abaqus接触分析的常见问题

1、少年易学老难成,寸光阴不可轻-百度文J4CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众 多领域。世界上几大CAE公司各自以苴独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析 软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元 分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、上木工程、国防 军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究 领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线 性和非线性问题进行分析计算。ABAQUS有限元分析常见

2、问题解答以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析 过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、査找错误原因和尝试解决 办法，帮助读者提高解决问题的能力。ABAQUS有限元分析常见问题解答一书由机械工业出版社出版。16. 1.1点对而离散与而对面离散【常见问题16-1在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对而离散方法(node-to-surf ace-dis-cre-tization)和而对面离散方法(surface-to-surfacediscretization), .者有 何差别？解答在点对而离散方法中，从面(slavesurface)上的每个巧

3、点与该节点在主面(mastersu rf ace) ±的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一 组主面节点。使用点对面离散方法时，从而节点不会穿透(penetrate)主而，但是主而节点可以穿透 从面。而对而离散方法会为整个从面(而不是单个巧点)建立接触条件，在接触分析过程中同时 考虑主而和从面的形状变化。可能在某些节点上岀现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。在如图16-1和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。b)从从Ifitjafift进人伍!主SVjftSA了从1少年易学老难成讨朮阴不可轻百度文廉4K 14-2）从面网咼出主負肖将如：814（

4、31生穿通.从3«）主囱发tyi.1t的变层b）主afMlWi!：从何育夕去atFAiJ人了从幽，M»ID£K的受腸比敏正 1Tv1）从而网格比主而网格细：点对面离散（图16-la）和面对而离散（图16-2a）的分析结 果都很好，没有发生穿透，从而和主而都发生了正常的变形。2）从面网格比主面网格粗：点对面离散（图16-lb）的分析结果很差，主而节点进入 了从而，穿透现象很严重，从面和主而的变形都不正常；而对而离散（图16-2b）的分析结果 相对较好，尽管有轻微的穿透现象，从面和主而的变形仍比较正常。从上而的例子可以看出，在为接触而划分网格时需要慎重，无论使用点对面

5、离散还是面 对面离散，都应尽量保证从面网格不能比主而网格粗。关于从面和主而的选择方法，请参见 实例详解第5. 2.2节"定义接触对” °选用离散方法时，还应考虑以下因素。1）一般情况下，而对面离散得到的应力和压强的结果精度要高于点对面离散。2）而对面离散需要分析整个接触面上的接触行为，其汁算代价要高于点对而离散。一 般情况下，二者的汁算代价相差不是很悬殊，但在以下情况中，而对面离散的计算代价将会 大很多： 模型中的大部分区域都涉及到接触问题。 主面的网格比从而的网格细化很多。 接触对中包含了多层壳，一个接触对中的主而是另一接触对中的从面。3）如果从而是基于节点的（即从面类型

6、为NodeRegion,而不是Surface）,则不能使 用面对而离散化方法。相关内容的详细介绍，请参见ABAQUS6. 7帮助文档ABAQUSAnalysisUser * sMa nual第 29. 2. 1 if ° Def iningcontactpairs inABAQUS/Standard '*。【常见问题16-2提交ABAQUS/Standard分析作业后，为何在MSG文件中看到以下提示信息：CONTACTPAIR (ASSEMBLY-BLANKBOT, ASSEMBLY.TIE-l.DIEDURF) NODEBLANK-1. 5ISOVERCLOSEDBYO.

7、0512228WHICHIST00SEVERE(出现了严重的过盈接触)解答可以从以下几个方而査找原因：1）如果上述提示信息中所提到的接触而是刚体、壳单元、膜单元、梁单元或桁架单 元上的而，则有可能是在定义此接触面时没有选择正确的发生接触的那一侧，即接触而的法 线方向错误。提示：对于可变形的实体单元，ABAQUS/CAE会自动选择正确的法线方向（指向实体 的外部）。当接触而的法线方向错误时，如果使用了点对而离散，会在MSG文件中看到上述提示信 息，分析无法收敛。如果使用了面对而离散，不会岀现上述提示信息，分析仍然可以完成， 但分析结果是异常的（例如出现严重的穿透现象）。在Visualizatio

8、n功能模块中可以显示接触而的法线方向，方法是单击（CommonOp tions）按钮，在Normals标签页卜选中Shownormals （如图16-3所示），并且要注意选择0 nsurfaces （面的法向），而不是Onelements （单元的方向）。另外,在云纹图的模式下不 能显示解析刚体表而的法向，只有在未变形图或变形图的模式下才可以显示。一对接触而的法向应该是互相指向对方的，第16. 3. 2盯“接触分析综合实例2"提供 了一个接触面法线方向定义错误的实例。2）如果接触而的法线方向是正确的，但分析仍无法收敛，应检査模型中的过 盈量是否太大。如果存在此问题应修改模型，令过盈屋

9、从0开始逐渐增大，例如，可以使用，少年易学老难成,寸光阴不可轻-百度文廉CONTACTINTERFERENCE性递增的幅值曲线怎义过盈接触，详见实例详解第5. 2.4肖“设定接触面之间的距离或过盈量” o3）如果接触而的法线方向是正确的，这种“过盈量太大”的信息只是在MSG文件中偶 尔出现，而且出现此信息的分析步最终能够收敛，分析结果也一切正常，就没有问题。在接触分析的求解过程中，ABAQUS/Standard会迭代尝试各种可能的位移状态, 如果某个位移状态造成过盈量太大，ABAQUS/Standard就会显示上述提示信息，然后尝试另 外一个位移状态。换言之，这个太大的过盈量有可能仅仅是ABA

10、QUS/Standard在尝试求解过 程中的一个中间状态，并不一定是模型本身存在错误。在实例详解第6. 4石“实例3：弯曲成形过程模拟”的实例中，就可以在随书光盘 的以下HSG文件中看到类似的“过盈量太大”的提示信息：Dem06-FormingAnalysisResu ltsForming. msg。16.1. 2有限滑动和小滑动【常见问题16-3什么是有限滑动（finitesliding）和小滑动（smallsliding） ?解答在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，有两种判断接触状态的跟踪方法可供选择：1）有限滑动。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量较大（例如，大于接触面

11、上的单元尺寸）,就应该选择有限滑动，它允许接触面之间出现任意大小的相对滑动和转动。 在分析过程中，ABAQUS将会不断地判断个从而节点与主面的哪一部分发生了接触，因此 计算成本较高。在使用有限滑动、点对面离散时，应尽量保证主而是光滑的，否则主而的法线方向会出 现不连续的变化，容易出现收敛问题。在主面的拐角处应使用过渡圆弧，并在圆弧上划分足 够数量的单元。在使用点对而离散时，如果主面是变形体或离散刚体的表面，ABAQUS/Standard会自 动对不光滑的主而做平滑（Smoothing）处理，默认的平滑系数为0.2。而对面离散则没有 这种平滑功能，因此如果工程实际要求主而必须有尖角，使用点对面离

12、散可能会比而对面离 散更容易收敛。2）小滑动。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量很小（例如，小于接触而上单元 尺寸的20%）,就可以选择小滑动。在分析开始时刻，ABAQUS就确定了各个从面肖点与主 而是否接触、与主面的哪个区域接触，并在整个分析过程中保持这些关系不变，因此计算成 本较低。关于有限滑动和小滑动的详细介绍，请参见实例详解第5. 2.3节"有限滑移和小 滑移”和 ABAQUS6. 7 帮助文档（ABAQUSAnalysisUser* sManual第 29. 2. 2 节 Cont act for mul-ationforABAQUS/Standardcontactpai

13、rs” 。【常见问题16-4分析接触问题时，是否必须在St亡p功能模块中打开几何非线性开关（将Nlge om设为ON） ?解答只有分析几何非线性问题（大位移、大转动、初始应力、几何刚化或突然翻转 等）时才需要将Nlgeom设为ON。接触分析是非线性问题，但不一立是几何非线性问题，常 见的情况有以下几种：1）如果接触而之间会发生较大的相对位移或转动，则定义接触时应选择有限滑动， 并将Nlgeom设为ON。2）如果接触面之间的相对位移和转动都很小，模型各处都不会发生大的位移或转动， 则左义接触时应选择小滑动，并将Nlgeom设为OFF.3）如果接触面之间的相对位移和转动都很小，但模型岀现了大的位移

14、或转动（例如 刚体转动），则左义接触时应选择小滑动，并将Nlgeom设为ON。将Nlgeom设为0*可能会增加模型收敛的难度，增加计算成本。但如果模型发生了大 的位移或转动，而仍将Nlgeom设为OFF,也可能导致计算不收敛。关于非线性问题的详细介绍，请参见本书第15.1巧“线性分析与非线性分析”。【常见问题16-5壳或膜单元都是有厚度的，但在ABAQUS/CAE中它们被显示为无厚度的而。在ABAQUS/S tandard中为它们泄义接触时，是否需要让接触而之间保留一左距离，以体现其厚度？解答有以下几种可能的情况：1）如果选择了点对而离散的小滑动、而对而离散的小滑动或而对而离散的有限滑动， 默认情况F ABAQUS/Standard会考虑壳或膜的厚度，在建模时应根据厚度让接触而之间保留 相应的距离。如果希望忽略壳和膜的厚度，可以在泄义接触时选中Excludeshell/membrane element thickness <>6少年易学老难成讨朮阴不可轻百度文廉提示：默认情况下，壳或膜在ABAQUS/CAE中的而是它们的中性面。如果需要，可以偏 置此