Abaqus有限元分析实例：接触分析实战

接触分析 的主要问题

在ABAQUS /CAE中进行接触分析主要包括以下建模步骤：

1、在Interaction功能模块 、Assembly功能模块或Load功能模块 中定义各个接触面；

2、在Interaction功能模块中定义接触属性：法向接触属性和切向摩擦属性；

3、在Interaction功能模块定义接触：主面、从面、滑动公式、从面位置调整、接触属性、接触面距离和接触控制等；

4、在Load功能模块定义边界条件，保证消除模型的刚体位移。

一、ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit 中的接触分析

在ABAQUS/Standard中通过定义接触面或接触单元来模拟接触问题，接触面分为以下三类：

1）由单元构成的柔体接触面或刚体接触面

2）由节点构成的接触面

3）解析刚体接触面

相互接触的两个面称为“接触对”，在一个接触对中最多只能有一个由节点构成的接触面。只有一个接触面的接触对称为“自接触 ”（self-contact）。

在ABAQUS/Explicit中模拟接触问题的方法有：

1）通用接触算法 ；2）接触对算法

二、定义接触对

接触对由主面(master surface)和从面(slave surface)构成，在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面的节点不会穿越主面，但是主面上的节点可以穿越从面。注意事项：

1）选择刚度较大的面作为主面。解析面或由刚性单元构成的面必须作为主面，从面必须是柔体上的面。

2）如果两个接触面的刚度相似，选择网格较粗的面作为主面

3）两个面的节点位置并不要求一一对应

4）主面不能是由节点构成面并且必须是连续的

5）如果接触面在发生接触的位置出现较大的尖角或凹角应将其分为两个面

6）如果是有限滑移 则在分析过程中尽量不要使从面节点落到主面以外

7）一对接触对的法线方向应该相反

三、有限滑移和小滑移

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动，滑动量的大小只是单元尺寸的一小部分

小滑移的计算代价小于有限滑移

小滑移可以用于几何非线性问题，并考虑主面的大转动或大变形。

小滑移问题的接触压强总是根据未变形时的接触面积计算，有限滑移问题的接触压强是根据变化的接触面积计算的。

四、设定接触面之间的距离或过盈量

1、根据模型的几何尺寸位置和ADJUST参数

在精确设定接触面的坐标的基础上，ABAQUS会根据模型的尺寸位置来判断主面和从面的距离从而确定接触状态。

模型的尺寸往往存在数值误差，在定义接触时设置一个位置误差限度。

2、*CONTACT INTERFERENCE定义过盈接触

使用*CONTACT INTERFERENCE类似于施加载荷，不能再initial分析步中定义，只能在后续分析步中定义。

如果定义的过盈接触没有在模型中发挥作用，原因可能如下：

1）*CONTACT INTERFERENCE不能使用ABAQUS默认的幅值曲线Ramp，而需要自定义幅值曲线，使过盈接触的幅值在整个分析步中从0到1逐渐增大

2）如果模型的两个接触面之间存在宽度为t的间隙，但是事实上他们之间应存在接触关系，则ADJUST中的位置误差限度必须小于t，否则*CONTACT INTERFERENCE中的过盈接触同样不会发挥作用

3）过盈接触参数为负值才表示过盈接触，正值表示存在间隙

五、接触属性

接触属性包括：接触面之间的法向作用和切向作用

法向作用默认为硬接触(hard contact)表示接触面之间能够传递的接触压力大小不受限制，当接触压力变为零或负值时接触面分离

切向作用常用的摩擦模型为库仑摩擦，在切应力到达临界切应力之前摩擦面不会发生相对滑动，在对话框中设置摩擦系数。

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