搜索Abaqus接觸問題技巧分析
2016-12-27 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
在Abaqus中進行接觸分析時,往往需要定義接觸對,接觸對的定義直接影響計算的收斂能力與計算精度,因此,接下來簡單說明一下接觸對定義的技巧。
Abaqus/Standard的接觸對由主面(master surfer)和從面(slave surfer)構成。在模擬過程中,接觸方向總是主面的法線方向,從面上的節點不會穿越主面,但主面上的節點可以穿越從面。在定義主面和從面時要注意以下問題:
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,也要考慮結構剛度。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.如果兩個接觸面的剛度相似,則應選擇網格較粗的面為主面。
3.主從面的節點位置不要求一一對應,但如果有條件一一對應,則可得到更加精確的結果。
4.主面不能由節點構成,并且必須連續。如果相對滑動形式為有限滑移,則主面在發生接觸的部位必須是光滑的(即不能有尖角)。
5.如果接觸面在發生接觸的部位有很大的凹角與尖角,應該將其分別定義為兩個面。
6.如果為有限滑移,則整個分析過程中,盡量不要讓從面節點落到主面之外,更不要落到主面的背面,否則會收斂問題。
7.一對接觸面的法線方向應該相反,換言之,如果主面和從面在幾何位置上沒有發生重疊,則一個面的法線應指向另一個面的那一側(對于三位實體,法向應該指向實體的外側)。如果法線方向錯誤,abaqus會將其認為是過盈量很大的接觸,因而,無法達到收斂。一般來說,對于柔性的三維實體,abaqus會自動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,應仔細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,否則會出現收斂問題。如果主面在發生接觸的部位存在尖角或凹角,應該在此尖角處把主面分為兩部分來分別定義。對于有單元構成的主面,Abaqus會自動進行平滑處理。
對于小滑移的接觸對,Abaqus/Standard在分析的開始就確定了從面節點與主面的關系,在整個分析過程中這種接觸關系不會再發生變化。
三、接觸面間的幾何尺寸位置和ADJUST參數
如果不做特別設置,Abaqus會直接根據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,這要求建模時模型尺寸非常精確。一般情況下,模型尺寸往往會存在誤差,所以應該利用ADJUST參數來調整從面節點的初始坐標。若果從面節點與主面的距離小于這個參數,Abaqus將調整這些節點的初始坐標,使其與主面的距離為零(剛好接觸)。
四、收斂問題
在進行接觸分析時,難免的會遇到收斂問題,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。分析無法達到收斂,往往是因為模型中有問題,例如存在剛體位移、過約束、接觸定義不當等,這時應該查看MSG文件,然后采取相應措施。可以考慮以下方法解決收斂問題:
1.檢查接觸關系、邊界條件和約束
檢查接觸面、接觸參數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,必須對模型中所有實體都定義足夠的約束條件,以保證它們在各個平移和轉動自由度上都不會出現不確定的剛體位移。
3.使用綁定約束
如果某一對接觸面的接觸狀態對整個模型的影響不大,或者這一對接觸面在整個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系改為綁定約束,這樣會消除剛體位移,并且大大減小計算接觸狀態所需要的迭代。
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,否則這兩個面之間不會建立過盈接觸或綁定約束。
5.平穩的建立接觸關系
一般應首先定義一個只有很小載荷的分析步,讓接觸關系平穩的建立起來,然后在下一個分析步中再施加真實的載荷。這樣這可大大的減小收斂的困難程度。
6.細化網格
細化從面與主面的網格,過于粗糙的網格會使Abaqus難以確定接觸關系。
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
如上接觸對的定義所述
9.避免過約束
如果節點在某個自由度上同時定義了兩個以上的約束,就會出現過約束。在檢查模型時,應該檢查邊界條件、連接單元、子模型邊界和各種約束。
10.摩擦系數
對摩擦的計算會增大收斂的難度,摩擦系數越大,就越不容易收斂。因此如果摩擦對分析結果影響不大,可直接指定摩擦系數為0。
11.解決振顫問題
主要考慮主面足夠大,保證從面節點不會滑出主面或落到主面的背面;使用自動過盈接觸限度(automatic overclosure tolerance)會有助于解決振顫問題;主面應足夠平滑。
12.減小初始時間增量步
如果模型中有塑性材料,或分析過程會發生很大的位移或局部變形,或施加載荷后會使接觸狀態發生很大的變化,則應指定較小的初始增量步。
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