(6)定义接触属性 creat interaction property
(7)定义接触creat interaction,选择主面master surface,从面slave surface。刚体单元的面必
须是主面。Sliding formulation:finite sliding (有限滑移)small sliding (8)边界与荷载:load---tools---set创建参考点集合,在参考点上定义边界BC,加载,此时需
选择step 4、主要问题
1. 三类接触面:由单元构成的柔体接触面或刚体接触面,由节点构成的接触面,解析刚
体截面面,,,一个接触对(contact pair)最多只能有一个由节点构成的接触面。若只有一个接触面,称为自接触(self contact)
2. 两种算法:通用接触算法,接触对算法(需指定接触面)
3. 接触方向总是主面的法线方向,从面上的节点不会穿越主面,但主面上的节点可以穿
越从面。主面选择原则:刚度大,网格较粗,主面不能是由节点构成的面,并且必须
是连续的,如果是有限滑移(finite sliding),主面在发生接触的部位必须是光滑的(即不能有尖角)。如果接触面在发生接触的部位有很大的凹角或尖角,应该将其分别定义为两个面。如果是有限滑移(finite sliding),则在整个分析过程中,都尽量不要让从面节点落到主面之外(尤其是不要落到主面的背面),否则容易出现收敛问题。一对接触面的法线方向应该相反,如果法线方向错误,ABAQUS往往会将其理解为具有很大过
盈量的过盈接触,因而无法达到收敛。*CONTACT PAIR,INTERACTION=接触属性
从面名称,主面名称
4. 有限滑移(finite sliding)两个接触面之间可以有任意的相对滑动。这是定义接时的默
认特性。其关键词为*CONTACT PAIR,INTERCTION=<接触属性〉
〈从面名称>,<主面名称〉
Standard需不断判定从面节点和主面哪部分发生接触,要求主面是光滑的,否则不容
易收敛
5. 小滑移(small sliding)滑动量大小只是单元尺寸的一小部分
*CONTACT PAIR,INTERCTION=<接触属性〉,SMALL SLLIDING
〈从面名称>,<主面名称〉
在分析开始就确定了从面节点和主面的哪些部分发生了接触,接触关系不会改变,小滑静也可以用于儿何非线性问题(即使用.STEP.NLGEOM定义的分析步),并考虑面的大转动和大变形,更新解除力的传递路径。如果在模型中没有几何非线性,则忽略面的转动和变形,载荷的路程保持不变。
小滑移问题的接触压强根据未变形时的接触面积来计算,有限滑移则是根据变化的接
触面积来计算。
6. 不做设置,abaqus自动根据模型中主面和从面的距离判断接触状态
*CONTACT PAIR,INTERCTION=<接触属性名称〉,adjust=位移误差限度
〈从面名称>,<主面名称〉
位移误差限度:若从面节点与主面的距离小于此限度,则调整节点初始坐标,使其与
主面的距离为0
7. Contact property 两部分:接触面之间的法向作用和切向作用。对于法向作用,
ABAQUS中接触压力和间隙的默认关系是硬接触 (hard contact),其接触面之间能够传递的接触压力的大小不受限制;当接触压力变为0或负值时,两个接触面分离,并且去掉相应节点上的接触约束。另外,ABAQUS还提供了多种软接触 (soft contact),包括指数模型、表格模型、线性模型等。对于切向作用,ABAQUS中常用的摩擦模型
为库伦摩擦,默认的摩擦系数为0。切向力达到切应力之前,摩擦面之间不会相对滑动。τ =μ×P,P为法向接触压强(CPRESS)摩擦类型参见:abaqus analysis user’s manual-----22.1.4—friction behavior 接触属性定义 *surface interaction,name=接触属性名称
*friction <摩擦系数>
Cae—interaction—property—create,machanical—tangential behavior设定摩擦, machanical—normal behavior设定法向作用类型
8. 接触信息的输出:*contact print,slave=。。,master=。。,nset=。。 <结果变量名称>。
CFN:接融压力的合力 CFS:摩擦应力的合力 CAREA:接触面积
CMN:接触压力相对于原点的合力矩 CMS:摩擦应力相对于原点的合力矩
CFT:接触压力和摩擦应力的合力 CMT:接触压力和摩擦应力相对于原点的合力矩。 若未给定结果变量名称,则输出以下从面节点的变量结果于dat中 Status(接触状态),cpress(接触压强),cshear1(在局部方向1上的摩擦剪应力) copen(从面节点与主面的距离),cslip1(在局部方向1上的相对切向滑移:各增量步中滑移的总和)
CPRESS是从面上各个节点上各自的接触压强,CFN代表接触面所有节点接触力的合力。
接触面上所有节点在垂直于接触面方向上接触力的合力称为法向接触力,若接触
面是曲面,无法由CFN直接得到法向接触力,这时可以通过各个从面节点的CPRESS来计算向接触力。
法向接触力=从面节点上的CPRESS之和×从面面积/从面上的节点数 摩擦力=法向接触力×摩擦系数
9. 迭代过程问题:如果当前的时间增量步无法在规定的迭代次数内达到收敛ABAQUS
会自动减小时间步,重新开始迭代即Cutback。如果仍不能收敛,则会继续减小时间
增量步,如果达到了现定的Cutback最大次数(默认值为5次)或时间增量步长减小到所规定的最小限度(默认值为10-5)ABAQUS就会中止分析。参见Analysis User's Manual—8.3--Analysis convergence controls。
visualization module—tools—job diagnostics,可查看收敛过程的诊断信息。
从面节点有开放(open)和闭合(closure)两种接触状态。如果在一次迭代中节点的接触状态发生了变化,则称之为\严重不连续迭代\discontinuity iteration)。在MSG文件中显示了接触状态发生变化的节点数日(例如\CLOSURES,10 OPENINGS\
如果分析能够收敛,每次严重不连续迭代中CLOSURES和OPENINGS的数目会逐渐减少。当所有从面节点的接触状态都不再发生变化,就进入平衡迭代,最终达到收敛。当closures和openings数目时而减小时而增大,则可以尝试减小时间增量步;当closures和openings数目在0和1之间不断变换,意味着一个从面节点的接触状态不断在打开和闭合,所谓的振颤(chattering),这时无法通过减小时间步来达到收敛。 当closures和openings数目减小速度很慢时,达到第12次严重不连续迭代之后,abaqus会自动缩小时间步长,重新开始迭代。此时,可以改变迭代参数的设置 *controls,parameters=time incrementation ,,,,,,25,,,,,
Cae:step module---other---general solution controls---edit,specify--time
incrementation---more
若想看更详细信息,step module—output---diagnostic print
*PRINT,CONTACT=YES 10. 收敛问题解决办法:Analysis User's Manual—common difficulties associated with contact modeling in abaqus
A、 检查接触关系、边界条件和约束 打开ODB文件或者进入visualization模块,
view---ODB display options,entity display—show boundary conditions和show coupling constraints。 B、 消除刚体位移:查看ODB文件,visualization module---tools---job diagnostic,选中
highlight selection in viewport,可以显示出现numerical singularity的节点。也可以利用接触或摩擦来约束刚体位移,可以在接触对上设置微小过盈量,保证在分析一开始
就已经建立起接触关系,也可以施加临时边界条件,还可以在实体上的任意一点和地面之间定义一个软弹簧,约束刚体位移。Interaction module,special---spring/dashpots—creat,弹簧类型为connect points to ground,选节点,将degree of freedom设为出现了刚体位移的自由度,将spring stiffness设为一个较小值。设置完之后继续求解,若刚开始出现warings,后面不再出现,则ok
C、 使用绑定约束:如果某一接触对的接触状态对整个模型的影响不大,或者这一对接
触面在整个分析过程中都是始终紧密接触的,可以考虑将它们之间的接触关系改为
绑定约束,这样有助于消除刚体位移,并且大大减少计算接触状态所需要的迭代。CAE:interaction module,interaction—constraints,将type设为tie。若使用了绑定约束或者定义了过盈约束,则必须让位置误差限度略大于主面和从面在模型中的距离。 D、 平稳建立接触关系,先定义一个很小荷载的分析步,在下个分析步中加真实荷载 E、 细化网格:粗糙的网格会使ABAQUS难以确定接触状态,例如,如果在接触面的宽
度方向上只有一个单元,则常常会出现收敛问题。一般来说,如果从面上有90°的
圆角,建议在此圆角处至少划分10个单元。
F、 如果接触属性为默认的\硬\接触,则不能使用六面体二次单元(C3D20和C3D20R),以
及四面体二次单元(C3D10),而应尽可能使用六面体一阶单元。如果无法划分六面体单元网格,可以使用修正的四面体二次单元(C3D10M)
ABAQUS Analysis User's Manual--Defining contact pairs in ABAQUS/Standard。 G、 避免过约束(overconstraint):接触:从面节点会受到沿主面法线方向的约束边界条
件。连接单元(connector)子模型边界(*SUBMODEL)各种约束,例如耦合约束
(*COUPLING)、刚体约束(*RIGID BODY)、绑定约束(*TIE)、旋转周期对称约束(*TIE,CYCLIC SYMMETRY)、多点约束(*MPC)、线性方程约束(*EQUATION)等。例如,如果在节点上同时定义了绑定约束和边界条件,或者既约束了沿切向的位移,又定义了使用Lagrange摩擦或粗糙摩擦的接触关系,都会造成过约束。对于一些常见的过约束,ABAQUS会自动去除不需要的约束条件,在MSG文件中不会看到Zero Pivot(零主元)和Overconstraint Checks警告信息,可以得到正确的分析结果。如果ABAQUS在分析过程中发现了过约束,将会自动为这些节点创建一个集合WarnNodeOverconTieContact保存在ODB文件中。
ABAQUS Analysis User's Manual--Overconstraint Checks
H、 摩擦计算会增大收敛难度,若摩擦对分析结果影响不大,可令摩擦系数为0。若需
要摩擦来消除刚体位移,则不能令系数为0。应尽可能根据实际情况来定。
I、解决振颤问题:1、主面必须足够大,保证从面节点不会滑出主面或落到主面的背面。
如果无法在模型中定义足够大的主面,可以在关键词.*CONTACT PAIR中使用参数EXTENSION ZONE来扩大主面的尺寸
*CONTACT PAIR,SMALL SLIDING,EXTENSION ZONE=<扩展尺寸〉 ABAQUS Analysis User's Manual--Overconstraint Checks
2、使用自动过盈接触极限(automatic overclosure tolerance)
*CONTACT CONTROLS,MASTER=主面,SLAVE=从面,automatic tolerance
CAE:interaction module,interaction—contact controls—create,选择automatic overclosure tolerance
3、主面应足够光滑,尽盘使用解析刚性面,而不要用由单元构成的刚性面。
*SURFACE,FILLET RADIUS
对于由单元构成的刚性面,使用以下关键词
*CONTACT PAIR,SMOOTH
4、如果只有很少的从面节点和主面接触,则应细化接触面的网格或将接触属性设置为软接触
5、如果模型有较长的柔性部件,并且接触压力较小,则应将接触属性设置为软接触
接触模拟实例
1、 create part:可以在sketch中作出图形,在建立part时,删除不需要的。创建刚体部件时,需指定参考点。
2、 创建材料和属性,刚体部件不需要 3、 定义装配件
4、 划分网格:非独立实体网格划分基于部件
5、 设置分析步:每个分析步改变一个单元长度的位置,可知总共的时间增量步,取倒数就是增量步长。非线性分析中需要将Nlgeom(几何非线性)打开。 6、 定义接触面,接触属性(库伦摩擦penalty摩擦系数friction coeff),定义接触确定主从面关系以及接触属性
7、 在step module中设置输出变量
8、 在load模块中定义边界条件,事先创建集合用于定义边界和加载。 9、 提交
定义两个接触面的距离或过盈量主要有三种方法。
1)直接根据模型的尺寸位置和ADJUST参数来判断。 2)使用关键词*CONTACT INTERFERENCE
3)使用关键词*CLEARANCE。
使用*CONTACT INTERFERENCE来定义过盈接触时,要注意三个要点。
1)关键词*CONTACT PAIR中的参数ADJUST=<位置误差限度>要略大于接触面之间的宽度。
2)使用自定义的幅值曲线,使过盈接触的幅值在整个分析步中从0到1逐渐增大。 3)要把过盈量设为负值。
弹塑性分析
ABAQUS默认的塑性材料特性应用金属材料的经典塑性理论,采用Mises屈服面来定义各
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