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ANSYS分线性接触问题分析汇总

接触非线性是一门复杂的学科，ANSYS关于计算非线性接触的设置选项多只

又多，很多人摸不到头脑，本文就基于ANSYS模拟过的几个接触实例，研究了相

关设置选项对接触结果的影响。

实例1：橡胶密封圈配合接触研究—非线性求解设置对结果的影响

密封圈配合模型简图见图1，左右两端为刚体，中间圆部分为橡胶密封圈，

将刚体2沿刚体1方面移动，从而实现橡胶圈密封作用，采用plane182单元，

设置轴对称行为，建立橡胶密封圈与刚体接触模型，见图2。

刚体1密封圈刚体2

图1密封圈配合模型简图图2密封圈配合有限元模型图

接触对采用默认设置，摩擦系数取0.10，研究非线性求解器设置对收敛方面

的影响，大变形静态（LargeDisplacementStatic）效应打开，自动时间步长

（Automatictimestepping）打开，子步数（Numberofsubsteps）设置为50，线

性搜索（Linesearch）打开。

1收敛准则对结果的影响

此实例收敛准则默认采用力收敛结合力矩收敛准则（基于L2范数），收敛容

差（Tolerance）默认为0.001，工程上认为0.05的收敛容差足够满足要求。

表1收敛容差对计算结果的影响

收敛容差最大应力/MPa报错与否？

0.0014.12364报错

0.054.12785报错

0.14.12996报错

查看报错信息，见图3，表示单元过于扭曲，建议提高子步数或降低时间步

长，需要提高网格质量，也要考虑材料属性，接触对及约束方程的合理性，若在

第一步迭代就如此，需要预先执行单元形状检查。

图3报错信息

橡胶密封圈配合VonMises应力云图见图4。

图4橡胶密封圈配合VonMises应力

2子步数对结果的影响

此实例子步数设置为50、100、200、500，收敛容差（Tolerance）默认为0.001，

研究子步数对收敛的影响。

表2子步数对计算结果的影响

子步数最大应力/MPa报错与否？

504.12364报错

1004.12795报错

2004.12954收敛

5004.12377收敛

10004.12218收敛

由表2可知，提高子步数对于ANSYS非线性问题求解的收敛性是有所增强

的，由最大应力值可以看出如图3所示的报错信息，其结果有可能是合理的、

一致的，需谨慎判断。

3牛顿-拉普森选项（Newton-Raphsonoption）设置对结果的影响

此实例牛顿-拉普森选项设置为下图5（引自ANSYS帮助文档）所示几种情

形，收敛容差（Tolerance）默认为0.001，子步数为200。

图5牛顿-拉普森选项设置

表3