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阿阳的 ANSYS 使用指南，本文仅用于个人学习，除此之外，无其他任何用途。
因个人能力有限，本文难免有所疏漏/错误，不妥之处还请各位批评指正。
一、前沿
ANSYS 支持三种接触方式：点-点，点-面 和 面-面 接触，每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。
有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触配对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元。
ANSYS 支持刚体/柔体的面-面的接触单元，刚性面被当做 目标面 (Abaqus中的主面，粗网格硬材料为主面)，分别用 Target169 和 Target170 来模拟 2D 和 3D 的目标面，柔性体的表面被当做 接触面 （Abaqus中的从面），用 Conta171，Target169，Conta173 和 Conta174 来模拟。
特别注意： 当高低阶单元相接触时，以下均不作为主要因素考虑，此时高阶单元一定是接触面。
一个目标单元和一个接触单元叫做一个 接触对，程序通过一个共享的实常数来识别“接触对”，给目标单元和接触单元指定相同的实常的号。
在 ANSYS GUI 中，目标面显示为洋红色，接触面显示为绿色，如下所示：
Abaqus 使用单纯的主-从接触算法：从面上的节点不能侵入主面的任何部分。该算法对主面没有做限制，主面可以在从面的节点之间侵入从面。
二、接触单元类
ANSYS 中常见接触单元如下：
三、接触单元关键选项
3.1 CONTA174 KeyOption
- KEYOPT(2) —— Contact algorithm
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Augmented Lagrangian (default) | Penalty function | Multipoint constraint (MPC) | Lagrange multiplier on contact normal and penalty on tangent | Pure Lagrange multiplier on contact normal and tangent |
- KEYOPT(4) —— Location of contact detection point
| 0 | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|
| On Gauss point (for general cases) | On nodal point - normal from contact surface | On nodal point - normal to target surface | On nodal point - normal from contact surface (projection-based method) |
- KEYOPT(5) —— CNOF/ICONT Automated adjustment
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| No automated adjustment | Close gap with auto CNOF | Reduce penetration with auto CNOF | Close gap/reduce penetration with auto CNOF | Auto ICONT |
- KEYOPT(9) —— Effect of initial penetration or gap
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Include both initial geometrical penetration or gap and offset | Exclude both initial geometrical penetration or gap and offset | Include both initial geometrical penetration or gap and offset, but with ramped effects | Include offset only (exclude initial geometrical penetration or gap) | Include offset only (exclude initial geometrical penetration or gap), but with ramped effects | Include offset only (exclude initial geometrical penetration or gap) regardless of the initial contact status (near-field or closed) |
- KEYOPT(10) —— Contact stiffness update
| 0 | 1 | 2 |
|---|---|---|
| Each iteration based on the current mean stress of underlying elements. The actual elastic slip does not to exceed the maximum allowable limit (SLTO) within a substep | Each load step if FKN is redefined during the load step. | Each iteration based on the current mean stress of underlying elements. The actual elastic slip never exceeds the maximum allowable limit (SLTO) during the entire solution. |
- KEYOPT(12) —— Behavior of contact surface
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Standard | Rough | No separation (sliding permitted) | Bonded | No separation (always) | Bonded (always) | Bonded (initial contact) |
3.2 TARGE170 KeyOption
- KEYOPT(2) —— Boundary conditions for rigid target nodes
| 0 | 1 |
|---|---|
| Automatically constrained by the program | Specified by user |
四、接触分析标准步骤
创建接触的标准步骤为：定义实常数并设置接触分析参数、定义接触单元类型并设置单元关键项和创建接触单元。
实常数用来建立主从接触面间的联系，并定义某些关键参数。
单元 keyoption 用来定义接触的种类及有关算法。
接触单元依附于其他单元的表面。
4.1 定义实常数
- 定义实常数并设置实常数的值
*GET,rlmax,RCON,0,NUM,MAX ! 获取当前定义的最大实常数编号并将其赋予变量rlmax。
R,rlmax+1 ! 定义新的实常数rlmax+1。
4.2 定义接触和目标单元
- 定义目标单元类型并设置单元关键项 (Abaqus的主面)
*GET,etmax,ETYP,,NUM,MAX ! 获取当前定义的最大单元类型编号并将其赋予变量etmax。
ET,etmax+1,TARGE170 ! 定义目标面单元类型，单元类型：TARGE170，编号：etmax+1。
/com,根据需要，随其后设置单元关键选项。
- 定义接触单元类型并设置单元关键项 (Abaqus的从面)
*GET,etmax,ETYP,,NUM,MAX ! 获取当前定义的最大单元类型编号并将其赋予变量etmax。
ET,etmax+1,CONTA174 ! 定义接触面单元类型，单元类型：CONTA174，编号：etmax+1。
KEYOPT,etmax+1,2,2 ! 将识别号为etmax+1的接触单元的关键项2设置为2。
KEYOPT,etmax+1,4,1 ! 将识别号为etmax+1的接触单元的关键项4设置为1。
......
4.3 创建接触和目标单元
- 创建目标单元(依附于实体/壳单元表面的主面单元)
- 创建接触单元(依附于于实体/壳单元表面的主面单元)
创建的接触在GUI中，接触管理器中查看。
- TSHAP
使用功能：为目标单元 TARGE169 和 TARGE170 指定 2D 和 3D 几何表面。
使用格式：TSHAP，shape。
其中：
shape：为目标单元 TARGE169 和 TARGE170 指定几何形状。其有效的形状有：PILO(2D 或3D 引导节点)。
使用提示：使用该命令可以生产面与面接触时的刚性目标面，对于 2D 是 TARGE169 、CONTA171 和 CONTA172，对于 3D 是 TARGE170 、CONTA173 和 CONTA174 。执行该命令后，其后生成的单元具有同样的形状，直到用另一个形状来代替。
五、接触分析实例
5.1 MPC
MPC： Multi-point constraints / 多点约束，Ansys 中用于连接不同类型单元的一种接触算法。
多点约束 MPC 允许在计算模型不同的自由度之间强加约束。简单来说，MPC 定义的是一种节点自由度的耦合关系，即以一个节点的某几个自由度为标准值，然后令其他指定的节点的某几个自由度与这个标准值建立某种关系。多点约束常用于表征一些特定的物理现象，比如刚性连接、铰接、滑动等。多点约束也可用于不相容单元间的载荷传递，是一项重要的有限元建模技术。
MPC 对于处理接触连接时有几点注意事项：
(1). 接触面节点上不能施加 MPC 以外的位移边界条件或者是其他约束耦合方程。因为接触点的一些自由度已在 MPC 约束删除，单独施加会产生约束过多现象。
(2). 约束面时不宜过多，否则会引起对内存需求峰值过高，内存较少时应以考虑。
- 示例
- 绑定约束/Tie约束
- 绑定约束/Tie约束
5.2 标准接触
六、尾声
以上，便是 ANSYS 接触问题 部分的简单介绍。
仅以此文为我 ANSYS 的相关学习做一个备忘，同时也为有需要的人提供多一点参考。
胸藏文墨怀若谷，腹有诗书气自华，希望各位都能在知识的 pāo 子里快乐徜徉。
因个人水平有限，文中难免有所疏漏，还请各位大神不吝批评指正。
最后，祝各位攻城狮们，珍爱生命，保护发际线！
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为我打call，不如为我打款！
七、参考文献
[1]. ANSYS 15.0 有限元分析完全自学手册. 郝勇 钟礼东 等编著.
[2]. ANSYS 参数化编程与命令手册. 龚曙光 谢桂兰 黄云清 编著.
[3]. ANSYS Mechanical APDL Command Reference. Release 18.2.
[4]. ANSYS Mechanical APDL Element Reference. Release 18.2.
[5]. Ansys中的接触协调条件和多点约束MPC. 坐倚北风.