Abaqus中接触分析问题介绍

2017-03-13  by:CAE仿真在线  来源:互联网

CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学,涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群,是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉,可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。

一、 点对面离散与面对面离散

在点对面离散方法中,从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系,每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。使用点对面离散方法时,从面节点不会穿透(penetrate)主面,但是主面节点可以穿透从面。面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件,在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象,但是穿透的程度不会很严重。

在如图l和图2所示的实例中,比较了两种情况。

a)从面网格比主面网格细:没有发生穿透,从面和主面都发生了正常的变形。

b)从面网格比主面网格粗:从面节点没有进入主面,但主面节点进入了从面,穿透现象和严重,从面和主面的变形都不正常。

a)从面网格比主面网格细:没有发生穿透,从面和主面都发生了正常的变形。

b)从面网格比主面网格粗:从面节点没有进入主面,但有少量主面节点进。

入了从面,出现了轻微的穿透现象,从面和主面的变形比较正常

1)从面网格比主面网格细:点对面离散(图1a)和面对面离散(图2)的分析结果都很好,没有发生穿透,从面和主面都发生了正常的变形。

2)从面网格比主面网格粗:点对面离散(图1b)的分析结果很差,主面节点进入了从面,穿透现象很严重,从面和主面的变形都不正常;面对面离散(图2b)的分析结果相对较好,尽管有轻微的穿透现象,从面和主面的变形仍比较正常。

从上面可以看出,在为接触面划分网格时需要慎重,无论使用点对面离散还是面对面离散,都应尽量保证从面网格不能比主面网格粗。

选用离散方法时,还应考虑以下因素。

1)一般情况下,面对面离散得到的应力和压强的结果精度要高于点对面离散。

2)面对面离散需要分析整个接触面上的接触行为,其计算代价要高于点对面离散。一般情况下,二者的计算代价相差不是很悬殊,但在以下情况中,面对面离散的计算代价将会大很多:

① 模型中的大部分区域都涉及到接触问题。

② 主面的网格比从面的网格细化很多。

③ 接触对中包含了多层壳,一个接触对中的主面是另一接触对中的从面。

3)如果从面是基于节点的(即从面类型为Node Region,而不是Surface),则不能使用面对面离散化方法。

二、有限滑动和小滑动

在ABAQU S/Standard分析中定义接触时,有两种判断接触状态的跟踪方法可供选择:

1)有限滑动。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量较大(例如,大于接触面上的单元尺寸),就应该选择有限滑动,它允许接触面之间出现任意大小的相对滑动和转动。在分析过程中,ABAQUS将会不断地判断各个从面节点与主面的哪一部分发生了接触,因此计算成本较高。

在使用有限滑动、点对面离散时,应尽量保证主面是光滑的,否则主面的法线方向会出现不连续的变化,容易出现收敛问题。在主面的拐角处应使用过渡圆弧,并在圆弧上划分足够数量的单元。

在使用点对面离散时,如果主面是变形体或离散刚体的表面,ABAQUS/Standard会自动对不光滑的主面做平滑(Smoothing)处理,默认的平滑系数为0.2。面对面离散则没有这种平滑功能,因此如果工程实际要求主面必须有尖角,使用点对面离散可能会比面对面离散更容易收敛。

2)小滑动。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量很小(例如,小于接触面上单元尺寸的20%),就可以选择小滑动。在分析开始时刻,ABAQUS就确定了各个从面节点与主面是否接触、与主面的哪个区域接触,并在整个分析过程中保持这些关系不变,因此计算成本较低。

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