利用Abaqus模拟卡扣拉拔过程

卡扣分公扣和母扣，Abaqus帮助文档Energy computations in a contact analysis有一个类似的仿真，但是母扣是刚体（本例中的公扣母扣均为柔性体），而且接触属性的设置与常规分析的设置不同。

帮助文档中卡扣有限元模型

接触属性中的法向接触为硬接触，但是与常规设置不同，具体为什么我也无法解释。本案例共两个分析步，公扣的插入与拔出，边界条件的设置非常简单，约束母扣6个方向的自由度，公扣搭配幅值曲线施加强制位移即可，重要之处在于接触属性的设置。

切向属性

法向属性

下面介绍我做的仿真分析，总做了3个仿真，前两个为三维的实体模型，只是接触属性不同，第三个为二维模型（平面应力模型）。

先介绍三维实体模型，为减少计算量，只建立1/4的模型，公扣与母扣的材料相同为PCABS塑料，材料只需定义弹性模量，泊松比，塑性应力，塑性应变（静力学分析无需定义密度），有限元模型（透明化）如下图所示。

有限元模型（透视图）

Step模块：

共两个静力学分析步，Load分析步与Release分析步，分析时间均为1s，两个分析步的设置类似。由于有接触关系，属于非线性分析，所以应打开大变形开关，并进行常规的非线性的设置，具体设置如下图所示。场变量与历史变量的输出选项默认。有限元中有3大非线性问题，材料非线性（材料的应力应变为非线性关系），几何非线性（大变形问题），状态非线性（接触问题就是很典型的状态非线性）。本例中涉及到了材料非线性（定义了塑性）与状态非线性（公扣与母扣的接触）。

分析步的基础设置

分析步的增量步设置

Interaction模块：

三维的实体模型我总共做了两个分析，分别设置了不同的接触属性，其它的设置均相同。母扣的接触面为主面，公扣的接触面为从面，公扣的末端Coupling到中心点处，便与施加位移载荷。

面对面接触

接触控制只能在Model Database中的Contact Control中建立。

接触控制的设置

第一种接触属性的设置：切向罚摩擦，摩擦系数为0.2，法向硬接触（法向接触的设置参考的帮助文档提供案例中接触属性的设置），并添加阻尼。

切向摩擦接触

法向硬接触

接触阻尼

第二种接触属性的设置：切向罚摩擦，摩擦系数为0.1，法向接触属性与上图一样，但是没有添加阻尼。

Load模块：

公扣的末端约束6个自由度。

端部固定约束

公扣施加Z方向的对称约束。

Z方向的对称约束

公扣施加Z方向的对称约束。

X方向的对称约束

母扣在第一个分析步添加Y方向80mm的强制位移（载荷加载RP点上），第二个分析步回到初始位置（设置为0即可回到原位置，无需添加负方向的位移，如果在第二个分析步设置Y方向的位移为-80，那么母扣的位移为160mm），静力学分析施加位移载荷时无需定义幅值曲线（如果不定义幅值曲线，那么曲线默认是线性增长的），而动力学分析施加位移载荷必须定义幅值曲线，即使施加的载荷是线性增加，也需定义曲线。

卡扣Load分析步载荷

卡扣Release分析步载荷

网格还是尽量划分六面体网格，Abaqus默认是划分六面体网格，但是有的模型结构不规则，不能够直接划分，需要将模型切分。如果模型是橙色，则不能够划分六面体网格；黄色，可以划分扫略网格（本例中的公扣与母扣均用扫略的方法划分网格）；绿色（最理想的状态），可以划分结构网格。如果想要划分四面体网格（把下图中的Element Shape设置为Tet，Hex是划分六面体网格，Hex-dominated表示以六面体网格为主），本例不需要切分模型，但是需要重新设置划分的网格类型。网格属性的设置默认。