ABAQUS接触问题分析

2017-03-17 by:CAE仿真在线来源:互联网

ABAQUS接触问题分析

1、塑性材料和接触面上都不能用C3D20R和C3D20单元,这可能是你收敛问题的主要原因。如果需要得到应力,可以使用C3D8I (在所关心的部位要让单元角度尽量接近90度),如果只关心应变和位移,可以使用C3D8R, 几何形状复杂时,可以使用C3D10M。

2、接触对中的slave surface应该是材料较软,网格较细的面。

3、接触面之间有微小的距离,定义接触时要设定“Adjust=位置误差限度”,此误差限度要大于接触面之间的距离,否则ABAQUS会认为两个面没有接触:*Contact Pair, interaction="SOIL PILE SIDE CONTACT", small sliding, adjust=0.2.

4、定义tie时也应该设定类似的position tolerance:

*Tie, name=ShaftBottom, adjust=yes, position tolerance=0.1

5、 msg文件中出现zero pivot说明ABAQUS无法自动解决过约束问题,例如在桩底部的最外一圈节点上即定义了tie,又定义了contact, 出现过约束。解决方法是在选择tie或contact的slave surface时,将类型设为node region, 然后选择区域时不要包含这一圈节点(我附上的文件中没有做这样的修改)。

6、接触定义在哪个分析步取决于你模型的实际物理背景,如果从一开始两个面就是相接触的,就定义在initial或你的第一个分析步中;如果是后来才开始接触的,就定义在后面的分析步中。边界条件也是这样。

7、我在前面上传的文件里用*CONTROL设了允许的迭代次数18,意思是18次迭代不收敛时,才减小时间增量步(ABAQUS默认的值是12)。一般情况下不必设置此参数,如果在msg文件中看到opening和closure的数目不断减小(即迭代的趋势是收敛的),但12次迭代仍不足以完全达到收敛,就可以用*CONTROL来增大允许的迭代次数。

8、桩头掉在了地表下,说明接触定义得不正确。可能接触面的距离还是大于*contact pair 中的adjust=0.02, 可改为adjust=0.2

9、原则上,90度的圆弧应该划分10个单元,适当少一些可能也行。
*contact pair中的adjust=0.005,还是太小,在后处理时可以看到,接触面之间的距离大于0.005。把adjust设置大一些没关系,比如adjust=0.1。

10、 网格不好也可能产生过约束问题,不要只考虑边界条件啊! NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODE 15294 D.O.F. 2 RATIO =2.48305E+11", 说明NODE 15294 所在的实体在方向2上出现无限大的刚体位移。可以在此实体上的任意一点和地面之间定义一个很软的弹簧,以消除刚体位移。方法是:interaction模块,菜单special / springs-dashpots / create, 选connect points to ground, 选节点,Degree of freedom 设为出现了刚体位移的自由度,spring stiffness为一个较小的值(太小则不足以消除刚体位移,太大则会影响变形如果多个方向上出现了刚体位移,就要分别在相应的方向上各定义一个弹簧。spring 所在的节点在弹簧方向的位移乘以spring stiffness,就是弹簧所分担的载荷,它应该远远小于在此方向上的外载荷。如果模型位移很小,我常常把spring stiffness设为1.

11、ABAQUS/Standard中对于主从面选择的硬性规定:

解析刚性面必须是主面
节点面(node-based surface)只能是从面,也只能用在点面接触中
从面必须位于可变形体上或者可变形的刚体上
主面和从面都不能纯粹的刚性面,除非刚性面可变形

12、一般性要求

主从面的选择对于点面接触非常重要,对于同等网格密度的面面接触也非常重要,总的来说在点面接触中要更加慎重,影响更大。

(1)小面为从面;

(2)相同刚度(不要仅从弹性模量角度,要从刚度角度,比如大E的壳比小E的块要软)的选择单元粗的作为主面;

(3)刚度和网格密度都差不多,面对选择不太明确。

主从面的选择对结果的影响,点面接触大于面面接触;但是如果两个面对网格一样粗,面的选择对面面接触影响较大(如果从面比主面粗,计算量非常大)

结论:尽量保证主面a刚度大,b网格粗,c面积大,如果这三个因素之间有矛盾,比如刚度与面积之间有冲突,优先大刚度,刚度与网格粗有矛盾优先大刚度,粗网格、面积小时,把该面选作从面,这样的计算量只与从面片的个数成正比,计算量小。总之,a刚度大,其次b网格粗,再次保证c面积大。

13、面面接触对:不要群对群,而要面对面
在abaqus中,接触对一定要逐个逐个地建立,而不要一群一群地建立接触对,比如模型中存在5处接触,则应该建立五个master-slave接触对,而不应该将5处master面建立成一个主面,5处slave面建立一个从面,这样做的话几乎不能收敛,这一点在接触较多的实例中特别重要。

14、了解Discretization method: surface-to-surface node-to-surface
这一点也非常重要,不同的离散方法各有优缺点,他们的比较见该链接hi.baidu.com/zhjiaqing/blog/item/4f74f4d835e9c33032fa1c38.html

15、合理确定主从面并考虑网格影响
记住一条:主面尽量保证刚硬,尽量保证网格较粗。

16、摩擦力的调整比较重要。(太小不易收敛)
很多情况下需要通过摩擦力来消除刚体位移,这是摩擦系数如果设的太小的话会出现不收敛的情况,这是可以适当增加摩擦系数。

17、简化模型,效果奇特。(删除不必要的细节)
千里之堤毁于蚁穴。模型中不必要的细节有时对于总体网格质量有较大影响,为何不舍小取大删除这些细节,不要为不必要的细节降低了整体网格和计算质量

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