先定一个小目标，比如学会ABAQUS接触分析

王超gogc918na6 2018-02-09

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在工程中实践中，接触问题普遍存在，主要是以下三种类型的问题：

第一，接触应力造成表面或者深层的破裂引起机器或工程破坏失效的事故，比如轴承，齿轮和滚珠等表面剥落，这事利用接触主要为了减少这种破坏和事故的发生；

第二，利用接触应力进行材料加工的时候，如轧制和冲压加工，都要利用接触问题理论进行分析；

第三是碰撞问题，汽车、船舶及飞机的碰撞问题也可以看作是一种特殊的接触问题。如高速飞行的飞机和飞鸟的碰撞会引起飞机结构严重的破坏并造成危险。

接触过程往往涉及三种非线性：即几何非线性，材料非线性，边界条件非线性。ABAQUS作为全球范围内最强大的非线性有限元分析软件之一，对于解决这类问题有着高效的便捷性和分析的准确性。

ABAQUS主要有两个求解器模块：ABAQUS/Stamdard和ABAQUS/Explicit。前者是一个通用的有限元分析模块，它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括静力学、动力学、热电磁、声学以及复杂的非线性和多物理场的耦合分析等；后者可以进行显式动态分析，主要用于求解非线性动力学问题和准静态问题，对于处理接触条件高度非线性的准静态问题非常有效。

ABAQUS/Standard中的接触模型是基于表面或者基于接触单元的。首先，需要判断模型部件中哪一对表面可能发生接触，然后创建可能发生接触的解除对，最后，定义控制各接触面之间相互作用的本构模型。在接触分析中，如要使得计算收敛，，需要注意多种因素，如接触面网格的调整、足够的接触条件、合理定义接触面以及接触参数等。

接触分析中单元的选择：

尽量选择线性的Quad或Hex单元，以及修正的二次Tri单元或Tet单元，而不能够使用其他的二次单元。接触面的网格应该尽量的细化，接触面上不能使用C3D20，C3D20R，C3D10等单元。

接触对的定义：

ABAQUS/Standard的接触对由主面（master surface）和从面（slave surface）构成。在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越主面，但主面上的节点可以穿越从面，定义主从面有如下原则：

1. 从面网格应该比主面更加精细；

2. 当网格密度近似时，应选择刚度较大的平面作为主面；

3. 接触部件中如果有刚体，则刚体作为主面；

4. 对于有限滑移（finitesliding），从面节点在分析中尽量不要落在主面之外。

接触属性：

1. 模型摩擦。

ABAQUS中常使用库伦摩擦模型、罚函数摩擦模型、Lagrange摩擦模型以及动力学摩擦模型等。罚函数摩擦允许接触面有“弹性滑移”，适用于大多数的接触问题。另外，摩擦系数越大就越不容易达到收敛，因此，如果摩擦对分析计算的影响不太的情况下，可以尝试将摩擦系数定义为0。

2. 小滑移与有限滑移。

根据接触表面之间相对滑动位移的大小与单元尺寸相对的关系，ABAQUS用这两个公式来描述接触面之间的滑移。小滑移就是在两个接触面之间的滑移量很小，整个分析过程中不会改变主从面节点之间的关系；而有限滑移需要不断的判断主从面节点发生接触的位置，计算成本上小滑移比有限滑移高很多。

3. ADJUST参数。

如果不做特别设置，ABAQUS会直接根据模型的尺寸位置来判断从面和主面的距离，从而确定二者的接触状态。但模型的尺寸往往存在误差，所以一般在定义接触时需要设置一个位置误差限度，来调整从面节点的初始坐标。当从面节点与主面的距离小于设定的ADJUST值限度，ABAQUS会自动将这些节点的初始坐标与主面的距离调整为0。

接触分析步的设置：

接触问题为非线性问题，如果模型中存在大的位移和转动，在创建分析步时应该将几何非线性（Nlgeom）打开（on）。设置临时边界条件，以保证在接触对建立起来之前模型不会发生刚体位移，将分析过程分多个分析步骤来完成，让各个载荷分别在不同的分析步骤中逐渐施加到模型上，避免接触状态发生剧烈的改变造成收敛的困难。