Abaqus中的接触问题深度剖析

ABAQUS中一个完整的接触模拟必须包含两部分：一是接触对的定义，其中定义了分析哪些面会发生接触，采用哪种方法判断接触状态，设定主控面和从属面等内容；二是接触面上的本构关系定义。这里我们通过一个例子简单了解ABAQUS中的接触分析。

（一）接触面的法向模型

接触面之间的相互作用包含两个部分：一是接触面的法向作用，二是接触面的切向作用。ABAQUS对这两部分是分别定义的。对大部分问题来说，接触面的行为十分明确，即两物体只有在压紧状态时才能传递法向压力P,若两物体之间有间隙时不传递法向压力，这种法向行为在ABAQUS称为硬接触。这种法向行为在计算中限制了可能发生的穿透现象，但当接触条件从“开”到“闭”时，接触压力会发生剧烈的变化，有时使得接触计算很难收敛。除了硬接触外，ABAQUS还包含几种软接触，其实质是在闭合时减慢接触压力随过盈量之间的变化速度。

（二）接触面的摩擦模型

当接触面处于闭合状态(即有法向接触压力p)时，接触面可以传递切向应力，或称摩擦力。若摩擦力小于某一极限值时，ABAQUS认为接触面处于粘结状态；若摩擦力大于极限值之后，接触面开始出现相对滑动变形，称为滑移状态。为了合理地设置摩擦模型。注意以下几个问题：

A极限剪应力：

ABAQUS中默认采用Coulomb定律计算极限剪应力：。在某些情况下，接触压力可能比较大，导致极限剪应力也很大，可能超过能承受的值，此时用户可指定一个所允许的最大剪应力。

B弹性滑移变形：

在理想状况下，接触面在滑移状态之前是没有剪切变形的，但这会造成数值计算上的困难，因而ABAQUS引入了一个“弹性滑移变形”的概念，“弹性滑移变形”是指表面粘结在一起时允许发生的少量相对滑移变形。ABAQUS会根据接触面上单元的长度确定弹性滑移变形(默认为单元典型长度的0.5%，用户也可自己给定)，然后自动选择罚函数计算方法中的刚度。罚摩擦公式适用于大多数问题，其中包括大部分金属成型问题。在那些必须包括理想的粘结-滑移摩擦行为的问题中，可以使用“Lagrange”摩擦公式。

下面以一个具体例子说明ABAQUS中接触问题是如何分析计算的。

上述模型使用的是ABAQUS中的一般接触。即硬接触无摩擦。接触设置一般在初始分析步。需要设置主面和从面，主面的刚度应大于从面的刚度。上述位置误差限度的含义为：与主面的距离小于此限度的从面节点都会受到绑定约束。由于模型中存在数值误差，所以一般都应设置这样一个位置误差限度。必须让位置误差限度略大于主面和从面在模型中的距离，否则这两个面之间不会建立绑定约束。

计算结果如下图所示：

可以看出在接触区域，CPRESS值显著的区别于没有接触的位置。

由于没有定义塑性，结果是MISES应力值在接触区域过大，超过了材料的屈服极限。这里我们只是关注接触的设置及流程，所以关于塑性我们没做特殊处理在实际中，可能发生塑性的区域都要定义塑性应力应变

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