ABAQUS接触问题浅析(2)

主要用于求解非线性动力学问题和准静态问题。对于处理接触条件高度非线性的准静态问题非常有效。ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中均可进行接触模拟,但两者的模拟功能却有明显差异。

2　ABAQUS/Standard接触分析

ABAQUS/Standard接触算法如图1所示。它

较精确的计算结果,应选用修正的二阶Tet单元。

接触面的网格划分应尽量细化。接触面上不能使用C3D20、C3D20R、C3D10等单元。212　接触对的设定

ABAQUS/Standard使用单纯主从接触算法。

主要是利用NETON-RAPHSON方法建立的。它在每个增量部开始检查所有接触相互作用状态,

以建立从属节点是开放还是闭合

。

要求从面不能侵入到主面的任何部分,但对主面却没有任何限制,导致侵彻现象经常发生,严重影响ABAQUS的求解精度,断。面从面的网格应,选择;接触部件中如有刚,刚体表面应作为主面;对于有限滑移,从面节点在分析过程中尽量不要落在主面之外。213　接触属性

(1)模型摩擦。ABAQUS中经常使用库仑摩

擦模型、罚函数摩擦模型、Lagrange摩擦模型以及动力学摩擦模型等。罚摩擦公式允许接触表面有“弹性滑移”,适用于大多数接触问题,包括大部分金属成型问题中的应用。但是,对摩擦的计算会增大收敛的难度,摩擦系数越大就越不容易达到收敛。因此,如果摩擦对有限元计算影响不大,可以尝试摩擦系数为零。

(2)小滑移(smallsliding)与有限滑移(fi2nitesliding)。根据接触表面之间相对滑动位移的大小与单元尺寸的相对关系,ABAQUS用两个公式来描述接触面之间的滑动,即小滑移和有限滑移。

小滑移就是在两个接触面之间发生的滑动量很小。应用小滑移公式时,ABAQUS从开始时就建立了从面节点和主面节点之间的关系,在整个过程都不会改变这种相互作用关系。有限滑移则允许两个接触面之间可以有任意的相对滑动。在应用有限滑移公式时,ABAQUS需要不断的判断从面节点和主面节点的哪一部分发生了接触,计算成本比小滑移公式要高很多。

分析过程中存在的问题是很难判断接触分析问题中两个表面之间发生多大的相对滑动才算是小滑移。通常的处理方法是:主要两个接触面之间的相对滑动量不超过一个单元典型尺寸的一小部分(比如20%),就可以认为是小滑移问题,应用小滑移公式。由于小滑移没有一个统一的标准,所以在分析实际问题时应特别注意,进行仔细分析。否则,

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图1　ABAQUS/STANDARD接触算法

在ABAQUS/Standard中的接触模型或者是基于表面或者是基于接触单元。首先,必须判断模型部件上哪一对表面可能发生彼此接触,然后创建可能发生接触的接触对。最后定义控制各接触面之间相互作用的本构模型。在接触分析过程中,如要使计算收敛,需要注意多种因素,如接触面单元网格、足够的约束条件、合理的定义接触面、接触参数等。

211　接触问题单元网格

ABAQUS按照单元形状可分为Quad、Quad-dominated、Tri、Hex、Hex-dominated、Tet、Wedge等。Quad单元与Hex单元可以用较小的计

算代价得到较高的精度,应尽可能选择这两种单元。按照节点数目和差值阶数,可以分为线性单元、二次单元以及修正的二次单元。对于接触问题则应使用线性Quad或Hex单元,以及修正的二次Tri单元或Tet单元,而不能使用其他的二次单元。目前,很多三维实体模型比较复杂,很难直接

用Hex单元进行划分。在对计算结果要求不是很高的情况下,也可使用线性Tet单元。如要得到比

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