Abaqus 中的接触稳定——您何时应该使用，何时可以相信您的结果？

        如果我们正在模拟开始时分离的组件之间的接触，或者接触难以准确定位，那么刚体运动可能会成为真正的痛苦。那是因为有刚体运动的地方，永远不会有静态平衡。

        幸运的是，Abaqus可以帮助解决这个烦人的问题——接触稳定。在这篇文章中，我们将真正解释什么是接触稳定化以及何时应该使用它。我们还将准确地告诉您何时不应该使用它，或者更确切地说，何时不应该相信您的结果。

什么是接触稳定？

如果我们查看 Abaqus 手册，我们会发现接触稳定的定义非常简洁：

        通过应用它，我们有效地应用了阻碍刚体运动力，从而使 Abaqus 能够找到没有静态平衡的解决方案。可以把它想象成把我们的接触对放在一种非常粘稠的液体中，比如蜂蜜或糖浆，这会限制接触对的相对运动，直到它们相遇。

        阻尼力是根据接触对之间的间隙自动计算的，并且只有在接触表面之间的距离小于特征表面尺寸时才会激活。随着步骤的进行并且（理想情况下）接触开始通过压力和摩擦自行限制运动，接触稳定性线性下降到零。正如您可能想象的那样，这意味着步骤结束时的结果（通常）是有效的。但是，必须注意不要盲目相信使用接触稳定产生的结果。

什么时候应该使用它？

        毫无疑问，有时，您只需要使用接触稳定来使模型收敛，但大多数 FEA 软件开发人员会告诉您，这确实应该被视为最后的手段。强烈建议您首先尝试通过稳健的建模技术（例如修改几何、施加边界条件等）来阻碍刚体运动。换句话说，接触稳定化并不是修复不良模型的创可贴。它也不是为了模拟一般的刚体动力学。

        由于接触稳定的性质，直到分析步结束时，结果才真正有效，此时所有阻尼能量都已降至零并且静态平衡仅由模型预期的接触力维持 。

不过要小心…

        查看我们最近在 4 点弯曲试样上测试接触稳定性时这个示例。该模型是一个长 100 毫米、宽 10 毫米、高 3 毫米的钢试样。滚轮是刚体，直径为 10 毫米。材料应力-塑性应变曲线如下所示，可以合理地代表低碳钢。

        从下图中可以看出，在这个问题中加入接触稳定对分析早期的结果有显著的影响。如果我们不知道我们在寻找什么，或者如果结果被盲目信任而很少关注，这可能会导致组件强度的高估。正如我们所看到的，线开始收敛，并且解决方案在步骤结束时预测相同的力 - 一旦所有阻尼能量都被移除。

        这不能完全代表您每次使用接触稳定时会看到的行为，而是粗略的警告。 想象一下，你的客户或老板问你这个杆在四点弯曲时的极限强度是多少，你告诉他们 376N……当物理测试返回不到这个值的一半时，你可能会遇到大 麻烦。

最后的想法

        接触稳定是 FEA 分析师武器库中非常重要的武器，但必须谨慎使用。如果刚体运动在分析步骤的早期会成为一个问题，但预计会在最后得到解决，那么绝对有必要使用接触稳定。但是，请记住，正如我们在 4 点弯曲测试示例中看到的那样，除了分析步最后之外的任何点的结果都可能不可靠，至少应该在报告之前仔细检查。