Abaqus2022新功能系列(5):边界条件和相互作用
本文摘要（由AI生成）：
本文介绍了Abaqus软件在接触模拟、分配耦合的旋转约束、固体侵蚀的内存使用、通用接触以及机械接触性能等方面的增强功能。在接触模拟方面，新功能显著减少了穿透距离，提高了仿真的精度。对于旋转约束，现在云节点的旋转自由度默认参与约束，从而增强了旋转约束的有效性。此外，针对固体侵蚀问题，新的动态内存管理方法显著减少了内存使用并缩短了模拟运行时间。在通用接触方面，Abaqus/CAE现在支持更多的表面属性和接触公式，增加了功能的覆盖范围。最后，机械接触性能也得到了增强，允许用户定义更多的几何属性和交互模型。这些增强功能将有助于提高Abaqus在复杂工程模拟中的性能和准确性。
接着Abaqus 2022新功能系列（1）、Abaqus2022新功能系列（2），Abaqus2022新功能系列(3):材料，Abaqus2022新功能系列(4):单元，继续讲解Abaqus2022新功能。
6. 边界条件
6.1 分布式节点压力荷载工况分析
现在，可以在Abaqus/Standard中定义涉及子结构的分布式节点压力荷载工况分析，以研究受非均匀压力分布影响的结构的线性响应。
新的分布式曲面荷载类型NP允许在荷载工况分析中定义应用于结构曲面上单元面的载荷。荷载类型需要事先定义由表面单元形成的粗糙的、几乎非结构性的荷载网格，并使用连接约束与原始结构相关联。这些约束将作用在基于曲面单元的曲面的节点上的力的分布，转换为作用在原始结构节点上的力的分布。可以在后续频率分析中使用由节点压力荷载的扰动计算出的关于基态的响应作为残差矢量，或将子结构生成步骤中的响应用作子结构荷载工况。
Simpack中柔体动态分析
Abaqus/Standard中的瞬态模态动态分析
Abaqus/Standard中的子结构使用分析
节点压力载荷仅适用于一般面单元类型。但是，对于绑定到曲面单元的目标结构网格上的单元类型没有限制。
现在，可以通过从输出数据库 （.sim） 文件导入字段数据来定义初始预定义字段变量。
对于顺序多物理场工作流，通常必须将结果从一个分析导入到后续分析中。现在，可以通过直接从输出数据库（.sim）文件导入结果数据来定义其他类型的初始条件。如果使用不同的网格，则字段数据将自动映射到两个网格之间。您可以使用源网格的原始配置或变形配置进行映射。
支持以下类型的初始条件：
初始激活 单元解相关变量的初始值 解相关变量的初始值 背应力或无背应力的初始硬化， 初始压力 初始温度 初始延展性和剪切损伤标准 初始塑性应变
7 相互作用
对于与 Abaqus/Standard中的通用接触关联的内部元素和节点，新的动态分配策略可在具有较大特征范围的模型中显著提高性能。图 1显示了代表各种工况的 10 个模型示例的性能改进。图 1图例中列出的第一个测试是Abaqus/Standard基准问题 s4b ，具有通用接触，其他测试是机密模型。
新的动态分配策略避免了大量非活动接触单元，并且对于在模拟期间可能变为活动状态的接触约束数量没有上限（如果未超过计算机的物理内存资源）。
与步进相关的接触激活，以及初始化和未激活可用于Abaqus/Standard中的通用接触。
各行各业的许多工况依赖于步骤的方式激活和停用接触交互。Abaqus/ Standard的通用接触允许激活和停用。以前，需要切换到接触对，以便通过模型更改功能对与步长相关的接触更改进行建模。通用接触现在为接触设置和可靠的接触求解提供了更简单的接口。
图 1显示了螺栓连接装配模型中板料的中间位置。在接触初始未激活时，板料在边界条件下移动到位。一旦就位，涉及螺栓、底板和板料的接触被激活，以在施加负载之前完成组装过程。图2显示了后续步骤中的接触压力等值线，其中在装配过程完成后施加载荷。
自动激活所有通用接触域的边到边接触，大大提高了解决方案的质量和Abaqus/Explicit 的可用性。
在之前的Abaqus版本中，边到边的接触被默认激活只有梁和桁架单元以及壳和膜的周边边缘（固体被完全排除在外）。需要手动激活输入文件中的接触边，尝试预测需要接触边的位置。在此版本中，将自动激活所有通用接触域的特征边接触。
为了说明此更改的优点，使用新旧缺省值分析了CONWEP 抛丸载荷下夹层板变形的示例问题。可以使用新的默认值激活的接触边数明显不同，如图1所示。即使两个解之间的全局位移场相似（图2），蜂窝结构的局部变形也显示了由于接触边未激活而导致的旧默认的未解析接触区域（图3）。
改进了"软"接触行为，运行非零压力和接触压力作为Abaqus/Explicit中通用接触中表面之间间隙的指数函数。
Abaqus/Explicit通用接触现在允许接触压力成为表面之间间隙的指数函数。
引入了几项增强功能，提高动态特征边条件的性能和内存消耗。
图 1显示了仿真过程中 特征边形成的示例。默认行为仅考虑原始要素边。因此，错过了对涉及在仿真过程中形成的特征边的某些接触的检测，如图1中间所示，随着特征边的演变，这种接触就解决了。
不断进化特征边方法：
具有相似的精度，并且比在整个仿真过程中考虑边到边接触的所有边（无论特征角度）相比，计算效率更高，更准确，但需要更多的计算时间和内存，而不是基于合理的特征角度标准"冻结"整个仿真的接触边列表的默认行为。这种额外的计算时间和内存以及不断发展的特征边方法在当前版本中已大大缩小。
具有2900万自由度的Venza车祸模型的运行时和内存使用比较如图2和图3所示。这些数字表明，不断发展的特征边缘方法与当前默认行为之间的差距显著缩小，仅考虑了边到边接触的周边边缘。随着接触边的变化，额外的计算时间从55%减少到21%；额外的内存使用量从 300% 减少到 19%。
改进了默认的"硬"接触行为，以减少在Abaqus/Explicit中涉及泡沫材料时的通用接触时的穿透。
Abaqus/Explicit中通用接触的默认"硬"接触，随着底层材料在压缩下变硬而变硬。当泡沫材料（如低密度泡沫和弹性泡沫）接触时，这种增强通常会减少穿透。
图 1显示了一个示例模型，其中由低密度泡沫制成的部件在位移控制载荷下与钢制成部件的压缩。"自动"接触是为整个模型定义的，具有默认的"硬"接触。图 2显示了模型的改进结果。在增强之前，会产生较大的穿透。增强后，穿透距离显著减小。增强功能之前和之后每个仿真的增量数如图2所示，并且没有显著差异。图 3显示了同一模型增强后的解决方案，但惩罚刚度增加了 10 倍。该解决方案进一步减少了穿透量，但将仿真的增量数增加了81.2%。
为了提高鲁棒性，Abaqus/Standard在默认情况下分配耦合的旋转约束中考虑了云节点的旋转自由度。
对于Abaqus/Standard，分布式耦合约束和紧固件耦合约束得到增强，使得云节点的旋转自由度默认参与旋转约束。这种增强形成了一个有意义的旋转约束，即使云节点是共线性的。以前，旋转约束是这样的，即参考节点或紧固点旋转与云节点的平均"旋转"相匹配，仅考虑云平移。云节点旋转对旋转约束的影响现在通常很小，但如果云节点近似于共线性，则影响很大。
一个简单的悬臂梁模型（图1和图2）显示了一个结果改进的示例。分布耦合约束用于规定在云节点为共线性的壳单元边处围绕x轴旋转。在增强之前，约束不能将参考节点围绕同线性轴的旋转与云节点的平均运动相关联，因此光束保持在原始配置。增强后，梁以规定的旋转位移进行刚性旋转。
针对固体侵蚀问题的新型动态内存管理方法通常可显著减少内存，并将模拟运行时间缩短 10%。
先前版本中可用于侵蚀实体的接触建模方法基于与初始暴露区域关联的外表面和使用"INTERIOR"表面标签定义的内部表面的组合。此方法仍然可用，但不再推荐。
对于侵蚀弹丸撞击侵蚀板中的示例问题，图1比较了Abaqus/Explicit各个阶段的两种建模方法的内存使用情况，以及用于对模型进行数据检查的内存使用情况的参考数据，而无需任何类型的表面侵蚀。在这三种情况下，最大内存使用量都发生在Abaqus/Explicit （XPL） 阶段。对于此问题，使用新方法的内存使用率不到以前方法的一半。图2显示了仿真中两个点的变形图。
在Abaqus/CAE 中，现在可以修改其他表面属性和接触公式，以用于一般接触域内的特定接触相互作用，从而增加Abaqus产品功能的覆盖范围。
Abaqus/CAE中提供了一些增强功能，用于定义一般接触交互。
编辑单个触点属性分配时，除了接触对的曲面之外，还可以直接选择材料。同样，可以为曲面厚度分配、曲面偏移分配和曲面要素边条件分配选择材料。
可以创建新类型的曲面属性分配。对于Abaqus/Standard，可以创建曲面梁平滑分配和曲面顶点标准分配。对于Abaqus/Explicit，可以创建挤压触发器分配和表面摩擦分配。
可以在Abaqus/Standard中为交互激活小滑动跟踪方法。
对于Abaqus/Standard中的通用接触，还可以
为曲面特性分配指定次要要素边条件，以及 在滑动时控制特定相互作用时表面到表面配方的平滑度，并控制边到边的接触配方。
对于Abaqus/Explicit中通用接触，可以
指定次要要素边条件，并以静态或动态方式应用要素边准则进行表面属性分配，以及 选择双面单元的哪些边将考虑用于节点到面或欧拉 - 拉格朗日与另一个表面的接触，以进行接触公式。
在Abaqus/CAE 中，可以定义将在表面接触相互作用中考虑的其他几何属性。
可以指定确定要跟踪的接触曲面的厚度。 可以在Abaqus/Standard分析的用户子例程UINTER中定义曲面交互模型，也可以在Abaqus/Explicit分析中的用户子例程VUINTER或VUINTERACTION中定义曲面交互模型。 对于在用户子例程中定义的曲面交互模型，可以指定状态因变量的数量和所需的属性值的数量。 在使用用户子例程UINTER的Abaqus/Standard分析中，可以使用非对称方程解过程。
更多更新，敬请期待。
