ANSYS Workbench 接触高级选项详解（一）

本文摘要（由AI生成）：本文主要介绍了ANSYS中五种接触算法的特点和应用场景，包括罚函数法、一般拉格朗日法、增广拉格朗日法、多点约束法和梁约束法。罚函数法是默认算法，适用于各类非线性接触，但精度依赖于接触刚度和穿透量。一般拉格朗日法将接触压力作为一个自由度，不需要计算接触刚度和穿透量，但计算速度较慢。增广拉格朗日法在罚函数法的基础上引入了附加项λ，可以降低接触压力对接触刚度的敏感性，但计算时间加长。多点约束法适用于绑定接触和不分离，但需要仔细检查计算结果。梁约束法在两个接触面之间添加无质量的梁进行联结，只适用于绑定接触。根据实际情况，可以选择合适的接触算法。在使用ANSYS中经常会遇到两个零件的接触情况，ANSYS中提供了五种接触算法，分别为罚函数法，一般拉格朗日法，增广拉格朗日法，多点约束法，梁约束法如下图所示，在Mechanical界面中进行接触设置时，默认的设置是ProgramControlled，你可以根据自己的实际工况来选择更适合的接触算法一、罚函数法PurePenalty：罚函数法是ANSYS中的默认算法，适用于各类型的非线性接触(Frictional,Frictionless,Rough)，是相对于其他几种非线性算法中较为经济的一种算法罚函数是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FNormalFNormal=KNormalxpenetration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从上述公式可以看出，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，因此，穿透量越小，计算结果精度越高，但同时收敛性较差因此在使用罚函数算法的时候，需要仔细检查接触面的穿透量二、一般拉格朗日NormalLagrange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，于是，有如下两种情况：零件不接触零件接触在计算过程中，这两种极限的情况会导致计算震荡剧烈从而较难收敛，但是一旦可以算收敛，由于这里没有假设零件之间的穿透，得到的结果精度较高。另外，拉格朗日法需要使用直接求解器来求解，计算速度较慢从下图可以看出，一般拉格朗日和罚函数在处理接触状态时的区别：三、增广拉格朗日AugmentedLagrange增广拉格朗日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λFNormal=KNormalxpenetration+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，但同时也会造成收敛时间加长四、多点约束法MPC：多点约束法适用于绑定接触（Bonded），不分离(Noseperation)。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，以免出现计算出错多点约束法适用于大变形开关开启的计算五、梁约束法BeamContact: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