学习ANSYS12接触分析的新特性

大概一个多月前，听朋友讲新版本AutoCAD的种种崭新特性，我一个没用过，觉得很是新奇。可惜我这电脑运行CAD2009以上版本卡得要命，再者似乎我对学习CAD也没有了最初的热情。FEM对我更有吸引力吧，争取以后加强编程能力，动手做个材料 本构模型啥的，应该比较有挑战性。

对于ANSYS，随着版本的不断更新(目前是12.0.1)，新功能也在不断涌现，只是我基本用不上而已。即便非常想学习的ANSYS WorkBench，也总是被这样那样的事情推延，闹了半天，总是在用过去的ANSYS classic，现在的Mechanical APDL (ANSYS)，换了个名而已。

不过，这两天帮一位好友检查模型，用到了一个面-面接触的特性，的确是ANSYS12所特有的，很是感兴趣。

定义接触的时候，除了指定接触对、设置接触单元的各种性质(通过Keyopt和Real)之外，往往还要指定摩擦系数。常见的表达方式，是mp,mu,2,0.2 就是指定接触单元的摩擦系数。那么，对于稍微复杂一点的接触面，就能保证面上的各个位置，摩擦系数都是相等的？我想这可能是软件模拟的一中缺陷？现在看来或许真是这样，因为ANSYS12开始对其改进了。

ANSYS12新引入了一个材料定义的参数，FRIC，需要结合TB命令进行操作。它可以指定各向同性、正交，以及用户自定义摩擦模型的摩擦系数。适用于2D和3D接触单元，如CONTA171, CONTA172, CONTA173, CONTA174, CONTA175, CONTA176, CONTA177, and CONTA178。可设置其与温度有关，或者无关。若选择用户自定义的话，必须是与温度无关。

对于各向同性的摩擦系数定义，最简单了，ANSYS帮助文档中的小例子如下：

TB,FRIC,1,,,ISO     ! 激活各向同性摩擦模型
TBFIELD,TEMP,100.0   ! 定义第一个温度
TBFIELD,SLDI,0.1     ! 定义第一个滑动距离
TBDATA,1,MU          ! 定义摩擦系数
TBFIELD,SLDI,0.5     ! 定义第二个滑动距离
TBDATA,1,MU          ! 定义摩擦系数
TBFIELD,TEMP,200.0   ! 定义第二个温度值
TBFIELD,SLDI,0.2     ! 第一个滑动距离
TBDATA,1,MU          ! 定义摩擦系数
TBFIELD,SLDI,0.7     ! 第二个滑动距离
TBDATA,1,MU          ! 定义摩擦系数

【疑问】这个滑动距离是相对哪里的？我再找找资料，回头补充上。

对于正交的摩擦模型，定义过程类似。这个模型在两个主方向上定义了两组不同的摩擦值，而且只能应用在3D接触单元CONTA173, CONTA174, CONTA175, CONTA176,和CONTA177上。

也是来自ANSYS帮助文档中的小例子：

TB,FRIC,1,2,,ORTHO   !激活正交摩擦模型
TBTEMP,100.0         ! 第一个温度值
TBDATA,1,MU1,MU2     ! 此温度下的摩擦系数
TBTEMP,200.0         ! 定义第二个温度值
TBDATA,1,MU1,MU2     ! 此温度下的摩擦系数

最值得关注的，是自定义摩擦模型，帮助中提到一个子程序USERFRIC。我最初还以为是可以读入摩擦数据文件的一个函数，结果却不然，也是需要利用TB来定义摩擦特性。而且也必须基于罚函数的算法(接触单元的KEYOPT(2) = 0, 1, 或者 3来确定)。但我感觉帮助文档中说得不是很清楚，只是给了个例子：

TB,FRIC,1,,2,USER     ! 激活用户自定义摩擦模型
TBDATA,1,PROP1,PROP2  ! 定义摩擦属性

我的问题在于，没有给出每个项目确切的物理意义啊，比如TB,BISO命令，后面TBDATA跟上的数值，第二个是屈服强度，第三个是切线模量，意义很明确。而TB,FRIC其他种类的设置都有介绍，唯独没有USER的。难道是用户指定的？也没找到指定的途径。如果摩擦是各项异性的，且不是正交，那角度会在哪里体现呢？

这是我第一次发现能够用得上的，ANSYS新功能，这两天找找资料，争取把这个问题弄明白。

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Update 2010.4.5

自定义的摩擦模型，不支持tbplot命令，也就是基本无从知道摩擦模型设置的是否正确？再有，关于切向的接触，类似与滑动摩擦之类的分析，建议还是使用combin弹簧单元，而不是此类接触。