5.4.7.5 使用ANSYS网格划分工具生成刚性目标单元
用户也可以用标准的ANSYS网格划分功能让程序自动地生成目标单元。ANSYS程序会基于体模型生成合适的目标单元形状，而忽略 TSHAP 命令的选项。
为了生成一个控制(Pilot)节点，使用下面的命令或GUI路径： 命令： KMESH
GUI：main menu>preprocessor>meshing-mesh>keypoints 注意 ： KMESH 总是生成控制节点。
为了生成一个2D刚性目标单元，使用下面的命令和GUI路径。ANSYS在每条线上生成一条单一的线，在B-样条曲线上生成抛物线线段，在每条圆弧和倒角线上生成圆弧线段，参见 图5-2 。如果所有的圆弧形成一个封闭的圆，ANSYS 生成一个单一的圆，参见 图5-3 。但是，如果围成封闭圆的弧是从外部输入(如IGES)的几何实体，则ANSYS可能无法生成一个单一的圆。
命令： LMESH
GUI：main menu>preprocessor>meshing-mesh>lines
图5-2 ANSYS几何实体和相应的刚性目标单元
图5-3 从圆弧线段生成单一的圆
为了生成3D的目标单元，使用下面的命令或GUI路径。
命令： AMESH
GUI：main menu>preprocessor>-meshing-mesh>Areas
如果实体模型的表面部分形成了一个完整的球、圆柱或圆锥，那么ANSYS程序通过 AMESH 命令，自动生成一个基本3D目标单元。因为生成较少的单元，从而使用户分析计算更有效率。对任意形状的表面，应该使用 AMESH 命令来生成目标单元。在这种情况下，网格形状的质量不重要。而目标单元的形状是否能较好地模拟刚性面的表面几何形状显得更重要。
在所有可能的面上，推荐使用映射网格。如果在表面边界上没有曲率，则在网格划分时，指定那条边界分为一份。刚体TAREG169单元总是在一根线上按一个单元这样来分网，而忽略 LESIZE 命令的设置。缺省的单元形状是四边形。如果要用三角形目标单元，应用 MSHAPE ,1。 图5-4 示出任意目标面的网格布局。 下面的命令或GUI路径，将尽可能地生成一个映射网格(如果不能进行映射，它将生成自由网格)。
命令： MSHKFY ，2
GUI：main menu>preprocessor>-meshing-mesh>-Areas-Target Surf
图5-4 任意目标面的网格布局
如果目标面是平面(或接近平面)，用户可以选择低阶目标单元(3节点三角形或4节点四边形单元)。如果目标面是曲面，用户应该选择高阶目标单元(6节点三角形或8节点四边形单元)。为此在目标单元定义中设置KEYOPT(1)=1。 注意 --低阶单元致使获取穿透和间隙时CPU的开销较小；但是，分网后的面可能不够光滑。高阶单元则在获取穿透和间隙时CPU的开销较大；但是需要较少的单元就可以离散整个目标曲面。
注意 --如果通过程序分网( KMESH 、LMESH、ESURF 命令)来建立目标单元，则忽略 TSHAP 命令，而ANSYS自动选择合适的形状。
5.4.7.5.1 建模和网格划分的一些诀窍
一个目标面可能由两个或多个不连续的区域组成。用户应该尽可能地通过定义多个目标面，来使接触区域限于局部(每个目标面有一个不同的实常数号)。刚性面上的形状不限制，不要求光滑。但是，要保证刚性目标面上曲面的离散足够。过粗的网格离散可能导致收敛问题。如果刚性面有一个尖锐的凸角，求解大的滑动问题时很难获得收敛结果。为了避免这些建模问题，在实体模型上使用线或面的倒角来使尖角光滑化，或者在曲率突变的区域使用更细的网格或使用高阶单元，见 图5-5 。
图5-5 凸角的光滑化
5.4.7.5.2 检验目标面的节点号顺序(接触方向)
目标面的节点号顺序是重要的，因为它定义了接触方向。对2D接触问题，当沿着目标线从第一个节点移向第二个节点时，变形体的接触单元必须位于目标面的右边。见 图5-6 。
图5-6 正确的节点顺序
对3D接触问题，目标三角形单元号应使刚性面的外法线方向指向接触面。外法线通过右手法则来定义。
为了检查法线方向，显示单元坐标系。 命令：/ PSYMB ，ESYS，1
GUI：Utility menu>PlotCtrls>symbols
如果单元法向不指向接触面，选择该单元，反转表面法线的方向。 命令： ESURF ,,REVE
GUI：main menu>preprocossor>create>Elements>Surf to Surf 或重新定向单元的法向： 命令： ENORM
GUI：Main Menu>Preprocessor>Create>Move/Modify>Shell Normals 注意 --在目标元素(如完整的圆、圆柱、圆锥、球)上的接触，只能在这些目标元素的外表面上出现。
5.4.8 定义柔体的接触面
为了建立柔体的接触面，对于2D接触必须使用接触单元 CONFA171 或
CONFA172 接触单元；对于3D接触必须使用 CONTA173 或 CONTA174 接触单元。 程序通过组成柔体表面的接触单元来定义接触面。接触单元与下伏柔体单元有同样的几何特性。接触单元与下伏柔体单元必须处于同一阶次(低阶或高阶)，以使在边上的节点协调。高阶接触单元可以通过消除中节点而与低阶下层单元匹配。下伏单元可能是实体单元、壳单元、2D梁单元。接触面可以在壳或梁单元任何一边。下伏单元也可以是超单元。但是，轴对称调和单元不能用作下伏单元。 与目标面单元一样，用户必须定义接触面的单元类型，然后选择正确的实常数号(在每个接触对中，实常数号必须与它所对应的目标面的实常数号相同)，最后生成接触单元。 5.4.8.1 单元类型
下面简单描述四种类型的接触单元。参见《ANSYS Elements Reference》。 CONTA171：这是2D、2个节点的低阶线单元，可位于2D实体、壳或梁单
元(如 BEAM3、PLANE42 或 SHELL51)的表面。 CONTA172：这是2D、3节点的高阶抛物线形单元，可位于有中节点的2D
实体或梁单元(如 PLANE82 或 VISCO88)的表面。 CONTA173：这是3D、4节点的低阶四边形单元，可位于3D实体或壳单元
(如 SOLID45 或 SHELL181)的表面。可退化成3节点的三角形单元。
CONTA174：这是3D、8节点的高阶四边形单元，可位于有中节点的3D实
体或壳单元(如 SOLID92、SOLID95 或 SHELL93)的表面。可退化成6节点的三角形单元。 命令： ET
GUI：main menu>preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete 5.4.8.2 实常数和材料特性
在定义了单元类型之后，需要选择正确的实常数集。一个接触对中的接触面和目标面必须有相同的实常数号。每个接触对必须有不同的实常数号。 ANSYS 使用下伏单元的材料特性来计算一个合适的接触(或罚)刚度。在下层单元有用 TB 命令定义的塑性材料特性(不论激活与否)的情况下，接触的法向刚度可能按照系数100降低。ANSYS 自动为切向(滑动)刚度定义一个与 MU 和法向刚度成正比的缺省值。如果下伏单元是一个超单元，接触单元的材料必须与超单元形成时的原始结构单元相同。 5.4.8.3 生成接触单元
既可以通过直接生成法生成接触单元，也可以在下层单元的外表面上自动生成接触单元。推荐采用自动生成法，这种方法更为简单和可靠。可以通过下面三个步骤，来自动生成接触单元。
１、选择节点
选择已分网的柔体表面的节点。对每一个面，检查节点排列。如果用户确定某一部分节点永远不会接触到目标面，用户可以忽略它以便减少计算时间。然而用户必须保证设有漏掉可能会接触到目标面的节点。
命令： NSEL
GUI：Utility Menu>Select>Entities 2、生成接触单元 命令： ESURF
GUI：Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Surf to Surf
如果接触单元是附在已用实体单元划分网格的面或体上，程序会自动决定接触计算所需的外法向。如果下层单元是梁或壳单元，则必须指明哪个表面(上表面或下表面)是接触面。
命令： ESURF ,,TOP (或 BOTIOM)