三个典型的Abaqus碰撞失效案例

4月前浏览6970

产品跌落，飞机撞击，子弹射击......这些工程问题虽然从行业方面看起来差别很大，但在CAEer看来，归根结底都是碰撞失效仿真问题，从分析设置的角度来说，十分接近，其中材料的失效定义和接触定义是关键。本文将三个小案例放在一起来对比，讲解了三种不同情况下应当如何合理定义接触。

其他具体操作设置不在本文中赘述，本文中的三个案例，均可以在技术邻或仿真秀搜索我的课程《零基础高效掌握Abaqus》案例集，查看stepbystep的操作视频。

案例1

刚性弹丸冲击板

Example1

该案例模拟了一个刚性球形弹丸高速撞击一块无限大的钢板，穿过钢板后所造成的损伤。在这个例子中，小球是一个刚性面，无需考虑它本身的变形。

这个例子，旨在帮助Abaqus用户快速了解Abaqus中碰撞分析的设置，材料失效的定义，以及无限元的设置等，这里就不详细展开了，这也是Abaqus官方帮助文档中的案例，感兴趣的，可在帮助文档中搜索Rigid projectile impacting eroding plate获得案例介绍和inp文件。也可以看我本人录制的step-by-step的操作视频以在CAE中进行设置。这里想要指出的是，这个例子中的接触定义是通过Surface to Surface来实现的，如下图所示：

其中主面是刚性弹丸外表面(surface)，从面是一个节点集（node region），该节点集需要包含所有在穿透过程中可能与小球发生接触的节点（包括内部节点），上图中粉红色的区域中所有的节点都被选中。

如果只是简单使用通用接触（General Contact）不做其他修改,或是用面面接触（Surface to Surface Contact）并将从面选择为钢板的外表面，都将导致错误的结果，如下图所示，可以看到小球和钢板内部节点并没有发生接触。

这些错误由于都发生在内部节点，有时不做剖面并不容易被发现，因此这里的接触是需要特别注意的，除了外表面，一定要将内部节点也选上。

案例2

子弹侵蚀

Example2

在这个案例中，同样模拟的是一个子弹穿透钢板，但在这个例子中，子弹较长，钢板较厚，这导致子弹的变形本身也是不可忽略的。因此，和上个例子不同的是，这里的子弹并不能被简化为一个刚性面，其内部的节点也应该参与到接触计算中。

（这个例子同样是Abaqus官方帮助文档中的案例，感兴趣的，可在帮助文档中搜索Eroding projectile impacting eroding plate 获得案例介绍和inp文件。也可看我本人录制的step-by-step的教学视频以在CAE中进行操作。）

这里的接触设置相比案例1，会略复杂，因为在CAE中操作时，如果选用面面接触（Surface to Surface contact）无法将一个节点集设置为主面。因此，在这个例子中，依旧需要采用通用接触（General Contact）, 但默认的通用接触只对外表面生效，不包含内部节点，因此需要修改inp关键字实现，具体步骤如下：

1. 创建单元集合，该单元集合须包含所有可能进入内部接触区域的单元，并对单元集合命名，例如命名为“erode”。

2.创建一个Surface，类别为基于单元类型，在视图中选择对象时可以选择某一个单元的某一个面作为一个假面（并非真正参与内部接触的面），并进行命名，例如命名为“inter_sur”

3.在interaction模块创建通用接触，通用接触中将上一步创建的内面“inter_sur”包含进去，注意，此时的内面为假面。

4. 进入Job模块，写出inp文件，并用文本编辑器将inp文件打开，通过关键字搜索，找到定义名为“inter_sur”的位置，一般为以下形式：

*Surface, type=ELEMENT, name=inter_surf

inter_surf_S3, S3

将上述关键字按照以下形式进行修改并保存：

*Surface, type=ELEMENT, name=inter_surf

erode, interior

在这个例子中，接触的设置会比案例1复杂一些，计算的结果可以看到子弹和钢板都发生了失效，而由于两者的内部节点都会参与接触计算，虽然部分单元被删除了，剩余的单元还会继续发挥侵彻作用。

案例3

产品跌落仿真

Example3

对于产品跌落仿真，例如下图中的耳机整机跌落，往往我们关心的是，产品撞击地板后导致的变形及破坏。这里的水泥地板可简化为一个刚性平面，产品不可能穿透刚性平面，因此不需要考虑内部节点的接触。加上产品内部可能会发生碰撞的部件众多，无法一一定义面面接触，所以只需要定义一个通用接触（General Contact）即可。