搜索Abaqus接觸問題技巧分析
2016-12-27 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
在Abaqus中進(jìn)行接觸分析時(shí),往往需要定義接觸對(duì),接觸對(duì)的定義直接影響計(jì)算的收斂能力與計(jì)算精度,因此,接下來簡單說明一下接觸對(duì)定義的技巧。
Abaqus/Standard的接觸對(duì)由主面(master surfer)和從面(slave surfer)構(gòu)成。在模擬過程中,接觸方向總是主面的法線方向,從面上的節(jié)點(diǎn)不會(huì)穿越主面,但主面上的節(jié)點(diǎn)可以穿越從面。在定義主面和從面時(shí)要注意以下問題:
一、主從面的定義
1.選擇剛度較大的面作為主面,此處的剛度不僅要考慮材料特性,也要考慮結(jié)構(gòu)剛度。剛體必須作為主面,從面則必須是柔體上的面(可以是施加了剛體約束的柔體)。
2.如果兩個(gè)接觸面的剛度相似,則應(yīng)選擇網(wǎng)格較粗的面為主面。
3.主從面的節(jié)點(diǎn)位置不要求一一對(duì)應(yīng),但如果有條件一一對(duì)應(yīng),則可得到更加精確的結(jié)果。
4.主面不能由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,并且必須連續(xù)。如果相對(duì)滑動(dòng)形式為有限滑移,則主面在發(fā)生接觸的部位必須是光滑的(即不能有尖角)。
5.如果接觸面在發(fā)生接觸的部位有很大的凹角與尖角,應(yīng)該將其分別定義為兩個(gè)面。
6.如果為有限滑移,則整個(gè)分析過程中,盡量不要讓從面節(jié)點(diǎn)落到主面之外,更不要落到主面的背面,否則會(huì)收斂問題。
7.一對(duì)接觸面的法線方向應(yīng)該相反,換言之,如果主面和從面在幾何位置上沒有發(fā)生重疊,則一個(gè)面的法線應(yīng)指向另一個(gè)面的那一側(cè)(對(duì)于三位實(shí)體,法向應(yīng)該指向?qū)嶓w的外側(cè))。如果法線方向錯(cuò)誤,abaqus會(huì)將其認(rèn)為是過盈量很大的接觸,因而,無法達(dá)到收斂。一般來說,對(duì)于柔性的三維實(shí)體,abaqus會(huì)自動(dòng)選擇正確的法向方向,而在使用梁單元、殼單元、膜單元,桁架單元或剛體單元來定義接觸時(shí),應(yīng)仔細(xì)指定自己需要的法向方向。
二、滑移形式:
有限滑移要求主面是光滑的,否則會(huì)出現(xiàn)收斂問題。如果主面在發(fā)生接觸的部位存在尖角或凹角,應(yīng)該在此尖角處把主面分為兩部分來分別定義。對(duì)于有單元構(gòu)成的主面,Abaqus會(huì)自動(dòng)進(jìn)行平滑處理。
對(duì)于小滑移的接觸對(duì),Abaqus/Standard在分析的開始就確定了從面節(jié)點(diǎn)與主面的關(guān)系,在整個(gè)分析過程中這種接觸關(guān)系不會(huì)再發(fā)生變化。
三、接觸面間的幾何尺寸位置和ADJUST參數(shù)
如果不做特別設(shè)置,Abaqus會(huì)直接根據(jù)模型尺寸位置來判斷從面和主面的距離,從而確定二者的接觸狀態(tài),這要求建模時(shí)模型尺寸非常精確。一般情況下,模型尺寸往往會(huì)存在誤差,所以應(yīng)該利用ADJUST參數(shù)來調(diào)整從面節(jié)點(diǎn)的初始坐標(biāo)。若果從面節(jié)點(diǎn)與主面的距離小于這個(gè)參數(shù),Abaqus將調(diào)整這些節(jié)點(diǎn)的初始坐標(biāo),使其與主面的距離為零(剛好接觸)。
四、收斂問題
在進(jìn)行接觸分析時(shí),難免的會(huì)遇到收斂問題,因此,下面主要闡述一下解決接觸分析中的收斂問題的方法。分析無法達(dá)到收斂,往往是因?yàn)槟Ｐ椭杏袉栴},例如存在剛體位移、過約束、接觸定義不當(dāng)?shù)?這時(shí)應(yīng)該查看MSG文件,然后采取相應(yīng)措施?？梢钥紤]以下方法解決收斂問題:
1.檢查接觸關(guān)系、邊界條件和約束
檢查接觸面、接觸參數(shù)和邊界條件的定義是否正確,其中包括表面的定義,SET的定義接觸類型的定義,滑移形式的定義等
2.消除剛體位移
在靜力分析中,必須對(duì)模型中所有實(shí)體都定義足夠的約束條件,以保證它們在各個(gè)平移和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度上都不會(huì)出現(xiàn)不確定的剛體位移。
3.使用綁定約束
如果某一對(duì)接觸面的接觸狀態(tài)對(duì)整個(gè)模型的影響不大,或者這一對(duì)接觸面在整個(gè)分析過程中都是始終緊密接觸的,可以考慮將它們之間的接觸關(guān)系改為綁定約束,這樣會(huì)消除剛體位移,并且大大減小計(jì)算接觸狀態(tài)所需要的迭代。
4.正確定義綁定約束和過盈接觸
如果定義了綁定約束,或使用了*CONTACT INTERFERENCE來定義過盈接觸,必須讓位置誤差限度(ADJUST)略大于主面和從面在模型中的距離,否則這兩個(gè)面之間不會(huì)建立過盈接觸或綁定約束。
5.平穩(wěn)的建立接觸關(guān)系
一般應(yīng)首先定義一個(gè)只有很小載荷的分析步,讓接觸關(guān)系平穩(wěn)的建立起來,然后在下一個(gè)分析步中再施加真實(shí)的載荷。這樣這可大大的減小收斂的困難程度。
6.細(xì)化網(wǎng)格
細(xì)化從面與主面的網(wǎng)格,過于粗糙的網(wǎng)格會(huì)使Abaqus難以確定接觸關(guān)系。
7.使用一階單元
如果接觸屬性為“硬”接觸,則不能使用六面體二次單元(C3D20和C3D20R),以及四面體二次單元(C3D10),而應(yīng)盡可能使用六面體一階單元。如果無法劃分六面體,可使用修正的四面體二次單元(C3D10M)。
8.正確定義主從面
如上接觸對(duì)的定義所述
9.避免過約束
如果節(jié)點(diǎn)在某個(gè)自由度上同時(shí)定義了兩個(gè)以上的約束,就會(huì)出現(xiàn)過約束。在檢查模型時(shí),應(yīng)該檢查邊界條件、連接單元、子模型邊界和各種約束。
10.摩擦系數(shù)
對(duì)摩擦的計(jì)算會(huì)增大收斂的難度,摩擦系數(shù)越大,就越不容易收斂。因此如果摩擦對(duì)分析結(jié)果影響不大,可直接指定摩擦系數(shù)為0。
11.解決振顫問題
主要考慮主面足夠大,保證從面節(jié)點(diǎn)不會(huì)滑出主面或落到主面的背面;使用自動(dòng)過盈接觸限度(automatic overclosure tolerance)會(huì)有助于解決振顫問題;主面應(yīng)足夠平滑。
12.減小初始時(shí)間增量步
如果模型中有塑性材料,或分析過程會(huì)發(fā)生很大的位移或局部變形,或施加載荷后會(huì)使接觸狀態(tài)發(fā)生很大的變化,則應(yīng)指定較小的初始增量步。
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