abaqus第七讲：abaqus接触分析解读
abaqus接触非线性与接触分析
自接触
单个表面与它自身接触称为自接 触。在ABAQUS的二维和三维模 型中可用。
在分析过中，当表面严重变形时， 使用自接触将非常方便。对于某 些问题，在分析之前不可能确定 单个的接触区域，或者确定接触 区域是非常困难的。
把单个接触表面作为接触对定义 自接触，而不是通过两个不同的 表面定义。
SURF1 (刚体) SURF2
体（一般刚体功能）。 写用户子程序(RSURFU)定义表面 (只有ABAQUS/Standard可用)。
主/从方法和隐含假设
• 因为接触表面下面的 实体被离散化，接触 表面也必须被离散化。
接触表面分为:
主面
从面
• ABAQUS/Standard中使 用的严格的主/从接触算法。
• 从属表面的节点不能 穿透到主控表面。
最小主应力云图
例子：橡胶垫片的压缩 (选自 “Self-contact in rubber/foam components: rubber gasket,” ABAQUS例子手册1.1.17 节)
变形体与刚体的接触:
表面之间的有限滑动（大位移）。 变形组件之间的有限应变。
典型例子： 成型模拟 (刚体砧/模具、可变形组件。)
ASURF, BSURF
*SURFACE INTERACTION,
NAME=FRIC1
1.0,
接触面在垂直平面方向的厚度
*FRICTION 0.4,
*SURFACE INTERACTION的子选项，列出表面的基本属性
定义接触对
定义表面和接触属性之后，就可以 定义“接触对”。
在分析过程中，接触对指定了两个 相互接触的表面。
abaqus接触非线性和接触分析
概述
abaqus七讲：abaqus接触分析
• ABAQUS/Standard中使 用的严格的主/从接触算法。 • 从属表面的节点不能 穿透到主控表面。 • 主控表面的节点可以 穿透到从属表面。
在多数情况下，ABAQUS/Explicit使用平衡的主/从算法。
• 两次应用单纯的主-从接触算法，并平均化。在第二次施加接触 约束时，交换主/从表面。 • 使接触物体之间的侵彻达到最小化。
变形体之间的有限滑动接触 这是最一般类型的接触。
例子：螺纹连接。 • 这些问题一般包含初始的过盈配合
由于过盈精度引起的 接触压力的分布
自接触
单个表面与它自身接触称为自接 触。在ABAQUS的二维和三维模 型中可用。 在分析过中，当表面严重变形时， 使用自接触将非常方便。对于某 些问题，在分析之前不可能确定 单个的接触区域，或者确定接触 区域是非常困难的。 把单个接触表面作为接触对定义 自接触，而不是通过两个不同的 表面定义。
SURF1 (刚体) SURF2
最小主应力云图
例子：橡胶垫片的压缩 (选自 “Self-contact ts: rubber gasket,” ABAQUS例子手册1.1.17 节)
变形体与刚体的接触:
表面之间的有限滑动（大位移）。 变形组件之间的有限应变。
讲接触非线性
概述
• 简介 • 主/从方法和隐含假设 • 定义双面接触概述 • 定义面的规则 • 局部表面行为 • 接触问题中点的相对滑动 • 接触问题中调整初始节点位置
• 接触输出
• 完全约束的接触行为 • 刚体
简介
• 什么是接触?
当两个实体接触时，力通过它们的接触表面传递。 • 在某些情况下，只传递垂直接触表面的力。
定义表面接触属性
*SURFACE INTERACTION选项定义表面接触属性。
abaqus接触问题分析
abaqus接触分析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sl ave 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ABAQU S会认为两个面没有接触：*Contact Pair, interac tion="SOIL PILE SIDE CONTACT", small sliding,adjust=0.2.4、定义tie时也应该设定类似的posit ion toleran ce:*Tie, name=ShaftBo ttom, adjust=yes, positio n toleran ce=0.15、msg文件中出现zeropivot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t ie，又定义了con tact, 出现过约束。
解决方法是在选择tie或c ontact的slave surface时，将类型设为no de 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ini tial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）。
abaqus第七讲：abaqus接触分析解析
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Innovating through simulation
简介
• 什么是接触?
当两个实体接触时，力通过它们的接触表面传递。 • 在某些情况下，只传递垂直接触表面的力。
• 如果存在摩擦，沿接触表面的切向传递切向力。
• 一般目标： 确定接触面积和传递的应力。
• 两次应用单纯的主-从接触算法，并平均化。在第二次施加接触 约束时，交换主/从表面。 • 使接触物体之间的侵彻达到最小化。
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接触方向总是与主控表面垂直。
• 沿主控表面的法向检查接触条件。 • 沿主控表面的法向传递接触力。 • 沿接触表面的切向传递摩擦力。
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主/从方法和隐含假设
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• 因为接触表面下面的 实体被离散化，接触 表面也必须被离散化。 接触表面分为: 主面 从面
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定义双面接触概述
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定义接触的三个步骤：
1
定义接触表面。 定义接触对。 定义接触属性。
2
3
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赫兹接触
接触面之间的相对位移很 小。 分布表面的接触。
abaqus-接触分析的基本概念
abaqus-接触分析的基本概念在abaqus/standard分析中定义接触时，可以选择点对⾯离散⽅法(node-to-surface-dis- cre-tization)和⾯对⾯离散⽅法(surface-to-surface discretization)，⼆者有何差别?『解答』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。
1）从⾯⽹格⽐主⾯⽹格细：点对⾯离散(图16-1a)和⾯对⾯离散(图16-2a)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16-1b)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16-2b)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。
从上⾯的例⼦可以看出，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。
关于从⾯和主⾯的选择⽅法，请参见《实例详解》第5.2.2节“定义接触对”。
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。
abaqus接触问题分析
abaqus接触问题分析abaqus接触分析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=0.15、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。
abaqus接触动力学分析
部件模态综合法随着科学和生产的发展，特别是航空、航天事业的发展，越来越多的大型复杂结构被采用，这使得建模和求解都比较困难。
一方面，一个复杂结构势必引入较多的自由度，形成高维的动力学方程，使一般的计算机在内存和求解速度方面都难以胜任，更何况一般的工程问题主要关心的是较低阶的模态。
仅为了获取少数的几个模态，必须为求解高维方程付出巨大的代价也是不合适的。
另一方面，正是由于结构的庞大和复杂，一个完整的结构往往不是在同一地区生产完成的，可能一个结构的各个主要零部件不得不由不同的地区、不同的厂家生产。
而且由于试验条件的限制只能进行部件的模态实验，而无法对整体结构进行模态实验。
针对这些主要的问题，为了获得大型、复杂结构的整体模态参数，于是发展了部件模态综合法。
部件模态综合法又叫子结构耦合法。
它的基本思想是按工程观点或结构的几何轮廓，并遵循某些原则要求，把完整的结构进行人为抽象肢解成若干个子结构（或部件）；首先对子结构（或部件）进行模态分析，然后经由各种方案，把它们的主要模态信息（常为低阶主模态信息）予以保留，并借以综合完整结构的主要模态特征。
它的主要有点是，可以通过求解若干小尺寸结构的特征问题来代替直接求解大型特征值问题。
同时对各个子结构可分别使用各种适宜的数学模型和计算程序，也可以借助试验的方法来获得他们的主要模态信息。
对于自由振动方程在数学上讲就是固有（特征）值方程。
特征值方程的解不仅给出了特征值，即结构的自振频率和特征矢量——振兴或模态，而且还能使结构在动力载荷作用下的运动方程解耦，即所谓的振型分解法或叫振型叠加法。
因此，特征值问题的求解技术，对于解决结构振动问题来说吧，是非常重要的。
考虑阻尼的振型叠加法振型叠加法的定义：将结构各阶振型作为广义坐标系，求出对应于各阶振动的结构内力和位移，经叠加后确定结构总响应的方法。
振型叠加法的使用条件：∙（1）系统应该是线性的：线性材料特性，无接触条件，无非线性几何效应。
abaqus第七讲：abaqus接触分析解读
输入文件中，完整定义接 触句法的例子：
*SURFACE, NAME=ASURF SLIDER, S1 *SURFACE, NAME=BSURF BLOCK, S3 *CONTACT PAIR, INTERACTION=FRIC1 ASURF, BSURF *SURFACE INTERACTION, NAME=FRIC1 1.0, *FRICTION 0.4,
*ELEMENT, TYPE=B21, ELSET=BOTTOM 10, 1, 2 11, 2, 3 12, 3, 6 *ELEMENT, TYPE=B21, ELSET=TOP 20, 4, 5 21, 5, 6 *ELSET, ELSET=BEAMS BOTTOM, TOP
*SURFACE, NAME=SURF1 BEAMS, SPOS
ABAQUS不需要求解刚体的变形。 在参考点，最多利用六个自由度就可以模拟刚体的运动。
有三种方法，可以以几何的方式定义刚体表面：
定义解析刚体表面。 使用单元类型组合定义刚体（包括刚体单元），并将物体声明为刚 体（一般刚体功能）。 写用户子程序(RSURFU)定义表面 (只有ABAQUS/Standard可用)。
第七讲
王慎平
接触非线性
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概述
• 简介 • 主/从方法和隐含假设 • 定义双面接触概述 • 定义面的规则 • 局部表面行为 • 接触问题中点的相对滑动 • 接触问题中调整初始节点位置
• 接触输出
• 完全约束的接触行为 • 刚体
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变形体与刚体的接触:
表面之间的有限滑动（大位移）。 变形组件之间的有限应变。
典型例子： 成型模拟 (刚体砧/模具、可变形组件。)
例子：金属成型模拟
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使用刚体表面减少计算时间
对于两个相互接触的物体，如果其中一个物体比另外的物体刚硬许多， 可以将较为刚硬的物体指定为刚体；如，金属成型过程中的砧。
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• 表面定义的限制
接触表面下所有的单元必须协调。它们必须： • 维数相同（二维或三维）。 – 对于二维表面：所有单元为平面的或轴对称的（不可以两种 都有）。 • 插值阶数相同（一阶或二阶）。 • 所有单元为可变形的或所有单元为刚体（不可以两种都有）。 对于ABAQUS/Standard中的主控表面和ABAQUS/Explicit中的所有表 面，还有附加的限制： • 在不离开表面、穿过表面或通过单个点穿越表面的前提下，必须 可以跨过表面中的两个任意的点。
• 完全约束的接触行为 • 刚体
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简介
• 什么是接触?
当两个实体接触时，力通过它们的接触表面传递。 • 在某些情况下，只传递垂直接触表面的力。
• 如果存在摩擦，沿接触表面的切向传递切向力。
• 一般目标： 确定接触面积和传递的应力。
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• 接触例子-间隙接触
用节点与节点接触的方式为 点接触建模。
“Detroit Edison pipe whip experiment,” ABAQUS例子手 册2.1.2节
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赫兹接触
接触面之间的相对位移很 小。 分布表面的接触。
例子选自 “Coolant manifold cover gasketed joint,” ABAQUS 例子手册5.1.3 节
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变形体之间的有限滑动接触 这是最一般类型的接触。
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定义双面接触概述
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定义接触的三个步骤：
1
定义接触表面。 定义接触对。 定义接触属性。
2
3
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定义接触对
定义表面和接触属性之后，就可以 定义“接触对”。 在分析过程中，接触对指定了两个 相互接触的表面。 • 在ABAQUS/Standard中，第 一个表面为从属表面，第二个 表面为主控表面。 • 在ABAQUS/Explicit中，表面 的顺序一般不影响接触计算。
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• 基于节点的表面 • 与指定单元表面定义接触表面的方法不同，基于节点 的表面只包含节点。 • 基于节点的表面一般被用作从属表面。
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*CONTACT PAIR, INTERACTION=FRIC1 ASURF, BSURF
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定义面的规则
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定义面的规则
在变形体或划分网格的刚体上，使用*SURFACE, TYPE=ELEMENT 选项定义表面。 • 通过指定单元表面标识符定义表面。 • 让ABAQUS自动确定连续体单元的“自由表面”。 使用*SURFACE, TYPE=[SEGMENTS | CYLINDER | REVOLUTION] 选项和*RIGID BODY选项定义解析刚体表面。 使用*SURFACE, TYPE=NODE选项，定义可能接触的节点表面。
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定义表面
• 利用*SURFACE选项定义表面。 • 利用每个单元集的表面标识符 指定面。 • 可以用单元集的名字或单元号 指定表面。 *SURFACE, NAME=ASURF
SLIDER, S1 *SURFACE, NAME=BSURF BLOCK, S3
例子：螺纹连接。 • 这些问题一般包含初始的过盈配合
由于过盈精度引起的 接触压力的分布
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自接触
单个表面与它自身接触称为自接 触。在ABAQUS的二维和三维模 型中可用。 在分析过中，当表面严重变形时， 使用自接触将非常方便。对于某 些问题，在分析之前不可能确定 单个的接触区域，或者确定接触 区域是非常困难的。 把单个接触表面作为接触对定义 自接触，而不是通过两个不同的 表面定义。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 因为接触表面下面的 实体被离散化，接触 表面也必须被离散化。 接触表面分为: 主面 从面
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*CONTACT PAIR, INTERACTION=FRIC1 ASURF, BSURF *SURFACE INTERACTION, NAME=FRIC1 接触面在垂直平面方向的厚度 1.0, *FRICTION *SURFACE INTERACTION的子选项，列出表面的基本属性 0.4,
接触发生在单元集SLIDER的底部 (S1) 接触发生在单元集的BLOCK顶部 (S3)
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定义表面接触属性
*SURFACE INTERACTION选项定义表面接触属性。
• 定义表面行为属性，比如摩擦。 • 对于二维问题，定义接触面在垂直平面方向的厚度。
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在实体单元上定义表面
• 使用表面标识符
例子： 4-节点四面体单元 (CPE4, CAX4, 等等)
*SURFACE, NAME=EXAMPLE1 1, S4 1, S1 2, S1 2, S2 ...
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ABAQUS不需要求解刚体的变形。 在参考点，最多利用六个自由度就可以模拟刚体的运动。
有三种方法，可以以几何的方式定义刚体表面：
定义解析刚体表面。 使用单元类型组合定义刚体（包括刚体单元），并将物体声明为刚 体（一般刚体功能）。 写用户子程序(RSURFU)定义表面 (只有ABAQUS/Standard可用)。
Innovating through simulation
• 使用自动的表面定义
*SURFACE, NAME=EXAMPLE2 ELSET1, 没有面标识符
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• 在结构单元上定义表面 (壳、薄膜、 刚体、梁)
结构单元的法向表示预期的接触方向。 法向基于单元局部的节点编号。
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• 两次应用单纯的主-从接触算法，并平均化。在第二次施加接触 约束时，交换主/从表面。 • 使接触物体之间的侵彻达到最小化。
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Innovating through simulation
接触方向总是与主控表面垂直。
• 沿主控表面的法向检查接触条件。 • 沿主控表面的法向传递接触力。 • 沿接触表面的切向传递摩擦力。
• 基于节点表面的例子：
球：基于单元的 表面 线：基于节点的表面
*SURFACE, TYPE=NODE, NAME=STRINGS STRINGS, *CONTACT PAIR, INTERACTION=SMOOTH STRINGS, BALL
前面定义的表面
定义包含接触节点的表面
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• ABAQUS/Standard中使 用的严格的主/从接触算法。 • 从属表面的节点不能 穿透到主控表面。 • 主控表面的节点可以 穿透到从属表面。
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在多数情况下，ABAQUS/Explicit使用平衡的主/从算法。
输入文件中，完整定义接 触句法的例子：
*SURFACE, NAME=ASURF SLIDER, S1 *SURFACE, NAME=BSURF BLOCK, S3 *CONTACT PAIR, INTERACTION=FRIC1 ASURF, BSURF *SURFACE INTERACTION, NAME=FRIC1 1.0, *FRICTION 0.4,