弹塑性力学基础与有限元分析-接触分析实例

弹塑性力学基础及有限元分析

—接触分析实例IntroductiontoABAQUS/CAE参考书目《有限单元法》王勖成著，清华大学出版社《ABAQUS有限元分析实例》石亦平、周玉蓉著，机械工业出版社《ABAQUS有限元分析常见问题解答》曹金凤、石亦平著，机械工业出版社IntroductiontoABAQUS/CAE非线性的来源结构问题中存在着三种非线性来源：材料非线性边界非线性几何非线性IntroductiontoABAQUS/CAE材料非线性应变率相关材料的材料参数和材料失效都是材料非线性的表现形式。在Material模块中定义材料属性时定义材料非线性因素。IntroductiontoABAQUS/CAE边界非线性边界非线性是极度不连续的：在模拟分析中发生接触时，结构的响应特性会在瞬时发生很大的变化。在Interaction模块中定义接触时引入边界非线性因素。IntroductiontoABAQUS/CAE几何非线性几何非线性选项大挠度或转动“突然翻转”初应力或荷载硬化在step模块中定义分析步时，定义是否存在几何非线性因素。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头FRPsuckerrodEnd-fitting(1997-1998)IdeaforfurtherimprovementFatiguecycles:2.4millionFatiguecycles:6.9millionIntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头p=50MPa接头（20CrNiMo）环氧树脂胶玻璃钢杆开裂位置左端接头固定，右端玻璃钢杆承受50MPa的均布载荷。环氧树脂胶凝固后和玻璃钢杆紧密连接，不会发生相对滑动，因此可将两者的结合面绑定约束。环氧树脂胶和接头的结合面之间有可能产生相对滑动，需要定义为接触关系。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头1.导入部件File->import->part，文件类型选择Parasolid(*.x_t)将五个部件依次导入ABAQUS中。接头杆环氧树脂胶ABCIntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头2.定义材料，暂时全部定义为线弹性材料，材料参数如表格所示。零件

弹性模量（Mpa）

泊松比

管接头

208000

0.295

玻璃钢杆

70000

0.22

环氧树脂胶

3200

0.33IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.定义装配体。直接将五个部件全部导入装配体，因为三维建模时是按照各自的位置准确建模的，因此导入以后部件的位置不变，不需要重新定位各个部件。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。1、选取要进行阵列的部件实体Instance2、阵列参数设置，阵列方向、数量、偏移量等LinearPattern线性阵列IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。1、选取要进行阵列的部件实体Instance2、阵列参数设置，阵列范围（°）、数量、中心轴等RadialPattern辐射阵列IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。1、选取要进行平移的部件实体Instance2、设置平移量（终点坐标-初始坐标），可以手动输入点坐标，也可选取部件实体的点3、预览平移并确认Translate平移IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。1、选取要进行旋转的部件实体Instance2、两点法确定旋转中心轴3、设置旋转角度4、预览平移并确认Rotate旋转IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。1、选取要进行移动的部件实体Instance上的面2、选取固定不变的部件实体Instance上的面3、两点法确定移动方向4、输入移动后两实体相应两面的间隙距离Translateto平移到，该操作仅适用于实体模型IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。面平行面匹配边平行边共线同轴点重合坐标系平行定位，与Translateto平移到类似IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。合并Merge/剪切Cut来生成新PartIntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头3.部件实体Partinstances的显示控制。当装配体中有多个部件时，有时候需要只显示某个或某些部件来进行前处理，这时就需要使用Partinstances的显示控制。Replace在区域3选择部件后，点击此按钮，则仅显示选中的部件。Add在区域3选择部件后，点击此按钮，则选中的部件被显示，已经显示的部件仍显示。Remove在区域3选择部件后，点击此按钮，则选中的部件被隐藏。……3IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头4.定义分析步，弹性静力分析。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头4.定义分析步，弹性静力分析。几何非线性的特点是结构在载荷作用过程中产生大的位移和转动。如板壳结构的大挠度，此时材料可能仍保持为线弹性状态，但是结构的几何方程必须建立于变形后的状态，以便考虑变形对平衡的影响。Description：简单描述，便于记忆管理。Timeperiod：静力学问题，采用系统默认值1即可。Nlgeom：是否考虑几何非线性。Automaticstabilization：局部不稳定问题（局部屈曲、表面祛皱）的处理，即施加阻尼。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头4.定义分析步，弹性静力分析。Type：选择时间增量的控制方法，默认Automatic即可。Maximumnumberofincrements：增量步的最大数目。Increment：初始时间增量、最小时间增量和最大时间增量。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头4.定义分析步，弹性静力分析。Method求解器

Direct适用于大多数分析，Iterative对于大模型分析较快Matrixstorage矩阵存储方式默认即可选择求解方法FullNewton完全牛顿法默认，适用于大多数分析。Quasi-Newton准牛顿法雅克比矩阵对称且在迭代过程中变化不大时，能加快收敛。Contactiterations接触迭代法对于几何线性、小滑动、无摩擦的静力学问题特别有效。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块）1、选择主面类型为Surface2、指定主面3、选择从面类型为Surface4、指定从面PositionTolerance：位于该公差以外的从面节点将不会被绑定。默认UseComputeddefault，若主从面间距较大应考虑Specifydistance。Tie约束用于将两个区域（面区域或节点区域）绑定在一起。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块）环氧树脂胶和玻璃钢杆之间定义为绑定约束。选择环氧树脂胶为主面，玻璃钢杆为从面。在此之前，为了能够选择到两个部件的结合面，需要隐藏某些部件。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块）环氧树脂胶和接头之间定义为接触。首先要设置接触属性在定义接触之前，需要先定义相应的接触属性（摩擦特性、阻尼等）IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.设置接触属性。（Interaction模块）TangetialBehavior用于定义摩擦系数等摩擦属性Frictionless：默认不考虑摩擦Pentalty：主要用于定义摩擦系数IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.设置接触属性。（Interaction模块）环氧树脂胶和接头之间定义为带摩擦的硬接触。库伦摩擦系数为0.25，摩擦系数由材料属性决定。硬接触，即接触面之间能够传递的接触压力大小不受限制，当接触面的压力变为负值或者零就表示两个接触面发生分离。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块）其次要定义接触对。Static，GeneralDynamic，ExplicitIntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.面对面接触对的定义。（Interaction模块）4、选择已经定义的接触属性1、选择主面2、选择从面的类型，直接点击鼠标中键或点击Surface3、选择从面面面接触对包含一个主面和一个从面，划分从属表面和主控表面应遵循的原则为：选择刚度较大的面为主面，刚性表面必须为主面；从面应由更为柔软的材料组成；从面的网格应划分得更精细，一般采用线性减缩积分单元。选择有限滑移或小滑移IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块）本实例中为弹性静力分析，因此选择面对面接触。选择接头为主面，环氧树脂胶为从面。在选择时需要使用剖视图。Tools->viewcut->manager->YPlane前面打钩。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块）接触区域IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.ABAQUS中的接触分析小结。（Interaction模块）接触模拟的一般目的是确定接触面积及计算所产生的接触压力。在有限元中，接触条件是一类特殊的不连续的约束，允许力从模型的一部分传播到另一部分。在接触模拟中，要在模型中的各个构件上建立表面，必须定出可能会相互接触的一对表面（称为接触对）。接触表面间的相互作用包括两个部分：一是垂直于接触面，另一是沿接触面的切向。切向部分包括表面间的相对运动（滑动），可能就是摩擦剪应力。ABAQUS中的表面相互作用行为称为“硬接触”，即接触压力变为零或负值时，两表面分开，且约束移去。IntroductiontoABAQUS/CAE接触分析实例—抽油杆接头5.ABAQUS中的接触分析小结。（Interaction模块）面面接触对包含一个主面和一个从面，划分从属表面和主控表面应遵循的原则为：选择刚度较大的面为主面，刚性表面必须为主面；从面应由更为柔软的材料组成；从面的网格应划分得更精细，一般采用线性减缩积分单元。应用小滑动公式时，ABAQUS确定主控表面的哪个部分将与从属表面的每个节点发生作用。这种相互关系在整个分析过程中保持不变。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量很小（例如，小于接触面上单元尺寸的20%），就可以选择小滑移。有限滑动接触公式要求ABAQUS经常确定主控表面的哪个部分与从属表面的哪些节点保持接触。这是计算成本较高。如果两个接触面之间的相对滑动或转