Abaqus非线性分析_接触解析01

▓ 什么是接触？

❆当两个实体接触时，力通过它们的公共表面传递；

✦在某些情况下，只传递垂直接触表面的力；

✦如果存在摩擦，沿接触表面的切向传递有限的切向力；

✦沿接触表面，摩擦力导致剪切应力；

❆一般目标是确定接触面积和传递的应力；

❆接触是严重不连续形式的非线性行为；

▓ 为什么要定义接触？

❆除非用户指定可能会接触的表面和(/或)节点，Abaqus现在还不能检测接触；

▓ 接触种类

❂_间隙接触

✦用节点与节点接触的方式为点接触建模；

❂_赫兹接触

✦接触面之间的相对位移很小；

✦分布表面的接触；

✦典型例子：轴承设计、硬垫圈、过盈配合；

✦变形体之间的大滑动接触；

✦这是最一般类型的接触，比如螺纹连接；

✦这些问题一般包含初始的过盈配合（因为锥形的螺纹），并且具有相似强度的材料之间为有限滑动；

❂_自接触

✦单个表面与它自身接触称为自接触，在Abaqus的二维和三维模型中可用；

✦在分析过中，当表面严重变形时，使用自接触将非常方便；

✦对于某些问题，在分析之前不可能确定单个的接触区域，或者确定接触区域是非常困难的；

✦把单个接触表面作为接触对定义自接触，而不是通过两个不同的表面定义；

❂_变形体与刚体的接触

✦表面之间的有限滑动(大位移)；

✦变形组件之间的有限应变；

✦典型例子：橡胶密封件、马路上的轮胎、海床底部的管道、成型模拟(刚体砧/模具、可变形组件)；

▓ Abaqus 提供了两种定义基于面的接触的方法_

❂_通用接触

✦可以定义模型全部或者一部分区域内的接触情况；

✦模型的不相连区域和接触区域的面均可计算接触；

❂_接触对

✦描述两个面间的接触，每个可能的接触对都需要定义，对于面的类型有些限制；

✦需要对接触多做定义；

❂_通用接触算法

✦此方法用于为多组件和复杂拓扑关系的模型建模，定义接触模型时更加容易；

✦接触区域可包含多个体 (刚体和变形体)，缺省区域可通过all-inclusive element-based surface自动定义；

❂_接触对算法

✦需要用户自定义各个面的接触；

✦因接触面有些限制所以有时需要更多的分析；

❂_如何选择算法？

❆通用接触和接触对的选择主要在于接触定义的简易程度和分析效率，但某些情况下, 接触对会比通用接触更适合；

✦解析刚体面 (Abaqus/Standard)

✦二维模型(Abaqus/Explicit)

✦基于节点的表面

✦小滑动

✦Rough或者Lagrange摩擦(Abaqus/Standard)

▓ Abaqus/Standard中接触对定义_

❆双面接触对

❆"点对面"是默认的约束处理方法

✦表面上的节点(从属表面)接触其它表面(主控表面)离散化的部分

✦严格的主从格式

❆面对面约束方法(比如TIE)

❂_Abaqus/Standard中使用严格的主/从计算规则_

✦从属表面的节点不能穿透到主控表面；

✦主控表面的节点可以穿透到从属表面；

✦接触方向通常是主面的法向；

_沿着主面法向检查接触状态

_法向接触力通过法向传递

_摩擦力通过接触面的切向传递

✦接触中壳厚度的考虑；

_默认的，除了finite-sliding，node-to-surface接触，Abaqus在接触计算中考虑壳的厚度；

_为了忽略壳厚度的影响，可在*CONTACT PAIR选项中使用NO THICKNESS参数；

❂_注意

✦解析面或者由刚性单元构成的面必须为主面；从面是柔性体上的面，可以是施加了刚体约束的柔体；

✦面对面接触时，两个面的结点不要求一一对应，但一一对应的话更准确且收敛性更好；

✦接触面发生接触的位置如果存在尖角或凹陷，应该定义为多个面；

✦主面不能使由结点构成的面，并且必须是连续的；

✦如果是有限滑移，主面的接触部分必须光滑；

✦有限滑移分析过程中，尽量不要让从面结点落到主面之外，否则容易出现收敛问题；

✦对于Abaqus/Standard中的主控表面和Abaqus/Explicit中的所有表面，还有附加的限制，即在不离开表面、穿过表面或通过单个点穿越表面的前提下，必须可以连接表面中的两个任意的点；

✦刚体表面必须是主面；

✦主表面法向必须一致且必须指向从面，否则将会出现收敛问题；

✦接触表面下所有的单元必须协调，它们必须_

✦维数相同(二或三维)；

_对于二维表面，所有单元为平面的或轴对称的(不可以两种都有)；

✦插值阶数相同(一或二阶)；

✦所有单元为可变形的或所有单元为刚体(不可以两种都有)；

▓ 拓展

❖Abaqus刚体建模一共有三种形式，即离散刚体、解析刚体和刚体约束_

✦无论采用何种方式进行模拟，其计算精度和效率都是接近的。但不同的刚体建模存在差异性；

❂_离散刚体(Discrete rigid)

❆刚体在几何上可以是任意的，三维、二维或轴对称模型均可

❆但需要注意以下三点_

❆画网格

✦离散刚体是需要画网格的，且接触处划分的网格要足够细；

✦重点是散刚体在划分网格时是不能使用实体单元的，所以必须在part模块中将实体转换为壳面；

✦part界面>>Shape>>Shell>>From Solid；

❆参考点

✦离散刚体需要在part模块下对刚体模型建立参考点；

✦如果刚体不涉及旋转，则参考点建在刚体上的任意一点均可；

✦若刚体涉及旋转，需要将参考点建在刚体的质心上；

✦part界面>>Tools>Reference Point_

✦注意刚体的约束都加在参考点上；

❆不用赋材料属性和截面属性

❂_解析刚体(Analytical rigid)

❆不能是任意的几何形状，必须要有光滑的轮廓线；

❆解析刚体只能通过拉伸或是旋转建立壳体刚体；

❆在不考虑温度的情况下，解析刚体的计算成本小于离散刚体；

❆画网格_解析刚体是不需要划分网格的；

❆参考点_参考点的建立同离散刚体；

❆不用赋材料属性和截面属性；

❆解析刚体只能输出和参考点相关的结果；

❂_刚体约束(Rigid Body)

❆Abaqus在lnteraction模块中提供了Rigid Body约束用于刚体性质；

❆Rigid Body约束实际上是将组装部件中某一区域运动强制约束到参考点上；

✦此参考点在建立Rigid Body约束的过程中添加的；

✦或是在Assemblv模块中添加；

❆而在整个分析过程中不改变所约束各点的相对位置；

❆所以Rigid Body约束和刚体部件的差别在于_

✦刚体部件的整个部件都是刚体；

✦Rigid Body可以是某一实体部件的某一区域，具有灵活性；

❂_有限滑移

✦两个接触面之间可以有任意的相对滑动；

❂_小滑移

✦两个接触面之间只有很小的相对滑移，滑移量仅是单元尺寸的小部分；

❂_注意

✦小滑移计算成本较低，计算开始时就确定了主从面接触区域；

✦有限滑移计算成本较高，计算中需要不断判断从面节点和主面的那一部分接触；

✦当整个过程中，接触面发生滑动不超过单元尺寸的三分之一，可用小滑移节约计算资源；

✦其他，推荐用有限滑移；