ANSYS Workbench 接触高级选项详解.docx

ANSYS Workbench 接触高级选项详解 ANSYS Workbench 是一个功能强大的仿真平台，提供了多种接触算法以满足不同工程应用的需求。在使用 ANSYS Workbench 进行接触设置时，用户可能会遇到大量的选项，例如 Program Controlled 等，这些选项的选择将直接影响计算结果的精度和收敛性。在本文中，我们将详细介绍 ANSYS Workbench 中的五种接触算法，分别是罚函数法、一般拉格朗日法、增广拉格朗日法、多点约束法和梁约束法。 一、罚函数法（Pure Penalty） 罚函数法是 ANSYS 中的默认算法，适用于各种非线性接触（Frictional, Frictionless, Rough）。这种算法将零件之间的接触假设成两个节点之间通过弹簧连接，通过以下计算公式来求解两个接触面之间的接触压力： FNormal = KNormal * xpenetration 其中，KNormal 为两个接触面之间的接触刚度，xpenetration 为两个接触面之间的穿透量。这种算法的精度较依赖于接触刚度和穿透量的大小。在实际情况下，两个零件表面是不会有穿透的，这是一种为增强收敛性而进行的数值近似方法。 二、一般拉格朗日法（Normal Lagrange） 一般拉格朗日算法在将接触压力作为一个自由度来满足接触兼容性。因此它不需要计算接触刚度和穿透量来计算接触压力，而是将他看做一个自由度。这种算法的精度较高，但计算速度较慢。 三、增广拉格朗日法（Augmented Lagrange） 增广拉格朗日法是在罚函数的方法上衍生出来的一种方法，他与罚函数法类似，但是在计算接触压力时，引入了附加项λ。引入了 λ 之后，可以看出接触压力对于接触刚度的敏感性降低，更利于在给定的接触刚度较大的时候收敛，可以一定程度上提高计算精度。 四、多点约束法（MPC） 多点约束法适用于绑定接触（Bonded），不分离（No seperation）。他在接触面间添加一个联结使两个面之间不出现分离。若两个零件的几何模型间有缝隙，那么需要在计算结束之后仔细检查计算结果，以免出现计算出错。 五、梁约束法（Beam Contact） 梁约束法顾名思义，就是在两个接触面之间添加无质量的梁进行联结，这种算法只适用于绑定接触（Bonded）。 总结：对于线性接触的两种计算方法，由于是线性计算，其收敛性都比较好，计算速度也较快。对于三种非线性接触的计算方法，一般情况下，从计算精度和收敛性上的排序为： * 收敛性：罚函数 > 增广拉格朗日 > 一般拉格朗日 * 精度：一般拉格朗日 > 增广拉格朗日 = 罚函数 * 计算时间：一般拉格朗日 > 增广拉格朗日 > 罚函数 但对于个别情况，可能需要根据实际情况进行测试对比。对于初学者来说，可以先使用程序控制来尝试计算，之后再根据计算结果和计算时间的评估来决定使用哪一种接触算法。 此外，ANSYS 还提供了两种滑移计算模型：Finite Sliding 和 Small Sliding。在 ANSYS 经典版中，用户可以自行选择使用哪一种滑移模型，默认的选项是 Finite Sliding。Finite Sliding 允许接触面之间任何的滑移，旋转，甚至分离。Small Sliding 是假设接触面之间会发生小于接触长度 20% 的相对滑动，在接触面之间出现较大的滑移或是旋转时，Small Sliding 不能够精确地模拟这种情况。 ANSYS Workbench 提供了多种接触算法和滑移模型，以满足不同工程应用的需求。用户可以根据实际情况选择合适的接触算法和滑移模型，以提高计算精度和收敛性。