Abaqus-如何处理初始过盈量？

  目录

• 初始过盈的原因

• 解决初始过盈的方法

• 无应变调整

• 在 Abaqus 中指定不同的选项

• 通用接触

• 接触对

• 检查渗透压力下的密封性能

• 结果

• 总结

在本文中，我们将解释并展示 Abaqus 处理接触面初始过盈的不同方法，以轴对称 O 形圈为例。

 图 1：O 形圈设置的横截面示例 

初始过盈的原因

在处理接触问题时，接触面可能会在分析开始时过盈干涉。出现干涉的原因可分为两种：一种是无意的干涉（由于建模失误或位置精确度不够）；另一种则是有意设置的干涉，即本来就存在过盈量的情况，如密封圈。

图2  网格干涉

在这种情况下，未变形的部件会穿透，因为实际上它们安装到位置时会变形。O 形圈就是这种情况，它会变形以适应其初始位置。在这种情况下，干涉是有意的，并且应以零件接触时存在应力和应变的方式解决。

解决初始过盈的方法

在 Abaqus 中解决初始过盈的方法主要有两种：无应变调整或过盈配合。

无应变调整

通过无应变调整，从动节点上的节点移动，从而消除了过度封闭，而不会产生应力或应变。这适用于意外重叠。节点已在第一个分析步骤的时间点 0 处移动，因此未变形的网格发生了变化。特别是对于大的重叠，这可能会导致元素扭曲。

当重叠被视为过盈配合时，将节点移动到非重叠位置时确实会产生应力和应变。这适用于预期的重叠。在第一个分析步骤的时间点 0，零件位于其最初指定的位置，并且在第一个增量或分析的第一个步骤期间解决了重叠问题。

在 Abaqus 中指定不同的选项

初始过盈是否通过无应变调整或默认过盈配合来解决，取决于是采用的通用接触还是接触对。我将展示如何设置不同的选项以及 O 形圈模型中的结果。

通用接触

使用通用接触时，默认情况下会通过无应变调整来处理小过盈。Abaqus 本身选择主曲面和从曲面，并选择一个极限值来确定什么是小过盈。大于此值的过盈量不予调整。

图 3：使用默认设置的通用接触

示例中只调整了一个节点，因为其他节点的过盈量太大。可以通过定义和指定接触初始化来更改截止值。在接触设置的“编辑交互”对话框中，可以指定初始化分配。通过单击图 4 中所示的图标，可以创建接触初始化。这里可以指定确定何时过度封闭太大以至于可以忽略的截止值。可以通过为忽略初始开口指定大于以下的非零值来关闭小间隙：

图 4：创建初始接触状态

单击“编辑交互”对话框中“初始化分配”后面的铅笔图标，将新创建的接触初始化分配给曲面对。选择所需的表面和接触初始化分配，然后按图 5 中所示的按钮创建分配。根据需要，可以对多于一组的表面执行此操作。

图 5：为一对表面分配接触初始化

在此示例中，定义了两组表面，一组用于 O 形环每一侧的接触。结果如图 6 所示。请注意，使用了粗网格。如果从器件中的多个元素与主器件重叠，则这些元素将翻过来，从而无法用于分析。如图所示，该模型没有应力和应变。

图 6：一般接触，增加了忽略超限的截止值

可以指定初始重叠应被视为使用一般接触的指定接触表面的过盈配合。这是通过接触初始化来完成的，类似于更改忽略的重叠的偏移量的方式。当对一对曲面选择“处理为过盈配合”时，包覆层将在第一步中逐渐移除，从而导致变形零件中产生应力和应变（图 7）。

图 7：通用接触，指定过盈配合

接触对

图 8：直径减小的 O 形圈

在这种情况下，可以在第一步中逐步解决过度封闭问题。这是通过在第一个分析步骤中编辑交互并单击选项：过盈配合（图 9）来完成的。在定义过盈配合时，选择第一个一般分析步骤（而不是初始步骤）作为活动步骤非常重要，否则所需的选项将呈灰色显示。

图 9：更改过盈配合设置

在“过盈配合选项”对话框中，默认设置为不允许过盈。在这种情况下，过盈将在第一个增量中得到解决。这里将使用第二个选项“从节点逐渐移除过盈量”步骤，并使用“自动收缩配合”作为移除过盈量调整。然后，Abaqus 自动确定并移除初始过度闭合，而不必指定必须移除的干扰量。

图 10：在步骤中逐渐消除过盈量

图 11：逐步解决最初的过盈问题

还可以使用“编辑交互”对话框指定应使用无应变调整来解决初始过盈问题。这必须在创建接触的步骤中完成。在“从面调整”选项卡中，默认设置为“无调整”（图 12）。

图 12：接触对的无应变调整设置

检查渗透压力下的密封性能

图 13：液体渗透压力相互作用定义

图 14：压力渗透相互作用定义

定义场输出 PPRESS。这是由于压力穿透而施加到表面的压力。这将显示施加压力的位置及其当前大小。

结果

过盈配合后的变形形状如图15所示。

图 15：过盈配合后的应变

当施加压力时，O 形圈如预期被推入角落。PPRESS 输出很好地显示了施加压力的区域。最初很难预测这一点。

图 16：PPRESS 显示对未变形（左）和变形（右）后施加压力的区域

总结

• Abaqus 可以选择以无应变的方式解决初始过盈问题或者将其视为过盈配合；
  

• 通用接触（无应变调整）和接触对（过盈配合）的默认值不同；

• 在这两种情况下，也可以指定其他选项。当处理密封件在液体压力下的密封性能时，压力穿透选项非常有用。