ABAQUS接觸問題淺析

2017-06-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

接觸過程常常涉及3種非線性,即材料非線性、幾何非線性和接觸面非線性。ABAQUS作為強大的有限元分析軟件,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng),模擬異常龐大復(fù)雜的模型,處理高度非線性問題。對于高度非線性問題的模擬,用戶僅需提供結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料特性、邊界條件和載荷工況等工程數(shù)據(jù)。ABAQUS能自動選擇合適的載荷增量和收斂準(zhǔn)則進(jìn)行非線性分析,并在分析過程中不斷調(diào)整這些數(shù)值,確保獲得精確解答,用戶幾乎不用定義任何參數(shù)就能控制問題的數(shù)值求解過程。

ABAQUS/standard是一個通用分析模塊,他能求解廣泛的線性和非線性問題;ABAQUS/explicit可以進(jìn)行顯示動態(tài)分析,主要用于求解非線性動力學(xué)問題和準(zhǔn)靜態(tài)問題,對于處理接觸條件高度非線性的準(zhǔn)靜態(tài)問題非常有效。

ABAQUS按照單元形狀可分為Quad、Quad-dominated、Tri、Hex、Hex-dominate、Tet、Wedge等。Quad和Hex單元可以用較小的計算代價得到較高的計算精度,應(yīng)盡可能選擇這兩種單元。按照節(jié)點數(shù)目和插值階數(shù),可以分為線性單元、二次單元以及修正的二次單元。對于接觸問題應(yīng)使用線性Quad或Hex單元,以及修正的二次Tri或Tet單元,而不能使用其他的二次單元。目前,很多三維實體模型比較復(fù)雜,很難直接用Hex單元進(jìn)行劃分。在對計算結(jié)果要求不是很高的情況下,也可使用線性Tet單元。如果要得到較高的計算結(jié)果,應(yīng)選用修正的二階Tet單元。接觸面的網(wǎng)格劃分應(yīng)盡量細(xì)化。接觸面上不能使用C3D20 、C3D20R 、C3D10等。

接觸問題為非線性問題,如模型中存在大的位移和轉(zhuǎn)動,在創(chuàng)建分析步時應(yīng)設(shè)置幾何非線性Nlgeom為on。設(shè)置臨時邊界條件,以保證在接觸建立起來之前模型不發(fā)生剛體位移。將分析過程分為多個分析步來完成,讓各個載荷分別在不同的分析步中逐漸施加到模型上,避免使接觸狀態(tài)發(fā)生劇烈的改變。盡管這樣這樣分析步驟多,但減小了收斂困難,提高了求解效率。如果初始荷載是力,當(dāng)嘗試過很多次之后若還不收斂,可以把它換成位移,。但為了防止剛體位移,可以增加一個反向力。

ABAQUS/explicit可以選擇通用接觸算法或者接觸對算法來進(jìn)行接觸模擬。通常定義一個接觸模擬只需要簡單的指定所采用的接觸算法和將會發(fā)生接觸作用的表面。ABAQUS/explicit在求解接觸等非線性問題時不需要進(jìn)行迭代,而是顯示的從上一個增量步的靜力學(xué)狀態(tài)推出動力學(xué)平衡方程的解。ABAQUS/explicit的求解過程存在大量的增量步,但由于不進(jìn)行迭代,也不需要求解全體方程組,其每個增量步的計算成本很小,求解復(fù)雜非線性問題的效率很高。

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