ABAQUS接触问题浅析

2017-06-16 by:CAE仿真在线来源:互联网

接触过程常常涉及3种非线性,即材料非线性、几何非线性和接触面非线性。ABAQUS作为强大的有限元分析软件,可以分析复杂的固体力学和结构力学系统,模拟异常庞大复杂的模型,处理高度非线性问题。对于高度非线性问题的模拟,用户仅需提供结构的几何形状、材料特性、边界条件和载荷工况等工程数据。ABAQUS能自动选择合适的载荷增量和收敛准则进行非线性分析,并在分析过程中不断调整这些数值,确保获得精确解答,用户几乎不用定义任何参数就能控制问题的数值求解过程。

ABAQUS/standard是一个通用分析模块,他能求解广泛的线性和非线性问题;ABAQUS/explicit可以进行显示动态分析,主要用于求解非线性动力学问题和准静态问题,对于处理接触条件高度非线性的准静态问题非常有效。

ABAQUS按照单元形状可分为Quad、Quad-dominated、Tri、Hex、Hex-dominate、Tet、Wedge等。Quad和Hex单元可以用较小的计算代价得到较高的计算精度,应尽可能选择这两种单元。按照节点数目和插值阶数,可以分为线性单元、二次单元以及修正的二次单元。对于接触问题应使用线性Quad或Hex单元,以及修正的二次Tri或Tet单元,而不能使用其他的二次单元。目前,很多三维实体模型比较复杂,很难直接用Hex单元进行划分。在对计算结果要求不是很高的情况下,也可使用线性Tet单元。如果要得到较高的计算结果,应选用修正的二阶Tet单元。接触面的网格划分应尽量细化。接触面上不能使用C3D20 、C3D20R 、C3D10等。

接触问题为非线性问题,如模型中存在大的位移和转动,在创建分析步时应设置几何非线性Nlgeom为on。设置临时边界条件,以保证在接触建立起来之前模型不发生刚体位移。将分析过程分为多个分析步来完成,让各个载荷分别在不同的分析步中逐渐施加到模型上,避免使接触状态发生剧烈的改变。尽管这样这样分析步骤多,但减小了收敛困难,提高了求解效率。如果初始荷载是力,当尝试过很多次之后若还不收敛,可以把它换成位移,。但为了防止刚体位移,可以增加一个反向力。

ABAQUS/explicit可以选择通用接触算法或者接触对算法来进行接触模拟。通常定义一个接触模拟只需要简单的指定所采用的接触算法和将会发生接触作用的表面。ABAQUS/explicit在求解接触等非线性问题时不需要进行迭代,而是显示的从上一个增量步的静力学状态推出动力学平衡方程的解。ABAQUS/explicit的求解过程存在大量的增量步,但由于不进行迭代,也不需要求解全体方程组,其每个增量步的计算成本很小,求解复杂非线性问题的效率很高。

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