Abaqus中接觸分析問題介紹

2017-03-13 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程)是一門復(fù)雜的工程科學(xué),涉及仿真技術(shù)、軟件、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和力學(xué)等眾多領(lǐng)域。世界上幾大CAE公司各自以其獨(dú)到的技術(shù)占領(lǐng)著相應(yīng)的市場(chǎng)。ABAQUS有限元分析軟件擁有世界上最大的非線性力學(xué)用戶群,是國(guó)際上公認(rèn)的最先進(jìn)的大型通用非線性有限元分析軟件之一。它廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、石油化工、航空航天、汽車交通、土木工程、國(guó)防軍工、水利水電、生物醫(yī)學(xué)、電子工程、能源、地礦、造船以及日用家電等工業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域。ABAQUS在技術(shù)、品質(zhì)和可靠性等方面具有卓越的聲譽(yù),可以對(duì)工程中各種復(fù)雜的線性和非線性問題進(jìn)行分析計(jì)算。

一、點(diǎn)對(duì)面離散與面對(duì)面離散

在點(diǎn)對(duì)面離散方法中,從面(slave surface)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)與該節(jié)點(diǎn)在主面(master surface)上的投影點(diǎn)建立接觸關(guān)系,每個(gè)接觸條件都包含一個(gè)從面節(jié)點(diǎn)和它的投影點(diǎn)附近的一組主面節(jié)點(diǎn)。使用點(diǎn)對(duì)面離散方法時(shí),從面節(jié)點(diǎn)不會(huì)穿透(penetrate)主面,但是主面節(jié)點(diǎn)可以穿透從面。面對(duì)面離散方法會(huì)為整個(gè)從面(而不是單個(gè)節(jié)點(diǎn))建立接觸條件,在接觸分析過程中同時(shí)考慮主面和從面的形狀變化。可能在某些節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)穿透現(xiàn)象,但是穿透的程度不會(huì)很嚴(yán)重。

在如圖l和圖2所示的實(shí)例中,比較了兩種情況。

a)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格細(xì):沒有發(fā)生穿透,從面和主面都發(fā)生了正常的變形。

b)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格粗:從面節(jié)點(diǎn)沒有進(jìn)入主面,但主面節(jié)點(diǎn)進(jìn)入了從面,穿透現(xiàn)象和嚴(yán)重,從面和主面的變形都不正常。

a)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格細(xì):沒有發(fā)生穿透,從面和主面都發(fā)生了正常的變形。

b)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格粗:從面節(jié)點(diǎn)沒有進(jìn)入主面,但有少量主面節(jié)點(diǎn)進(jìn)。

入了從面,出現(xiàn)了輕微的穿透現(xiàn)象,從面和主面的變形比較正常

1)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格細(xì):點(diǎn)對(duì)面離散(圖1a)和面對(duì)面離散(圖2)的分析結(jié)果都很好,沒有發(fā)生穿透,從面和主面都發(fā)生了正常的變形。

2)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格粗:點(diǎn)對(duì)面離散(圖1b)的分析結(jié)果很差,主面節(jié)點(diǎn)進(jìn)入了從面,穿透現(xiàn)象很嚴(yán)重,從面和主面的變形都不正常;面對(duì)面離散(圖2b)的分析結(jié)果相對(duì)較好,盡管有輕微的穿透現(xiàn)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(wǎng)格時(shí)需要慎重,無論使用點(diǎn)對(duì)面離散還是面對(duì)面離散,都應(yīng)盡量保證從面網(wǎng)格不能比主面網(wǎng)格粗。

選用離散方法時(shí),還應(yīng)考慮以下因素。

1)一般情況下,面對(duì)面離散得到的應(yīng)力和壓強(qiáng)的結(jié)果精度要高于點(diǎn)對(duì)面離散。

2)面對(duì)面離散需要分析整個(gè)接觸面上的接觸行為,其計(jì)算代價(jià)要高于點(diǎn)對(duì)面離散。一般情況下,二者的計(jì)算代價(jià)相差不是很懸殊,但在以下情況中,面對(duì)面離散的計(jì)算代價(jià)將會(huì)大很多:

① 模型中的大部分區(qū)域都涉及到接觸問題。

② 主面的網(wǎng)格比從面的網(wǎng)格細(xì)化很多。

③ 接觸對(duì)中包含了多層殼,一個(gè)接觸對(duì)中的主面是另一接觸對(duì)中的從面。

3)如果從面是基于節(jié)點(diǎn)的(即從面類型為Node Region,而不是Surface),則不能使用面對(duì)面離散化方法。

二、有限滑動(dòng)和小滑動(dòng)

在ABAQU S/Standard分析中定義接觸時(shí),有兩種判斷接觸狀態(tài)的跟蹤方法可供選擇:

1)有限滑動(dòng)。如果兩個(gè)接觸面之間的相對(duì)滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)量較大(例如,大于接觸面上的單元尺寸),就應(yīng)該選擇有限滑動(dòng),它允許接觸面之間出現(xiàn)任意大小的相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。在分析過程中,ABAQUS將會(huì)不斷地判斷各個(gè)從面節(jié)點(diǎn)與主面的哪一部分發(fā)生了接觸,因此計(jì)算成本較高。

在使用有限滑動(dòng)、點(diǎn)對(duì)面離散時(shí),應(yīng)盡量保證主面是光滑的,否則主面的法線方向會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)的變化,容易出現(xiàn)收斂問題。在主面的拐角處應(yīng)使用過渡圓弧,并在圓弧上劃分足夠數(shù)量的單元。

在使用點(diǎn)對(duì)面離散時(shí),如果主面是變形體或離散剛體的表面,ABAQUS/Standard會(huì)自動(dòng)對(duì)不光滑的主面做平滑(Smoothing)處理,默認(rèn)的平滑系數(shù)為0.2。面對(duì)面離散則沒有這種平滑功能,因此如果工程實(shí)際要求主面必須有尖角,使用點(diǎn)對(duì)面離散可能會(huì)比面對(duì)面離散更容易收斂。

2)小滑動(dòng)。如果兩個(gè)接觸面之間的相對(duì)滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)。在分析開始時(shí)刻,ABAQUS就確定了各個(gè)從面節(jié)點(diǎn)與主面是否接觸、與主面的哪個(gè)區(qū)域接觸,并在整個(gè)分析過程中保持這些關(guān)系不變,因此計(jì)算成本較低。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才