基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析
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。
基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析
基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析热冲压成形是一种将金属板材通过加热和冲压工艺加工成复杂形状的方法，广泛应用于汽车和航空航天等制造行业。
在热冲压成形过程中，接触问题是一个关键的研究内容，涉及到材料的热力耦合以及变形和变质等复杂的物理现象。
ABAQUS软件是一种基于有限元方法的强大工程仿真软件，可以用于模拟和分析热冲压成形过程中的接触问题。
下面将通过一个具体的案例来介绍基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析方法。
假设我们要研究一块厚度为2mm的铝合金板材在500摄氏度的高温下进行冲压成形的过程。
我们需要将材料的热传导特性建立为一个热传导模型。
通过测量材料的热导率和比热容等参数，并结合热传导方程，可以在ABAQUS软件中建立一个热传导模型。
接下来，我们需要在ABAQUS软件中建立一个模拟板坯和模具的几何模型。
可以通过CAD软件绘制二维或三维的几何模型，并将几何模型导入ABAQUS软件。
在导入几何模型之后，还需要定义材料的力学性能，如材料的弹性模量、屈服强度和硬化指数等。
然后，我们需要定义模拟的边界条件和加载情况。
在热冲压成形过程中，板坯可能会与模具接触，并受到一定的冲压力和温度加载。
我们可以在ABAQUS软件中定义加载的方式和大小，并将其应用于模具和板坯的接触面。
在此基础上，还可以定义接触面的摩擦系数和热接触阻抗等参数。
我们可以通过ABAQUS软件对热冲压成形过程进行仿真分析。
通过求解热传导方程和力学方程，可以得到在不同时间步长下的温度场和应力场分布。
并且，可以通过ABAQUS软件提供的后处理工具将结果可视化，并进行数据分析和对比。
通过上述的分析方法，我们可以在ABAQUS软件中对热冲压成形接触问题进行分析，并得到温度场和应力场等关键参数的分布情况。
这些分析结果可以为热冲压成形工艺的优化和性能预测提供依据，从而提高产品质量和生产效率。
基于ABAQUS的螺栓过盈装配受力分析
MECHANICAL ENGINEER
基于ABAQUS的螺栓过盈装配受力分析
王高平， 石政， 吴明丽， 魏鸣 (武汉工程大学机电工程学院，武 汉 430205)
摘 要 ：螺栓的受力分析是个很复杂的非线性问题，如何准确分析螺栓各处受力情况从而预防螺栓失效是个重要的热点
课题。采用ABAQUS软件设置螺栓干涉量和预紧力，对螺栓进行过盈装配仿真分析，得到了螺栓各节点处的接触应力分布
(School ofElectromechanical Engineering, Wuhan Institute ofTechnology, Wuhan 430205, China)
Abstract: The stress analysis of the bolts is very complex nonlinear problem. How to accurately analyze the force
concentrated, and the stress concentration can be decreased by setting up the chamfer in the bolt head.
Keywords: screw;ABAQUS;chamfer;stress concentration
then the distribution diagram of the contact stress of the nodes of the bolts is obtained. Furthermore, the influence of
these two factors, i.e., chamfer modes and chamfer length on the stress concentration of the bolt section is discussed,
abaqus第七讲：abaqus接触分析ppt课件
王慎平 北京怡格明思软件技术有限公司
北京怡格明思工程技术有限公司
整理ppt
1
Innovating through simulation
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
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 in rubber/foam components: rubber gasket,” ABAQUS例子手册1.1.17 节)
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Innovating through simulation
• 解析刚体表面
所有的刚体表面将被作为主控表面；刚体表面的自由度与刚体的参 考节点相关联，而不是表面上的点。
使用*SURFACE选项，有三种可用的解析表面： • 使用TYPE=SEGMENTS定义二维刚体表面。 • 使用TYPE=CYLINDER定义三维刚体表面，在垂直于平面方向 无限延伸。 • 使用TYPE=REVOLUTION定义旋转的三维表面。
*SURFACE, NAME=ASURF SLIDER, S1 *SURFACE, NAME=BSURF BLOCK, S3 *CONTACT PAIR,
INTERACTION=FRIC1 ASURF, BSURF *SURFACE INTERACTION,
ABAQUS接触分析
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有限元接触分析的基本概念
ABAQUS有限元接触分析的基本概念来源：机械工业出版社《ABAQUS有限元分析常见问题解答》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。
《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。
《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。
16.1.1 点对面离散与面对面离散【常见问题16-1】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。
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。
基于有限元法的过盈配合接触特性分析
参考文献(5条)
1.魏延刚 轴毂过盈联接的应力分析和接触边缘效应[期刊论文]-机械设计 2004(1)
４ 结束语 （１）沿过盈配合的长度方向，接触压力和摩擦
应力分布呈端部大，中间小的趋势．接触压力的大小 主要与过盈量有关，工作载荷对其影响很小；工作载 荷对摩擦应力影响较大；
（２）随着过盈量的增大，过盈配合两端的接触 压力增长较快，所以需要在孔两端倒角，以避免其首 先达到屈服；
（３）摩擦应力随Ｔ作载荷的变化呈线性变化． 因此最小过盈量的设计应随工作载荷的线性增加而 线性增大；
图3网格模型为得到过盈?工作载荷和摩擦系数对过盈接触状态的影响针对4种过盈?3个工况及3种摩擦系数分别进?了有限元计算取单元解进?分析grouptechnologyproductionmodernizationv0126no42009?5?万方数据得到接触压?和摩擦应?的分布规?3计算结果分析31过盈?对接触的影响图4中曲线为接触压?沿轴向的分布情况过盈配合两端的接触压?较大中间的较小
过盈配合由于结构简单，承载能力大，具有好的 对中性，特别是在经常出现冲击载荷的情况下能呵 靠地工作，因而在风力发电齿轮箱中得到广泛的应 用．由于风力发电机组安装在高山、荒野、海滩、海岛 等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及 强阵风的冲击，对过盈连接的可靠性提出了更高 要求．
轴孔间利用过盈配合形成压力产生的摩擦力来 传递扭矩．轴孑Ｌ过盈连接的失效包括连接件强度不 够引起的塑性变形或断裂和接触面发生相对滑动 （打滑）．关于连接件强度的研究，魏延刚利用有限元 法得出了轴和轮毂均为弹性时过盈配合的应力边缘 效应［１］，Ｇａｍｅｒｌ和Ｏｒｃａｎ在假设轴为弹性轮毂为弹 塑性的基础上建立理论计算模型∽］；关于轴孔过盈 配合滑动的研究，廖爱华、张洪武利用有限元参数二 次规划法得出了接触压力的分布规律∞］．但轴孑Ｌ过 盈配合是有摩擦的接触问题，接触面能否产生滑动
abaqus两个面之间的接触间隙
abaqus两个面之间的接触间隙Abaqus是一款强大的有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域。
在实际工程应用中，经常需要对接触问题进行分析和计算，而接触间隙是一个重要的参数。
本文将从Abaqus中的接触分析入手，介绍如何计算两个面之间的接触间隙。
一、接触分析接触分析是指在有限元分析中考虑两个或多个物体之间的接触行为。
在实际工程应用中，接触分析是非常重要的，例如在机械设计中，需要考虑零件之间的接触问题，以保证机械系统的正常运转；在土工工程中，需要考虑地基和地下水之间的接触问题，以评估土体的稳定性。
在Abaqus中，接触分析可以通过接触单元来实现。
接触单元是一种特殊的有限元单元，用于模拟两个或多个物体之间的接触行为。
常见的接触单元包括TIE、CONTAC、SURFACE TO SURFACE等。
在接触分析中，需要定义接触面和接触参数。
接触面是指两个物体之间接触的表面，接触参数是指接触行为的一些物理参数，例如摩擦系数、弹性模量等。
二、接触间隙接触间隙是指两个接触面之间的距离，也可以理解为两个物体之间的间隔距离。
在实际工程应用中，接触间隙是一个非常重要的参数。
例如在机械设计中，如果两个零件之间的接触间隙过大，会导致机械系统的运转不稳定；如果接触间隙过小，会导致零件之间的摩擦力过大，从而加速零件的磨损和损坏。
在Abaqus中，可以通过输出接触力和位移来计算接触间隙。
接触力是指两个接触面之间的作用力，可以通过接触分析计算得到；位移是指两个接触面之间的相对位移，也可以通过接触分析计算得到。
接触间隙可以通过位移来计算，即两个接触面之间的距离等于初始距离减去相对位移。
三、计算接触间隙的方法在Abaqus中，可以通过Python脚本来计算接触间隙。
Python 脚本是Abaqus的一个重要特性，可以通过编写脚本来实现自动化计算和数据处理。
下面介绍一种计算接触间隙的Python脚本。
1. 定义接触面和接触参数在进行接触分析之前，需要定义接触面和接触参数。
abaqus接触分析
abaqus接触分析abaqus—接触分析(转)已有 264 次阅读2010-8-24 19:39 |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。
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基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析
如下图所示，将轴缓缓压入轴毂中，轴和毂之间在径向有8mm的过盈量，
轴毂固定，两者的材料均为钢，弹性模量为2.06E11Pa，泊松比为0.3，摩擦系数
为0.2。分析装配过程中轴和轴毂的应力应变情况。
问题分析
（1） 本题主要分析装配过程中结构的静态响应，所以分析步选择通用静态分析
步。
（2） 本题由于为过盈配合，属于大变形，故应考虑几何非线性的影响。
（3） 模型具有轴对称性，所以可以采取轴对称模型来进行分析，这样可以节省
计算时间。
（4） 为了方便收敛，分析步可以分成两步，第一步建立两者间的接触关系，第
二步完成过盈装配。
（5） 接触面之间有很大的相对滑动，所以模型要使用有限滑移（Finite sliding）。
ABAQUS/CAE分析过程如下：
（1） 进入Part模块，创建Name为Axis的部件
在草图环境中输入（0,0），（0.1,0），（0.1,0.12），（0.13,0.12），（0.13,0.28），
（0,0.28），（0,0）同时为轴部件端部切割出一78度角的倒角
同样再创造一Name为Hub的部件，设置与Axis一样，在草图环境中输入
利用Rectangle工具创建一矩形，两角点为（0.09992,0）和（0.19992，-0.12）
（2） 进入property模块，定义材料属性
并将定义的材料属性赋予给Axis和Hub
（3） 进入Assembly模块，创建两者间的装配关系
（4） 进入step模块
定义名为Make-Contact和Press-Axis-Down的两个分析步，，将Nlgeom设置
为on，详细信息如下：
（5） 进入Interaction模块
首先定义名为Fric02的接触属性
然后定义名为Axis-Hub的接触关系
（6） 返回到Step模块，在“Output”中定义History output（名为：H-Output-2）
和DOF Monitor，具体信息如下所示：
（7） 进入Load模块
依次定义名为Hub-Bot（类型为：Dispalcement/Ratation，约束U2和UR3）、
Hub-Right（类型为：Dispalcement/Ratation，约束U1）、Axis-Left（类型为：
Dispalcement/Ratation，约束U1和UR3）的边界条件，分析步均为Initial
然后再创建名为Axis-Down-5mm的边界条件，分析步为Make-Contact，类
型为Dispalcement/Ratation，在U2中输入-0.005；类似的，再新建名为
Press-Axis-Down的边界条件，分析步为Press-Axis-Down，在U2中输入-0.12。
同时，将Axis-Down-5mm在分析步Press-Axis-Down下的Propagated变为
Inactive。
如下图所示：
（8） 进入mesh模块
Axis和Hub的网格划分是相同的，参数和操作方法完全一样。先执行
Seed—Edge by Size命令，在提示区输入0.005，同时在Constraints中选择Do not
allow the number of elements to change。然后赋予单元类型，单元类型选择如下所
示：
（9） 进入Job模块，Submit结果如下所示：
（10） 进入visualization模块，观察运行结果
1）分析步刚开始时Mises应力图如下所示：
2）分析步中间某时刻，Mises应力图如下所示：
3）分析步最后的Mises应力图如下所示：
4）Hisory Output中CAREA（接触面积变化曲线）输出如下：
5）Field Output中，Mises值、U（Magnitude、U1、U2）输出如下所示：
6）过盈接触中各节点Lables如下所示：
（11） 结果分析
1. 由Mises应力图可知，在轴压入轴毂的过程中，轴上的最大应力值发生的位
置为轴端以及轴与轴毂端面接触的位置，轴毂的最大应力出现在轴进入端。
2. 由接触面积变化曲线知，在1s以前他们的接触为零；1s到2s过程中，接触
面积不断加大，且成线性增加，最终达到0.08左右。因为第一个分析步中，
只是定义了两者的接触关系，所以接触面积为0，第二个分析步才开始进行
过盈接触。以轴毂内圈面积进行检验，20.09920.120.0753S，考虑
到轴端倒角的影响，基本与实际符合，说明模拟有效。
3. 由场变量输出可知，装配过程中的最大Mises应力为401.753Mpa，最大应变
为0.0569724，径向最大应变0.0568431，均出现在2号节点处。这一点可通
过过盈接触中各节点Lables选项卡看出。
在实际的结构设计中，综合上边的应力值及应力分布可知，一般要在端部布置一
定长度的倒角或间隙到过盈配合的过渡段。
4.