近年来,随着电子计算机的广泛应用,带动了其他各个技术领域的飞速发展。有限单元法也是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它利用电子计算机进行数值模拟分析,目前在工程技术领域中的应用十分广泛,有限元计算结果为各类工业产品设计和性能分析提供了可靠依据。ANSYS软件正是目前国际上著名的通用有限元软件之一。ANSYS用户涵盖了机械.航空航天.能源.交通运输.土木建筑.水利.电子.地矿.生物医学.教学科研等众多领域。ANSYS是这些领域进行国际国内分析设计技术交流的主要分析平台。从工程应用的角度来讲，它包括结构静力分析.结构动力分析.屈曲分析.非线性分析.以及热分析等，而ANSYS软件中的接触单元分析正是一种高度的非线性分析。接触问题由于是一种高度的非线性行为，故需要较大的计算资源。为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。在普通的有限元结构分析中，只有对结构或构件完全约束后，才能进行求解运算。因此，对于含有接触问题的几个结构体进行分析计算时，就需要对计算的结构件之间的接触表面进行简化，只能用边界力和约束来代替与其它构件的相互作用。在大多数的场合下，这种简化与实际应用情况相差很大，会带来很大的计算误差。为了消除这种计算误差，出现了有限元接触分析方法。有限元接触分析就是把有限元和接触力学理论相结合而形成的方法。而ANSYS中的接触单元分析方法就是一种有限元接触分析方法。在本文中，首先简要的阐述了本研究课题所涉及的范围，接触单元分析的理论基础及与有限单元法的关系，ANSYS中接触单元分析特点及进行接触分析时所遇到的几个常见问题。第二章以《弹性力学》理论为基础，详细地介绍了接触单元理论，导出了两个球体之间的接触压力及由此引起的应力和变形，给出了球体与平面相接触.球体与球座相接触的计算方法，同时，对于两任意弹性体接触的讨论，得到了接触面上压力分布的公式。第三章主要介绍了ANSYS中的接触单元用法，讲了有限元的基本知<WP=60>识和典型分析步骤；对ANSYS 软件进行了简单的介绍；重点阐述了在ANSYS中如何应用接触单元来分析问题，接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触，柔体─柔体的接触，在给接触问题建模时，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对应组元是一个结点。如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，ANSYS使用的接触单元有点─点接触单元.点─面接触单元.面─面接触单元，本文对这三种接触单元的分析方法和分析步骤都做了介绍。第四章详细讨论了接触问题分析在工程中的应用，给出了弹簧卡子在插入和拉出卡座全过程中应力的变化情况；对双耳铰支座进行了三种情况—采用不同的单元类型.轴采用不同直径.轴有公差和无公差的讨论，给出了接触面上的应力值；对半瓦铰支座计算了两种不同工况—受扭和受压时的接触面应力；起重机车轮与平面轨道接触应力，并给出了铰支座与轮压问题的理论设计公式，以便作为检验用ANSYS所得分析结果的一个参考。第五章根据以上所计算的工程实例，对接触单元用法作了总结，如下：1.在对弹簧卡子进行有限元接触分析时，把三维问题当作二维问题来处理，计算模型作为平面应力计算，这虽与实际上的三维模型不同但符合其实际的受力特点。在本例中又考虑了摩擦的影响，摩擦本身就使非线性分析的收敛变得困难，所以用这样的处理方法是合理的且满足精度要求。2.建立复杂的三维几何模型时，由于ANSYS软件不是一个专门的建模软件，建议对各部分零件采用专门的建模软件（Solidworks2001）建模，然后，利用两种软件的共同接口将各部分模型导入ANSYS，再将模型文件合并即可。3.几何模型的产生.单元类型的选择.网格的疏密等对计算结果都是有影响的，本文比较计算了双耳铰支座采用不同的单元类型（Solid45.Solid95）计算结果，发现在接触问题分析中，用Solid95这种单元类型所计算的结果不理想，故不建议采用Solid95这种单元类型，因为此种单元类型带有中结点，而在中结点处无法生成接触单元。4.接触区域的确定.接触面的选择对计算结果的影响非常重要，<WP=61>因为在计算之前，并不知道那些面是接触的.那些面是分开的；另外，在对两个面作接触时，应尽量保持其大小一致，如较大面与较小面接触，也会产生计算结果误差。5.在对轴有公差和无公差的计算中发现，法向接触刚度对计算结果也会产生影响。因此，需要不断地调整法向接触刚度，使计算结果更趋于合理，避免法向接触刚度过大或过小。6.本文计算了两种不同的铰支座在不同工况下的接触应力情况，所得计算结果与理论设计值接近，其误差在10%左右，这是因为在ANSYS中计算的结果，由于有几何模型的产生.单元类型的选择.网格疏密程度等因素的影响，其计算结果必然存在着一定的误差，这种误差在工程中是允许的，故而本文所得计算结果对工程实际具有一定的参考价值。7.在对车轮轮压的计算中发现，车轮受压后横截?