）
輸出：MATLAB 稀疏矩陣 K，可直接用于動力學計算或驗證
支持自動對稱化，保證數值正確
2.質量矩陣提取函數
輸入：ANSYS 導出的質量矩陣 HB 文件（mass.txt）
輸出：MATLAB 稀疏矩陣 M
使用與剛度矩陣同樣的解析邏輯，無需額外修改
案例說明：
本文以高速鐵路接觸網結構為例，展示了如何將 ANSYS 中導出的稀疏剛度矩陣和質量矩陣，在 MATLAB 中完整展開，并進行后續動力學分析準備。
通過該方法，可以將大規模有限元矩陣快速轉化為 MATLAB 可操作形式，為自定義振動分析、模態分析及其他科研或工程應用提供基礎。
優勢與應用：
支持大規模稀疏矩陣解析
自動對稱化，保證數值精度
適用于剛度矩陣、質量矩陣、其他 HB 格式矩陣
可作為動力學求解器或后處理工具的基礎模塊
使用方法：
1.使用以下代碼對ansys中生成的質量及剛度矩陣進行提取，file,5,full（5為工作目錄下full文件的文件名，例如：filename.full）。
展開 ANSYS中整體、單元剛度和質量矩陣的提取
這時用編輯器打開cp.out文件，可以看到按單元寫出的質量、剛度等矩
陣
ANSYS中整體、單元剛度和質量矩陣的提取.rar
ANSYS Workbench-Mechanical接觸與非線性接觸設置用法概述
ANSYS Workbench-Mechanical接觸與非線性接觸設置用法概述
付穌昇
引文：本文寫作目的對ANSYS Workbench平臺Mechanical涉及模塊接觸設置選項進行整理和編寫，以ANSYS官方幫助和教程對于非線性接觸問題的內容為基準（特此聲明），同時借鑒《ANSYS Workbench17.0數值模擬與實例精解》一書相關文字和配圖，以希望對初學者起到一定的引領作用。
一、接觸的基本概念
兩個分離的表面接觸并相互剪切時，就稱它們處于接觸狀態。處于接觸狀態的表面具有如下特點：
(1)不互相穿透。
(2)能夠傳遞法向壓力和切向摩擦力。
(3)通常不傳遞法向拉力。
接觸的上述特點使接觸表面之間可以自由地分開并遠離。接觸是強非線性的，隨著接觸狀態的改變，接觸表面的法向和切向剛度都有顯著的變化。對于大的剛度突變，收斂問題的挑戰性較大，另外接觸區域的不確定性、摩擦、以及部件接觸外不再有其他約束，都導致接觸問題的復雜化。
接觸一般可以考慮兩類接觸問題：
①剛性體-柔性體
②柔性體-柔性體。
其中剛性體不計算應力等。
Workbench-Mechanical提供如下接觸類型和接觸行為：
綁定Bonded：沒有穿透，不分離，面或者邊以及兩者之間不出現滑動。
不分離No Separation：與綁定類似，法向不分離，允許接觸面發生小量無摩擦滑動。
無摩擦Frictionless：不穿透，表面之間自由滑動，分離不受阻礙。
摩擦Frictional：滑動阻力與摩擦系數成正比，自由分離不受阻礙。
粗糙Rough：與無摩擦類似，但是不允許滑移。
后三種接觸行為均為非線性接觸行為，接觸行為與迭代次數如表1所示。
展開 干貨 | 接觸非線性應用——解決ANSYS 接觸不收斂問題的方法
根據ANSYS的使用者反饋，針對非線性接觸問題上的求解，經常會有客戶出現不收斂的情況，在調試收斂性上花費大量的時間。本文主要針對ANSYS 接觸不收斂問題進行方法上的技巧總結，希望通過本文使大家在ANSYS軟件的使用上有更好的體驗。
ANSYS接觸不收斂的原因有非常多的原因，針對每一種不收斂問題，選擇正確的方法都能使不收斂問題解決變得容易起來。在使用軟件中，ANSYS接觸不收斂原因主要有下面這些原因：
1、接觸算法的不正確選擇；
2、遺漏了相關的接觸對；
3、物體之間接觸剛度過大；
4、求解的載荷步較少；
5、奇異；
6、結構發生了剛體位移；
7、結構發生振蕩現象；
下面針對這些原因的解決辦法進行詳細的講解：
1
接觸算法的選取原則
ANSYS內部大體上包括5種算法，Pure Penalty，Augmented Lagrange，MPC，Pure Lagrange，Beam。
展開 提取ANSYS中的剛度矩陣和質量矩陣到MATLAB中進行二次開發 ￥88
最近在考慮自己編寫的程序和商用軟件的驗證問題，有限元結構分析中最關鍵的一環就是剛度矩陣的獲得，如果涉及到模態分析，還有質量矩陣?？紤]到商業軟件的成熟性，可以用ANSYS生成的剛度矩陣做參照來看自己編寫的程序是否正確，因此如何提取ANSYS中結構的剛度矩陣，并進行隨后的驗證或者二次開發是一個問題。
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1796144
受上述帖子的啟發，使用MATLAB提取ANSYS中的剛度和質量矩陣，并進行模態分析驗證提取的矩陣的正確性。
首先，在ANSYS中使用HBMAT命令方法提取整體矩陣。
命令：HBMAT,fname,ext,--,form,matrx,rhs
其中：
Fname---輸出矩陣的路徑和文件名，缺省為當前工作路徑和當前工作文件名。
ext---輸出矩陣文件的擴展名，缺省為.matrix。
form---定義輸出矩陣文件的格式，其值可取：
=ASCII：ASCII碼格式；
=BIN：二進制格式。
matrix---定義輸出矩陣的類型，其值可取：
=STIFF：輸出剛度矩陣?？捎糜趯懭肓?FULL文件的任何類型的分析。
=MASS：輸出質量矩陣?？捎糜谔卣髦登⒆咏Y構分析、模態分析。
=DAMP：輸出阻尼矩陣。僅用于有阻尼的模態分析。
rhs---右邊項輸出控制（右邊項指用矩陣所表示方程的等號右端矢量，這里可為節點荷載向量），如rhs=YES則輸出，如rhs=NO則不輸出。
模態分析時，因僅LANB和QR法可生成完整的質量矩陣，因此也僅采用這兩種方法時才可使用HBMAT命令得到質量矩陣文件。
展開 
『分享』ANSYS中整體、單元剛度和質量矩陣的提取
、整體剛度和質量矩陣的提取。
該功能需要進行二次開發，由ansys形成
的二進制文件.full提取整體剛度和質量
矩陣。
基于ansys的一個用戶開發程序例子編
了一個程序（附件中）。
開發環境：compaq fortran 6.5
運行環境：win2000。
一個主文件：self.for，
另一個文件matrixout.f90用于矩陣輸出
binlib.lib為ansys提供的庫文件，將其
引入項目中（也可直接扔進debug目錄）
.full文件由子空間迭代模態分析獲得。
運行編譯后的可執行文件.exe
2、單元剛度和質量矩陣的提取。
/DEBUG命令。詳細說明可由以下轉載文章
finish
/clear
PI=3.1415926
w1=3
w2=10
w3=6
w4=1.2
r=.8
t=0.08
/PREP7
!*
ET,1,SHELL63
R,1,t
ET,2,MASS21
R,2,500,500,500,2000,2000,2000,
!*
UIMP,1,EX, , ,2e11
UIMP,1,NUXY, , ,0.3,
UIMP,1,DAMP, , ,0.2,
UIMP,1,DENS, , ,7800,
BLC4,0,0,w2,w1
ESIZE,1.5,0,
AMESH,all
NSEL,S,LOC,X,0.0
D,all, , , , , ,ALL, , , , ,
allsel,all
SFA,all,1,PRES,12
FINISH
/OUTPUT,cp,out,, !
展開 預測性能，耐久可靠 | 《ANSYS結構剛度及疲勞仿真解決方案》現已開放領取
1 結構強度剛度及疲勞仿真技術發展需求
2 Ansys結構強度剛度及疲勞仿真模塊功能介紹
· CAE前后處理、幾何訪問、幾何造型、有限元建模、分析集成及可視化
· 網格劃分
· 載荷及邊界條件施加
· 結果顯示及處理
· 結構力學求解器功能
· 非線性分析功能
· 復合材料結構分析功能
· 耦合場分析功能
· 多目標優化分析
· 疲勞分析
· 顯式動力學分析
· 多體水動力學模塊
3 Ansys nCode DesignLife 疲勞解決方案
· 疲勞仿真的重要性
· Ansys nCode DesignLife疲勞壽命仿真流程
· Ansys nCode DesignLife疲勞仿真功能
· Ansys nCode DesignLife優勢與價值
· Ansys nCode DesignLife常見應用案例
· 焊縫疲勞分析
· 高溫疲勞
· 熱和力疲勞
· 多軸應力/應變疲勞
· 振動疲勞
· 復合材料疲勞
4 Ansys電池振動疲勞仿真案例
· 新能源動力電池包PSD隨機振動疲勞壽命計算
· 動力電池包振動疲勞分析及改進
二、本期資料如何獲?。?掃碼關注“上海安世亞太”微信公眾號
后臺回復“JSL”
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展開 【9月7-9日 鄭州 斯姆勒】ANSYS工程結構強度、剛度分析與優化設計基礎培訓
本次培訓為ANSYS workbench工程結構的強度/剛度及優化設計的基礎培訓，全面系統地講解有限元分析計算的原理，ANSYS軟件的功能和操作流程，工程結構的強度、剛度的分析技巧結構拓撲優化等分析方法和常見工程熱點和難點問題的處理措施，基于理論聯系實際的培訓思想，通過實例強化軟件的使用幫助設計人員解決具體的工程結構力學問題。特舉辦“ANSYS工程結構強度、剛度分析與優化設計基礎培訓”工程實例培訓，具體內容如下：
一、培訓目標：
（一）、理解有限元分析計算的原理；
（二）、掌握ANSYS workbench軟件的使用功能和操作流程；
（三）、掌握工程結構強度、剛度的分析方法和技巧；
（四）、掌握工程結構優化設計（拓撲優化、尺寸優化）分析方法；
（五）、培養獨立工程結構的力學分析能力。
二、增值服務：
1、贈送培訓同屏錄制高清視頻（價值2680元）
2、贈送資料包；
3、持本人學生證或教師證享有8.5折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
三、主講老師簡介：
寧老師，首席專家，西安交通大學航空航天學院力學博士，多年上市機械企業結構負責人，18年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，發表論文20余篇，獲得專利11項，開發有限元軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，隱/顯式動力學分析，轉子動力學分分析、疲勞分析，線性/非線性屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，復合材料分析，熱分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發解決特定領域科研/工程問題。
展開 斯姆勒 5.21-24 西安 | ANSYS工程結構強度、剛度、非線性分析及結構優化工程應用高級培訓
善于利用ANSYS進行二次開發解決特定領域科研/工程問題。
四、課程亮點和創新點分析
(1) 在授課專家選擇上，授課專家為從事多年CAE工程經驗的博士學位專家授課，能夠從仿真理論、項目工程經驗等多維度進行詳細和深度講解；
(2) 在內容設計上，該課程基本涵蓋了工程結構強度、剛度分析的應用各個方面，包括有限元計算基本原理、工程結構建模方法、強度和剛度分析技巧和評價標準，裝配體結構的非線性分析方法和技巧，大自由度結構分析技巧，螺栓、彈簧及間隙/過盈等接觸等裝配體分析技巧，分項載荷組合設計方法分析，也涵蓋了工程結構輕量化設計和優化設計等高級應用；
(3) 在授課方式上，課程培訓采用理論和軟件案例操作相結合的方法，全面細致地講解工程結構強度和剛度分析等應用問題，讓培訓學員既掌握學科理論，又具備工程問題的解決能力，幫助科研院所、企業在工程結構應用上解決“魚”和“漁”問題。
五、培訓大綱
六、培訓安排
1、培訓時間
2021年5月21日-2021年5月24日
（第一天報道，上課三天）
2、培訓地點
西安（住宿可統一安排，費用自理）
3、培訓費用
（1）3980元/人,住宿可統一安排，費用自理。
（2）持本人學生證或教師證享有9折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
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