搜索Abaqus中接觸分析問題介紹
2017-03-13 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
CAE(計算機輔助工程)是一門復雜的工程科學,涉及仿真技術、軟件、產品設計和力學等眾多領域。世界上幾大CAE公司各自以其獨到的技術占領著相應的市場。ABAQUS有限元分析軟件擁有世界上最大的非線性力學用戶群,是國際上公認的最先進的大型通用非線性有限元分析軟件之一。它廣泛應用于機械制造、石油化工、航空航天、汽車交通、土木工程、國防軍工、水利水電、生物醫學、電子工程、能源、地礦、造船以及日用家電等工業和科學研究領域。ABAQUS在技術、品質和可靠性等方面具有卓越的聲譽,可以對工程中各種復雜的線性和非線性問題進行分析計算。
一、 點對面離散與面對面離散
在點對面離散方法中,從面(slave surface)上的每個節點與該節點在主面(master surface)上的投影點建立接觸關系,每個接觸條件都包含一個從面節點和它的投影點附近的一組主面節點。使用點對面離散方法時,從面節點不會穿透(penetrate)主面,但是主面節點可以穿透從面。面對面離散方法會為整個從面(而不是單個節點)建立接觸條件,在接觸分析過程中同時考慮主面和從面的形狀變化。可能在某些節點上出現穿透現象,但是穿透的程度不會很嚴重。
在如圖l和圖2所示的實例中,比較了兩種情況。
a)從面網格比主面網格細:沒有發生穿透,從面和主面都發生了正常的變形。
b)從面網格比主面網格粗:從面節點沒有進入主面,但主面節點進入了從面,穿透現象和嚴重,從面和主面的變形都不正常。
a)從面網格比主面網格細:沒有發生穿透,從面和主面都發生了正常的變形。
b)從面網格比主面網格粗:從面節點沒有進入主面,但有少量主面節點進。
入了從面,出現了輕微的穿透現象,從面和主面的變形比較正常
1)從面網格比主面網格細:點對面離散(圖1a)和面對面離散(圖2)的分析結果都很好,沒有發生穿透,從面和主面都發生了正常的變形。
2)從面網格比主面網格粗:點對面離散(圖1b)的分析結果很差,主面節點進入了從面,穿透現象很嚴重,從面和主面的變形都不正常;面對面離散(圖2b)的分析結果相對較好,盡管有輕微的穿透現象,從面和主面的變形仍比較正常。
從上面可以看出,在為接觸面劃分網格時需要慎重,無論使用點對面離散還是面對面離散,都應盡量保證從面網格不能比主面網格粗。
選用離散方法時,還應考慮以下因素。
1)一般情況下,面對面離散得到的應力和壓強的結果精度要高于點對面離散。
2)面對面離散需要分析整個接觸面上的接觸行為,其計算代價要高于點對面離散。一般情況下,二者的計算代價相差不是很懸殊,但在以下情況中,面對面離散的計算代價將會大很多:
① 模型中的大部分區域都涉及到接觸問題。
② 主面的網格比從面的網格細化很多。
③ 接觸對中包含了多層殼,一個接觸對中的主面是另一接觸對中的從面。
3)如果從面是基于節點的(即從面類型為Node Region,而不是Surface),則不能使用面對面離散化方法。
二、有限滑動和小滑動
在ABAQU S/Standard分析中定義接觸時,有兩種判斷接觸狀態的跟蹤方法可供選擇:
1)有限滑動。如果兩個接觸面之間的相對滑動或轉動量較大(例如,大于接觸面上的單元尺寸),就應該選擇有限滑動,它允許接觸面之間出現任意大小的相對滑動和轉動。在分析過程中,ABAQUS將會不斷地判斷各個從面節點與主面的哪一部分發生了接觸,因此計算成本較高。
在使用有限滑動、點對面離散時,應盡量保證主面是光滑的,否則主面的法線方向會出現不連續的變化,容易出現收斂問題。在主面的拐角處應使用過渡圓弧,并在圓弧上劃分足夠數量的單元。
在使用點對面離散時,如果主面是變形體或離散剛體的表面,ABAQUS/Standard會自動對不光滑的主面做平滑(Smoothing)處理,默認的平滑系數為0.2。面對面離散則沒有這種平滑功能,因此如果工程實際要求主面必須有尖角,使用點對面離散可能會比面對面離散更容易收斂。
2)小滑動。如果兩個接觸面之間的相對滑動或轉動量很小(例如,小于接觸面上單元尺寸的20%),就可以選擇小滑動。在分析開始時刻,ABAQUS就確定了各個從面節點與主面是否接觸、與主面的哪個區域接觸,并在整個分析過程中保持這些關系不變,因此計算成本較低。
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