创建接触对及设置实常数

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创建接触对及设置实常数

本文选用面与面接触方式来分析齿轮的接触问题，因为面与面接触单元可以预先不知道接触的准确位置，可用于任意形状的两个表面接触，也支持大转动、大应变以及大的相对滑动。

面与面接触对是由接触面与目标面共同组成，其中目标面与接触面是通过共享的实常数实现接触对的识别，面与面接触对单元是通过与三维单元共用节点实现覆盖在有限元模型之上。ANSYS 分别用 Targe169 和Targe170 单元模拟 2D 和3D 目标面，用 Conta171、Conta172 和Conta173、Conta174 单元模拟 2D 和 3D 接触面。针对齿轮的接触分析，目标面和接触面分别选用 Targe170 和 Conta174 单元来定义。

为了保证计算结果的收敛性，目标面和接触面应按如下原则确定：a.如果是凸面与凹面或平面接触，通常指定凹面或平面为接触面；b.如果网格粗糙的表面与网格较细的表面接触，一般网格较细的表面为接触面；c.如果一个表面面积比另一个表面小，通常指定表面面积较小的为接触面；d.如果一个划分为高次单元表面与一个划分为低次单元表面接触，通常指定高次单元的表面为接触面；e.如果两个接触面的刚度大小不同，通常指定刚度较小的表面为接触面。根据以上原则，本文设置从动轮的齿面为目标面，主动轮的齿面为接触面。

为了建立和识别一个接触对，需要给目标面单元和接触面单元指定相同的实常数号。不同的接触对必须通过不同的实常数号来定义，但同一接触对不限制允许接触的面数目。在静态接触分析中，必须保证目标面与接触面是有初始接触，并不能有过大的穿透量，接触面建立的接触对应该是刚好接触的，但是实际上会遇到接触对之间是存在间隙或者初始穿透，从而导致分析计算不收敛或接触面之间发生脱离接触关系，所以需要在 Automatic contact adjustment 选项中选择 Closegap，程序会自动调整接触面，达到闭合接触面间的间隙。

ANSYS 程序使用 9 个实常数和多个单元关键字来控制面面接触单元的接触行为，9 个实常数的定义如下：

R1 和 R2：用于控制目标单元几何形状；

FTOLN：用于控制最大渗透范围；

FKN：用于控制法向接触的刚度因子；

ICONT：用于控制初始靠近因子；

PINB：用于控制 Pinball 区域；

PMIN 与 PMAX：用于控制初始渗透容许的范围；

TAUMAR：用于控制最大接触摩擦。

其中，除了 R1 和 R2 是用来控制目标面单元的几何形状，其余 7 个实常数都是用来控制接触行为的，实常数 FTOLN、FKN、PINB、ICONT、PMIN 和 PMAX的值可以是正也可以是负，程序会将正值看作比例因子，将负值看作真实值。对于大多数的接触问题默认的实常数是合适的，而在部分情况下，则需要根据需要来改变默认值达到控制接触行为。本文的接触问题，为了识别轮齿之间接触对，则需要定义 5 个实常数。通常分析在开始初期都会使用默认值，仅仅控制穿透容差和接触刚度，只有在使用默认参数遇到困难时才会自定义参数值。

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