高級剛性目標面第三章剛性目標面當一個面相對其臨近的面為剛性面時，柔體－剛體接觸對能夠極大的簡化模型.此接觸分析技術較常用.剛性目標單元(TARGE169/170)僅針對面－面單元(CONTA171-174)和點－面單元(CONTA175).該章節(jié)主要考慮模擬剛性目標面時需用到的高級工具選項.剛性目標面本章我們考慮以下主題:導向節(jié)點約束剛性目標面復雜目標面創(chuàng)建接觸單元剛性目標面

A.導向節(jié)點剛性面和導向節(jié)點相聯(lián)系，導向節(jié)點的移動控制目標面的移動.導向節(jié)點可控制整個剛性目標面.整個面的力、位移以及轉動可以通過導向節(jié)點指定.如果定義了導向節(jié)點，那么ANSYS只檢查導向節(jié)點的邊界條件并忽略目標面上其它節(jié)點的約束.導向節(jié)點可以直接生成也可以通過mesh一個關鍵點生成.導向節(jié)點可以在任何位置指定，因此支持剛性面的轉動.只有導向節(jié)點可以和其它單元連接，若剛性體有質量，那么可在導向點上再定義一個Mass21單元.每個目標面只能有一個導向節(jié)點.剛性面轉動剛性目標面

...導向節(jié)點缺省情況下，若滿足下列條件，剛性目標面自動被約束:沒有明確的定義邊界條件.目標面沒有和其它單元相連接.沒有定義耦合和約束方程.剛性目標面

B.約束剛性目標如果選擇自動約束，那么ANSYS對剛性面的約束設置在每個載荷步結束時會被重置。因此重啟動分析時需謹慎。如果選擇用戶指定，那么用戶需要定義剛性目標面的所有正確的邊界條件。如果用戶沒有定義適當?shù)淖杂啥燃s束的話，表面會在相應的方向作剛體運動剛性目標面

...約束剛性目標ANSYS靜態(tài)分析中，如果力施加在一個零剛度的自由度上，那么程序將忽略該載荷.一個初始未施加約束的剛性目標面會產生零剛度.施加在此類表面導向節(jié)點上的力和彎矩將會被忽略.在這種情況下，可使用弱彈簧單元來增加一個小的剛度，以防止載荷的丟失.剛性目標面

…約束剛性目標剛性目標可以是基本圖元的疊加和綜合（例如圓柱、圓臺和球體等）.對于任意表面，網格形狀不是很重要，但目標單元是否很好的代表了幾何結構卻至關重要.

過粗略的對目標面離散化會導致收斂困難.剛性目標面

C.復雜目標面對復雜目標面分網的一些建議:如果剛性目標能夠離散成基本圖元，那么就使用基本圖元.(更少的單元且更有效.)盡可能使用映射網格.如果面的某邊無曲率，那么指定單元分割數(shù).對較平坦的面使用低階目標單元，若面的曲率較大則使用高階單元.剛性目標面

...復雜目標面以下為一個剛性面使用低階單元和高階單元的例子.低階單元占機時較少，但需要較多數(shù)量的單元.高階單元占機時較多，但需要較少數(shù)量的單元.低階單元高階單元剛性目標面

...復雜目標面對與使用高階單元分網或低階單元分網的目標面，目標節(jié)點都可采用局部坐標系.這使得目標面在分析中能夠改變形狀.例如，要模擬一個膨脹的圓柱體可采用如下幾步:使用高階四邊形單元分網旋轉節(jié)點坐標系至柱坐標系給節(jié)點施加徑向位移使圓柱體膨脹剛性目標面

...復雜目標面在大滑動問題中，尖的突角會導致收斂困難.對線或面進行倒角以防止尖角的出現(xiàn).使用KEYOPT(4)改變接觸探測的位置.或者在尖角處增加點－面接觸.外法向平滑半徑剛性目標面剛性目標面

...復雜目標面有時因為目標面不是足夠的大，使得接觸單元從剛性目標面上滑落.為解決這個潛在問題，采用目標面延伸參數(shù)可使得目標面足夠大以保證接觸狀態(tài)不變.缺省值為目標單元長度的10%接觸探測的位置設為節(jié)點時該選項才可使用剛性目標面

...復雜目標面剛性目標面

D.創(chuàng)建接觸單元接觸向導是一個極為方便的接觸對創(chuàng)建工具，它需要最少的用戶干預.但少數(shù)時候接觸向導并不能完全勝任對接觸的模擬.盡管此種情況較少，但如果遇到的話，必須使用接觸向導外的其它方法創(chuàng)建接觸單元.目標單元有一種特殊的單元屬性－目標單元形狀(TSHAP).當直接生成目標面時要指定TSHAP.當使用KMESH,LMESH,AMESH產生剛體單元時，程序自動使用正確的TSHAP使用TSHAP時,用戶應該對可供選擇的單元形狀較熟悉.2D目標單元TARGE169

有以下幾種形式:線、拋物線、弧線、圓和導向節(jié)點.JIIJKIJKII弧線導向節(jié)點圓線拋物線剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元3D目標單元TARGE170有以下幾種形式:3節(jié)點三角形,4節(jié)點四邊形,6節(jié)點三角形,8節(jié)點四邊形,圓柱,圓臺,球體以及導向節(jié)點.

剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元2D面－面接觸單元CONTA171是一個二維2節(jié)點的低階線單元，它可以附在二維體單元、殼單元和梁單元的表面上.CONTA172是一個二維3節(jié)點（帶中間節(jié)點）的高階拋物線單元，它可以附在二維體單元的表面上.CONTA171CONTA172剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元3-D面－面接觸單元CONTA174是一個三維8節(jié)點（帶中間節(jié)點）的高階四邊形單元，它可附在三維體單元的表面.它也可退化為6節(jié)點三角形.CONTA173是一個三維4節(jié)點的低階四邊形單元，它可附在三維體單元或殼單元的表面.它也可退化為3節(jié)點三角形.剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元創(chuàng)建面面接觸單元的步驟Step1.創(chuàng)建下面的實體模型并分網.Step2.指定接觸面和目標面.在右邊這個例子中，存在剛性面，因此目標面和接觸面的指定可以確定.接觸面

超彈性密封件的嵌入模擬剛性目標面

剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元Step3.設定單元選項和實常數(shù).

注意：接觸對由實常數(shù)進行識別.接觸單元和目標單元必須共用一個實常數(shù).剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元Step4.創(chuàng)建目標面單元.

此步視目標單元是剛體或柔體而定.對于剛體

:使用直接生成法(E)或者自動分網生成(LMESH,AMESH)對于柔體:使用Create>Elements>Surface-to-Surface(ESURF)剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元Step4創(chuàng)建目標面單元.直接生成剛性目標面時,目標單元形狀（TSHAP）要在創(chuàng)建目標單元之前設定.TSHAP定義目標單元的形狀.剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元Step4創(chuàng)建目標面單元.在對剛性目標面自動劃分網格時并不需要TSHAP.ANSYS會自動確定目標單元的形狀.Mesh關鍵點(KMESH)–導向節(jié)點Mesh線(LMESH)–二維剛性目標面Mesh面(AMESH)–三維剛性目標面剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元

Step4創(chuàng)建目標面單元.檢查外法線方向（如果對剛性目標使用自動分網時）:顯示單元（打開單元坐標標志）.然后使用ESURF創(chuàng)建單元.線反時針圓弧線導向節(jié)點剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元Step5.創(chuàng)建接觸面單元.設置好接觸單元的屬性，選擇柔體表面節(jié)點并創(chuàng)建接觸單元（和在柔體上創(chuàng)建目標單元的步驟類似） Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Surf/Contact>SurftoSurf這些接觸單元的階數(shù)（低階或高階）和它下面單元的階數(shù)相同.(ESURF)剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元Step5創(chuàng)建接觸面單元.對于在殼單元或者梁單元上創(chuàng)建接觸單元或目標單元，程序可讓用戶選擇是在殼/梁的底面還是頂面創(chuàng)建該單元.單元位置控制剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元當使用接觸向導創(chuàng)建接觸對時，接觸單元自由度自動和底下的單元協(xié)調.當接觸對是在接觸向導外被創(chuàng)建時,必須使用APDL定義其自由度KEYOPT(1)，或使用以下GUI方式:MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete…Options剛性目標面

...創(chuàng)建接觸單元此后，施加載荷、邊界條件、求解、后處理的步驟和是否使用接觸向導無關.創(chuàng)建一個典型的面－面、剛體－柔體接觸對的APDL:…et,2,169 !定義目標單元et,3,171 !定義接觸單元r,3,,,0.1 !接觸對通過實常數(shù)3識別，F(xiàn)KN值為