14.1.2  接触单元

14.1.2 接触单元

为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一个点，模型的对应组元是一个节点；如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元。例如，梁单元、壳单元或实体单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于AN-SYS使用的接触单元和使用它们的过程，下面分类详述。

1.点-点接触单元

点-点接触单元主要用于模拟点-点的接触行为，为了使用点-点的接触单元，需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）。

如果两个面上的节点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点-点的接触单元来求解面-面的接触问题，过盈装配问题是一个用点-点的接触单元来模拟面-面接触问题的典型例子。

2.点-面接触单元

点-面接触单元主要用于给点-面的接触行为建模，如两根梁的相互接触。

如果通过一组节点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点-面的接触单元来模拟面-面的接触问题，面既可以是刚性体也可以是柔性体，这类接触问题的一个典型例子是插头到插座里。使用这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，接触面之间也不需要保持一致的网格，并且允许有大的变形和大的相对滑动。

CONTA175是点-面的接触单元，它支持大滑动、大变形和不同网格之间连接的组件。接触时发生单元渗透从一个目标表面到一个指定的目标表面。(https://www.daowen.com)

3.面-面的接触单元

ANSYS支持刚体-柔体的面-面的接触单元，刚性面被当成“目标”面，分别用TARGE169和TARGE170来模拟2D和3D的“目标”面，柔性体的表面被当成“接触”面，用CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174来模拟。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号来识别“接触对”，为了建立一个“接触对”给目标单元和接触单元指定相同的实常的号。

与点-面接触单元相比，面-面接触单元的优点如下。

●支持低阶和高阶单元。

●支持有大滑动和摩擦的大变形，协调刚度阵计算，不对称单元刚度阵的计算。

●提供工程目的采用的更好的接触结果，如法向压力和摩擦应力。

●没有刚体表面形状的限制，刚体表面的光滑性不是必须的，允许有自然的或网格离散引起的表面不连续。

●需要较小的磁盘空间和CPU时间。

●允许多种建模控制，例如，绑定接触；渐变初始渗透；目标面自动移动到补始接触；平移接触面（老虎梁和单元的厚度）；支持死活单元；支持耦合场分析；支持磁场接触分析等。