深入Abaqus侵切分析模拟技术

侵切分析的难点在于炮弹与金属板均为柔性体，在建立接触关系时，不仅需要考虑两个物体的表面，还要考虑两个零件的内部接触关系（Ls-dyna求解器有一种接触类型就是Eroding Contact）。如果把炮弹当成刚体，接触关系可以使用面面接触（Surface to Surface Contact），主平面为炮弹的表面，从节点（从面使用节点node region）为金属板的表面及其内部。

Part，property，assembly模块的建模省略，帮助文档中有。上面的零件为炮弹，下面的零件为金属板，为了减少计算量，只建立一半的模型。

   有限元模型
 

两个零件的材料相同（Steel钢材），定义了密度，弹塑性（塑性参数中增加了应变率），柔性损伤以及剪切损伤（因为侵切分析涉及到材料的失效，一般使用Explicit显示动力学分析）损伤演化用的是能量。

   材料属性
 

Step模块：

使用Explicit显式动力学，分析时长为6e-6s，场变量与历史输出变量默认，但是场变量输出中要勾选STATUS，否则后处理中不会出现材料失效（单元删除）的效果。

   场变量输出设置
 

Interaction模块：

接触关系使用的是通用接触（general contact），接触属性为法向硬接触（hard contact），切向无摩擦（Frictionless）。

错误的接触关系：通用接触的设置为默认设置，接触面只是两个零件的表面，零件内部没有参与接触。

   错误的接触关系设置
 

正确的接触关系：先建立一个接触面（基于网格建立接触面，包括两个零件内部与外部网格的接触面）。

建立接触面时要先选择框选设置，目标是选择两个零件的表面以及零件的内部。框选时默认只会选择外表面，图标为

   Select From Exterior Entities
 

所以切换（鼠标左键按住图标，第一个就是）为选择全部（All Entities），图标为

   Select From All Entities
 

直接框选即可，选择面的方向时，选择上下两个方向（Both Side）

建立接触关系时，还选择通用接触，但是设置与上面不同，有点类似自接触。

   自己设置接触对
 

点击右侧的那个铅笔，自己建立接触对（要先利用工具栏Tools中Surface功能建立面），如果想删掉接触对点一下橡皮擦就可以了。

   通用接触的接触对设置
 

Load模块：

金属板的外表面约束3个方向的平动自由度，两个零件都施加Y方向的对称约束（因为只建立了1/2的模型），炮弹施加2000m/s的初速度（通过预定义场定义），预定义场中定义的速度只是初速度，有阻力存在或撞击物体时，速度会降低（可以在后处理中提取炮弹的速度）。而Load模块定义的速度，在默认情况下会保持一个定值（在整个分析过程中，速度的数值不会发生改变），可通过定义幅值曲线改变速度的形式。

   炮弹初速度
 

后处理曲线中提取的炮弹在Z向的速度情况，可以看出速度是在逐渐减小的。

   炮弹Z向速度曲线
 

Mesh模块：

使用帮助文档默认的设置，单元类型为C3D8R缩减积分单元，一阶单元（Second order accuracy二阶单元精度为No），Distortion Control（扭曲控制，这个我很少用，网格质量控制可以用ALE方法），沙漏控制（Hourglass Control）为增强（Enhanced），单元删除（Element deletion）理论上应该选择Yes，Conversion to particles（是否转化为粒子，SPH方法使用，默认即可），剩下的设置我也不太懂了。

   网格控制
 

后处理云图：

错误的接触设置：从云图中可以看出，金属板与炮弹的内部没有全部参与接触，发生了很明显的穿透现象。

   错误的接触设置
 

正确的接触设置：金属板与炮弹的内部都参与了接触，并且出现了很明显的材料失效（网格删除）的现象。

   正确的接触设置

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