[非线性]优化ABAQUS收敛性：接触属性调整

大部分情况下我们所讨论的非线性分析不收敛都来源于接触问题导致的不收敛。

接触这件事，建模设置上而言不外乎定义接触对、定义接触属性等等（如下图），初级选手容易轻视，不收敛的时候也不知该如何诊断，不知该如何去做有效调试。

Figure-0: 接触属性设置

实际上，接触，在仿真分析中，绝对是个看似青铜实则王者级别的难题。

有一些通用的解决办法，大家可以在帮助文件的Interaction → Contact Difficulties and Diagnostics中找到，例如初始接触状况、穿透、突然分离造成的局部不稳定等等，但是确实没有一概而论的措施，更多的情况下准确的诊断以及有效的改善还是要依靠经验的累积。

这里，有一些是笔者团队在日常工作中所积累的一些小经验，与大家分享。

P.S．基于经验累积和理解，可能会有些偏差或错误，不足之处，还请大家指正

1. ‘软’接触

参考帮助文件Interaction → Contact Property Models → MechanicalContact properties Contactpressure-overclosure relationships → using  “softened” contact relationship

在帮助文件中指出: 适用于接触面有一方或者皆是单薄软面的模拟，例如垫片、表面涂层等；在Abaqus/Standard中有时也采用’软”接触代替硬接触来解决模拟中的数值收敛性问题。

那我们的问题是，这个‘有时’是指什么时候呢？

请参考如下案例：一个简单端子的插拔力分析，其接触设置如下图:

Figure-1: 小导角特征的接触

接触属性Int-1为硬接触(hard contact)，surface to surface的离散方式。

理论上讲：面对面(surface tosurface)的离散方式能得到更准确的接触压力和接触应力结果，对主从面选择不敏感。

Figure-2: 面对面(surface to surface)离散的穿透行为

实际上：我们一般仍需保证从面网格密度较主面网格细致以保证求解效率。

面对面(surface tosurface)的离散方式可能出现从面节点穿透主面现象，不允许主面节点穿透从面。

此例中配合面有一个小的导角特征，导致主从面网格疏密程度有差异（主面小倒角的网格密度较从面密），Job-diagnostics可见明显的主面节点穿透从面，求解不收敛。

Figure-3: 不收敛的诊断

此例可增加从面网格密度来改善收敛性，但是无疑会导致过分细密的网格划分；此时可尝试通过尝试使用’软”接触来解决模拟中的数值收敛性问题。

更改hard contact为“softened” contact Exponential，求解顺利进行。

Figure-4: Hard contact vs Exponential soften contact

（注: 此例中的压力、间隙值仅供参考，需结合具体案例设置合理的压力、间隙值）

查看结果，加密网格后峰值结果114gf，不加密网格+软接触的峰值结果112gf，差异甚小；

比较二者计算时间: 不加密网格+软接触的计算时间仅仅为加密网格方案的1/5。

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