3_APDL基础及仿真理论_solid单元的接触分析
背景说明：两个半径均为100mm，的正交圆柱体发生正接触，作用在两圆柱接触体法线方向上的压力总和1000N，两圆柱体均为钢制分析两圆柱的接触情况。
分析思路：对模型进行对称约束，施加载荷后要进行节点自由度耦合，使加载面的所有节点能在承载后具有相同的Y方向位移，并且在变形后仍然保持为水平平面。
总结：
1. 如果不进行节点耦合，结构变形会产生刚性位移，造成不收敛。但是节点耦合造成了变形不符合实际情况，即忽略了施力面的泊松比造成的影响。
2. 由面网格生成体网格，几何只有面，有限元模型是体，需要定义网格单元，定义拉伸的目标单元，对拉伸选项做出设置。
3. 接触部分的细分十分重要，也是收敛的影响因素。
! 本次学习重点：
!1、命令流的复杂建模
!重点学习下建模。因为前处理尽可能用WB，所以这里也是规则模型。还是太不好用了。我选择狗带。
!2、接触的定义。
!Ansys依据实常数识别接触对，接触对要具有同样的实常数定义。而且命令流是根据选择的单元来定义接触单元。GUI操作，也不麻烦。
!3、分析步数的设定
!非线性分析时步数设置，线性搜索，自动步长，定义子步。
!求解解析解
finish
/clear
f=1000
e=200
r=100 !命令不区分大小写，参数也不区分大小写。
p=2.45*(f*e**2*((r+r)/(r*r))**2)**(1/3) !接触应力的解析解61.73，有限元法结果59.9MPa
!正式分析命令流
finish
/clear
/prep7 !进入前处理
et,1,solid185
et,2,mesh200
keyopt,2,1,6 !查看help中关于mesh200和keyopt的解释，KEYOPT, ITYPE, KNUM, VALUE。此处意思为定义了mesh(2)为4 nodes的四边形单元(1,6)。
mp,ex,1,2e11
mp,prxy,1,0.3 !定义et 1的材料属性，Elastic moduli 和Poisson's ratios，（lab，mat，co）
!lab这里是系统规定的，输出结果表格时lab是可以自定义的。
cyl4, , , 100, , ,90 !在原点，创建一个r100的1/4圆面
cyl4, ,200,100, , ,-90 !在(0,200)，创建一个r100的1/4圆面
wpoff,10 !workplane向X移动10
wprota, , ,90 !workplane绕Y轴旋转90度
asbw,all !用workplane切分面
esize,10,0 !定义线的网格尺寸10，这里0表示均分，定义了尺寸后，此值无意义
mshape,0,2D !划分为四边形的2D网格
mshkey,0 !自由划分
amesh,all !划分面网格
ksel,s, , ,2 !选择关键点2
ksel,a, , ,4 !再选关键点4，这时候选了KP2和4
krefine,all, , ,3 !关键点2和4处细化，细化等级为3
CSYS,5 !转化坐标系，Y轴为旋转轴的圆柱坐标系。特烦坐标系换来换去的
asel,s, , ,4,6,2 !选择4、6两个面
agen, ,all, , , ,90, , , ,1 ! 面2和4绕Y旋转90度。gen表示generate,CSYS0下就是平移
CSYS,0 !转换坐标系为cartesian坐标系
asel,s, , ,4,6,2 !选择4、6两个面
arsym,z,all, , , ,0,0 !对称生成面，xy平面对称，0,0是保留原面，保留网格信息
asel,s, , ,3,5,2 !选择3、5两个面
arsym,x,all, , , ,0,0 !对称生成面，yz平面对称，0,0是保留原面，保留网格信息
eplot
/view,1,1,1,1
/replot
asel,s, , ,1,2
asel,a, , ,4,6,2 !选择面1,2,4,6
agen, ,all, , ,50, ,50, , ,1 !平移选择面，x50，y50
asel,s, , ,1,2
asel,a, , ,4,6,2 !选择面1,2,4,6
allsel,below,area
nummrg,node
nummrg,kp !合并1246面上的节点
allsel,all !此处全选，为了进行下一步的选择工作
asel,s, , ,3,7,2
asel,a, , ,8 !选择面3,5,7,8
allsel,below,area
nummrg,node
nummrg,kp !合并1246面上的节点
allsel,all
type,1
mat,1
extopt,esize,10,0 !均分10份
extopt,aclear,0
extopt,attr,0,0,0 !定义生成体的特性
asel,s, , ,3,7,2
asel,a, , ,8 !选择面3,5,7,8
vext,all, , , , , 100, , , , !向Z拉伸100
asel,s, , ,1,2
asel,a, , ,4,6,2 !选择面1,2,4,6
vext,all, , , -100, , , , , , !向-X拉伸100
!建模完成，开始定义接触单元
mp,mu,1, !et1的摩擦系数为0 不是两者之间的摩擦系数？
r,3 !定义实常数3，是为了让170和174单元同属一个实常数，识别他们的接触对。因为ansys里同一个接触对的单元实常数相同。
real,3 !选择实常数3
et,3,170 !定义目标单元TARGE170
et,4,174 !定义接触单元CONTA174
keyopt,4,9,0 !包括由几何和接触面偏移产生的初始穿透，也是缺省值0.
keyopt,4,10,0 !禁止闭合的单元进行刚度修正，也是缺省值0. 可以不用定义，此处为了方便对接触的理解。
asel,s, , ,27 !ASEL, Type, Item, Comp, VMIN, VMAX, VINC, KSWP。sel的命令要熟记
asel,a, , ,31,33,2
asel,a, , ,37 !选择面27,31,33,37
type,3
nsla,s,1 !选择面和线上的所有点，节点，关键点
esln,s,0 !选择已选择节点相关的所有单元
esurf !创建TARGE170
asel,s, , ,10
asel,a, , ,14
asel,a, , ,20
asel,a, , ,23 !选择面10,14,20,23
type,4
nsla,s,1 !选择面和线上的所有点，节点，关键点
esln,s,0 !选择已选择节点相关的所有单元
esurf !创建CONTA174
allsel !方便下一步操作
!定义接触完成，开始加载约束条件
asel,s, , ,9,21,4 !选择面9,13,17,21
da,all,uz, !约束uz
asel,s, , ,12
asel,a, , ,16
asel,a, , ,18
asel,a, , ,22 !选择面12,16,18,22
da,all,uy
dl,26, ,ux !约束面uy，l26ux。DL, LINE, AREA, Lab, 比da多了一个面选择。
asel,s, , ,1,2
asel,a, , ,4,6,2 !选择面1,2,4,6
da,all,ux
dl,47, ,uz !约束面ux，l47uz。
asel,s, , ,26,38,4 !选择面26,30,34,38
nsla,s,1 !选择面上所有点,为了后续耦合自由度
sfa,all,1,pres,0.05 !surface loads
cp,1,uy,all !耦合自由度？为啥耦合自由度？难道施加压力的方向不能作为依据？结构不对称造成模型节点异常，必须cp加点位移
allsel,all
finish
/solu
lnsrch,1 !线性搜索 Ui+1 = Ui + S*D,通过自动调整S值，提高迭代效率。
nsubst,5,10,3 !number of substeps,5步，最大10，最小3
kbc,0 !ramping loads，默认设置
outres,all,all !输出所有子步结果，默认设置
solve
finish
/post1 !进入后处理
plnsol,cont,pene,0,1.0 !显示接触渗透云图 0表示不显示未变形，1.0变形比例
plnsol,cont,pres,0,1.0 !显示接触应力云图
finish
/eof
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