有限元基础-接触非线性3

系列回顾

<接触非线性1>-接触算法

<接触非线性2>-接触类型

在接触发生时，一般接触面不能穿透目标面，但是目标面可以穿透到接触面之中，为了更好地理解可以将之想象为网球与网球拍的接触过程，网球视为目标体球拍视为接触体，当击球的瞬间网球表面会部分穿过球拍的网线，但是网线不会穿透到球内部的。

通过上面的描述可见目标体与接触体在发生接触的区域附件网格大小会影响计算结果的穿透量。

通过上面两张示意图能更清楚地表达接触面与目标面之间的关系，上图中接触面的网格大，目标面的单元已经明显穿透进入了接触体，但是接触体的节点node1和node2并不能穿透进入目标单元内，当下图的接触单元的网格尺寸减小一半后，在node1和node2之间有了新节点node3，那么就会减小目标单元进入接触单元的量，所以穿透自然就变小了。依然以网球为例，当网球拍的线密度比较小时网球会明显的部分穿透网线，极端情况下网线之间的距离大于网球直径时网球会直接完全穿透球拍到球拍的另一侧去，相反当网线很密时，不用说网球也更难穿透网球拍。

按照上述接触面与目标面的穿透关系，还可以总结出以下关于如何选择接触面和目标面的规律：

1.当凸面与凹面或平面接触时，凸面定义为接触面；

2.细网格与粗网格发生接触时，选择细网格作为接触面；

3.软硬差距比较大物体接触时，软体的面定义为接触面；

4.高阶单元与低阶单元发生接触时，高阶单元作为接触面；

5.一个大面与一个较小的面发生接触时，选择小面作为接触面。

实际在建立接触关系时由于模型的复杂性有时候不容易一眼就可以确定如何定义接触面和目标面，在考虑上述原则的基础之外还可以从最原始的接触面与目标面之间的穿透关系出发来定义接触面和目标面，或者分别交换设置观察计算结果来判断如何设置更合理。

下面以一个实例说明：

上图是模拟橡胶圈的压缩过程（轴对称模型），中间圆形是模量为3MPa的橡胶材料，上下支撑和下压件都是钢，而且从网格上来看钢的网格明显粗于橡胶的网格，当压板与橡胶圈接触时如果选择橡胶作为目标体压板作为接触体那么计算出的穿透量如下图为0.02mm。

当交换接触面和目标面，将网格比较粗的压板作为目标体，网格比较细的橡胶圈作为接触体之后再重新计算，穿透量降低为下图的0.011mm。