弹性力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS接触问题分析与实践

弹性力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS接触问题分析与实践1弹性力学仿真软件：ABAQUS接触问题分析与实践1.1绪论1.1.1ABAQUS软件简介ABAQUS是一款广泛应用于工程领域的高级有限元分析软件，由DassaultSystèmes公司开发。它能够处理复杂的非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和接触非线性。ABAQUS的接触分析功能尤其强大，能够模拟各种接触条件，如滑动、摩擦、间隙、焊接等，适用于汽车、航空航天、土木工程、生物医学等多个行业。1.1.2接触问题在工程中的重要性接触问题在工程设计和分析中至关重要。例如，在机械设计中，齿轮、轴承、连接件等部件之间的接触分析能够预测磨损、应力集中和疲劳寿命，从而优化设计，提高产品性能和可靠性。在土木工程中，地基与结构之间的接触分析有助于评估结构的稳定性和安全性。接触分析还能应用于生物医学领域，如关节接触、植入物与骨骼的相互作用等。1.1.3ABAQUS接触分析的基本概念ABAQUS接触分析基于接触理论，主要涉及以下概念：-接触对：定义了两个可能接触的表面，包括主表面和从表面。-接触类型：包括面-面接触、点-面接触、自接触等。-接触行为：如滑动、摩擦、间隙、焊接等。-接触算法：ABAQUS使用先进的接触算法，如罚函数法、拉格朗日乘子法等，来解决接触问题。-接触控制：包括接触搜索、接触激活/去激活、接触输出控制等。1.2ABAQUS接触分析实践1.2.1定义接触对在ABAQUS中，接触对的定义是接触分析的基础。例如，假设我们有一个模型，包含一个圆柱体和一个平面，我们想要模拟圆柱体与平面之间的接触。首先，需要在模型中定义这两个表面，然后创建一个接触对。#定义主表面和从表面

model.Surface(name='Cylinder_Surface',side1Elements=elem_set)

model.Surface(name='Plane_Surface',side1Elements=elem_set)

#创建接触对

model.ContactProperty('Contact_Prop')

model.CohesiveBehavior(name='Cohesive_Behavior')

model.CohesiveBehaviorOptions(behaviorType='PENALTY',

pressureDependency=ON,

temperatureDependency=ON,

dependencies=2)

model.CohesiveBehaviorTable(data=((100.0,100.0,1.0,1.0),),

temperatureDependency=ON,

pressureDependency=ON)

#应用接触属性

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Cylinder_to_Plane',

createStepName='Initial',

master='Plane_Surface',

slave='Cylinder_Surface',

sliding=FINITE,

thickness=ON,

interactionProperty='Contact_Prop')1.2.2设置接触行为接触行为的设置决定了接触面之间的相互作用。例如，滑动接触允许表面之间有相对滑动，而摩擦接触则考虑了摩擦力的影响。#设置滑动接触

model.ContactProperty('Sliding_Prop')

model.CohesiveBehavior(name='Sliding_Behavior')

model.CohesiveBehaviorOptions(behaviorType='SLIDING',

pressureDependency=ON,

temperatureDependency=ON,

dependencies=2)

model.CohesiveBehaviorTable(data=((100.0,100.0,1.0,1.0),),

temperatureDependency=ON,

pressureDependency=ON)

#应用滑动接触属性

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Cylinder_to_Plane',

createStepName='Initial',

master='Plane_Surface',

slave='Cylinder_Surface',

sliding=FINITE,

thickness=ON,

interactionProperty='Sliding_Prop')1.2.3控制接触搜索接触搜索是ABAQUS在分析过程中自动检测接触对之间是否发生接触的过程。合理的接触搜索控制可以提高分析效率和准确性。#控制接触搜索

model.ContactStd(name='Contact_Std',

createStepName='Initial',

initialClearance=SMALL,

adjustMethod=NONE,

initialSearchMethod=DEFAULT,

searchToleranceMethod=DEFAULT,

searchTolerance=0.001,

searchFrequency=1,

searchToleranceFrequency=1)1.2.4接触输出控制接触输出控制允许用户选择需要输出的接触信息，如接触压力、摩擦力、接触面积等，这对于分析结果的解读和验证至关重要。#设置接触输出

model.FieldOutputRequest(name='Contact_Output',

createStepName='Step-1',

variables=('CF','CSTRESS','CSTRAIN','CDISP','CTEMP'))通过以上步骤，可以有效地在ABAQUS中进行接触问题的分析与实践，为工程设计提供有力的仿真支持。2ABAQUS基础操作2.1软件界面与基本功能2.1.1软件界面ABAQUS的用户界面主要分为以下几个部分：菜单栏：提供软件的主要功能选项，如文件操作、模型建立、分析设置等。工具栏：快速访问常用功能的图标，如创建、编辑、运行分析等。模型树：显示当前模型的结构，包括几何体、材料、边界条件等，便于管理和编辑。图形窗口：显示模型的图形视图，支持旋转、缩放和平移操作。消息窗口：显示操作反馈和分析结果信息。2.1.2基本功能ABAQUS提供了广泛的功能，包括：几何建模：支持2D和3D几何体的创建和编辑。材料属性定义：可以定义各种材料的弹性、塑性、热学等属性。边界条件设置：包括固定、位移、力、压力等边界条件的设定。网格划分：自动或手动划分网格，支持不同类型的单元。分析设置：定义分析类型（如静力、动力、热分析等）、时间步长、载荷等。结果后处理：查看和分析仿真结果，包括应力、应变、位移等。2.2建立模型与网格划分2.2.1建立模型在ABAQUS中建立模型通常包括以下步骤：创建部件：使用菜单栏中的“Part”选项，选择“CreatePart”，然后选择几何形状（如长方体、圆柱体等）。编辑几何：使用“EditPart”功能，可以对几何体进行修改，如切割、合并等。实例化部件：在“Assembly”中，将创建的部件实例化到模型中，可以设置部件的位置和方向。示例代码#创建长方体部件

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

fromsectionimport*

frommaterialimport*

fromassemblyimport*

fromstepimport*

frominteractionimport*

fromloadimport*

frommeshimport*

fromjobimport*

fromsketchimport*

fromvisualizationimport*

fromconnectorBehaviorimport*

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

session.Viewport(name='Viewport:1',origin=(0.0,0.0),width=128.0,height=95.0)

session.viewports['Viewport:1'].makeCurrent()

session.viewports['Viewport:1'].maximize()

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,engineeringFeatures=ON)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.geometryOptions.setValues(

referenceRepresentation=ON)

#创建长方体

mySketch=session.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

mySketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

myPart=session.Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=20.0)2.2.2网格划分网格划分是将模型分解为许多小的单元，以便进行数值计算。ABAQUS支持多种网格划分方法：自动网格划分：使用“Mesh”选项中的“AutoMesh”，软件将自动为模型生成网格。手动网格划分：可以指定网格的大小和类型，适用于需要精细控制的区域。示例代码#手动网格划分

myMesh=myPart.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

myMesh=myPart.generateMesh()2.3材料属性与边界条件设置2.3.1材料属性定义在ABAQUS中，材料属性的定义是通过“Material”选项进行的，可以定义弹性模量、泊松比等基本属性。示例代码#定义材料属性

myMaterial=session.Material(name='Steel')

myMaterial.Elastic(table=((200e3,0.3),))2.3.2边界条件设置边界条件的设置包括固定边界、位移边界、载荷边界等，通过“BoundaryConditions”和“Loads”选项进行。示例代码#设置固定边界条件

myInstance=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.instances['Part-1-1']

myBC=myInstance.Set(name='Fixed',nodes=myInstance.nodes.getByBoundingBox(0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0))

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-Fixed',createStepName='Initial',region=myBC,u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=ON,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#设置载荷

myLoad=myInstance.Set(name='Load',nodes=myInstance.nodes.getByBoundingBox(100.0,50.0,20.0,100.0,50.0,20.0))

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',region=myLoad,cf1=-1000.0,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)以上代码示例展示了如何在ABAQUS中使用Python脚本进行模型创建、网格划分以及材料和边界条件的设置。通过这些步骤，可以为复杂的弹性力学问题建立仿真模型，进行精确的分析和预测。3弹性力学仿真软件：ABAQUS接触问题分析与实践3.1接触对定义与类型3.1.1接触对的基本定义在ABAQUS中，接触对（ContactPair）是指两个可能相互接触的表面，其中一个表面被定义为主表面（MasterSurface），另一个表面被定义为从表面（SlaveSurface）。接触对的定义是进行接触分析的基础，它允许软件在模拟过程中计算两个表面之间的相互作用力，包括摩擦力和正压力。3.1.2主从面的设定主表面和从表面的设定对于接触分析至关重要。主表面通常是指几何形状较为简单、网格划分较为精细的表面，而从表面则是与主表面接触的另一表面。在ABAQUS中，设定主从面可以通过以下步骤完成：选择主表面：在模型中选择一个表面作为主表面。选择从表面：选择另一个可能与主表面接触的表面作为从表面。定义接触属性：包括接触类型、摩擦系数等。示例：定义接触对#ABAQUSPythonScriptfordefiningacontactpair

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

frompartimport*

frommaterialimport*

fromsectionimport*

fromassemblyimport*

fromstepimport*

frominteractionimport*

fromloadimport*

frommeshimport*

fromjobimport*

fromsketchimport*

fromvisualizationimport*

fromconnectorBehaviorimport*

#创建模型

model=mdb.models['Model-1']

#定义主表面

masterSurface=model.parts['Part-1'].surfaces['MasterSurface']

#定义从表面

slaveSurface=model.parts['Part-2'].surfaces['SlaveSurface']

#创建接触对

model.ContactProperty('Int-Prop-1')

eractionProperties['Int-Prop-1'].TangentialBehavior(

formulation=FINITE,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),))

eractionProperties['Int-Prop-1'].NormalBehavior(

pressureOverclosure=HARD,allowSeparation=ON,generateContactBetweenSelf=OFF)

#应用接触对

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',createStepName='Step-1',

master=masterSurface,slave=slaveSurface,sliding=FINITE,

interactionProperty='Int-Prop-1',adjustMethod=NONE,initialClearance=OMIT,

datumAxis=None,clearanceRegion=None)3.1.3接触类型：面-面接触与点-面接触ABAQUS支持多种接触类型，其中最常见的是面-面接触（Surface-to-SurfaceContact）和点-面接触（Point-to-SurfaceContact）。面-面接触：适用于两个表面之间的接触，可以处理复杂的接触情况，如滑动、摩擦等。点-面接触：适用于点与面之间的接触，通常用于模拟销钉、螺栓等点接触部件。示例：定义面-面接触#ABAQUSPythonScriptfordefiningsurface-to-surfacecontact

#假设模型中已有两个表面：'MasterSurface'和'SlaveSurface'

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',createStepName='Step-1',

master=masterSurface,slave=slaveSurface,sliding=FINITE,

interactionProperty='Int-Prop-1',adjustMethod=NONE,initialClearance=OMIT,

datumAxis=None,clearanceRegion=None)示例：定义点-面接触#ABAQUSPythonScriptfordefiningpoint-to-surfacecontact

#假设模型中有一个点：'Point-1'和一个表面：'Surface-1'

model.PointOnSurfaceContactStd(name='Contact-2',createStepName='Step-1',

point=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].sets['Point-1'],

surface=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2'].surfaces['Surface-1'],

sliding=FINITE,interactionProperty='Int-Prop-2',adjustMethod=NONE,

initialClearance=OMIT,datumAxis=None,clearanceRegion=None)以上示例展示了如何使用ABAQUS的Python接口定义面-面接触和点-面接触。通过设定不同的接触属性和类型，可以精确模拟各种接触情况，从而提高仿真结果的准确性。4弹性力学仿真软件：ABAQUS接触属性设置4.1摩擦系数的设定在ABAQUS中，摩擦系数的设定对于接触问题的准确模拟至关重要。摩擦系数影响接触面之间的滑动行为，特别是在动态和静态分析中，它决定了接触面之间的摩擦力大小。摩擦系数的设定通常在接触属性（ContactProperties）中完成，通过定义接触对（ContactPair）的摩擦行为。4.1.1示例代码#定义接触属性，设定摩擦系数

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#创建接触属性

myContactExp=myModel.ContactExp(name='FrictionalContact',createStepName='Initial')

myContactExp.frictionFormulation=STANDARD

myContactExp.friction=(0.3,)#设定摩擦系数为0.3

#定义接触对

myContactPair=myModel.ContactPair(name='ContactPair-1',createStepName='Initial')

myContactPeraction=myContactExp

myContactPair.slave=myModel.parts['Part-1'].surfaces['Surface-1']

myContactPair.master=myModel.parts['Part-2'].surfaces['Surface-2']4.1.2描述上述代码中，我们首先创建了一个接触属性myContactExp，并将其命名为FrictionalContact，设定在初始步（InitialStep）创建。接着，我们设定了摩擦公式为标准（STANDARD），并定义了摩擦系数为0.3。然后，我们创建了一个接触对myContactPair，并将其命名为ContactPair-1，同样设定在初始步创建。我们指定了接触属性myContactExp，并定义了从属面（slave）和主面（master），分别对应Part-1和Part-2的表面。4.2接触刚度与间隙处理接触刚度和间隙处理是ABAQUS接触分析中的关键参数。接触刚度决定了接触区域的响应，而间隙处理则影响接触面之间的分离行为。在ABAQUS中，可以通过接触属性来设定这些参数，以确保模型的准确性和稳定性。4.2.1示例代码#定义接触属性，设定接触刚度和间隙处理

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#创建接触属性

myContactExp=myModel.ContactExp(name='StiffnessGapContact',createStepName='Initial')

myContactExp.frictionFormulation=STANDARD

myContactExp.friction=(0.3,)#设定摩擦系数为0.3

myContactExp.normalStiffness=1e6#设定接触刚度

myContactExp.gapTolerance=1e-6#设定间隙处理的公差

#定义接触对

myContactPair=myModel.ContactPair(name='ContactPair-2',createStepName='Initial')

myContactPeraction=myContactExp

myContactPair.slave=myModel.parts['Part-1'].surfaces['Surface-1']

myContactPair.master=myModel.parts['Part-2'].surfaces['Surface-2']4.2.2描述在本例中，我们创建了一个名为StiffnessGapContact的接触属性，设定了摩擦系数为0.3，接触刚度为1e6，以及间隙处理的公差为1e-6。接触刚度的设定确保了接触区域的响应更加接近实际物理行为，而间隙处理的公差则控制了接触面之间的分离，避免了过大的间隙导致的不真实接触行为。4.3自接触与小滑移接触自接触（Self-Contact）和小滑移接触（SmallSlidingContact）是ABAQUS中处理复杂接触问题的两种方法。自接触允许模型的同一部分内部发生接触，而小滑移接触则适用于接触面之间滑动量较小的情况，可以简化计算，提高效率。4.3.1示例代码#定义自接触和小滑移接触属性

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#创建自接触属性

mySelfContact=myModel.ContactExp(name='SelfContact',createStepName='Initial')

mySelfContact.frictionFormulation=STANDARD

mySelfContact.friction=(0.3,)#设定摩擦系数为0.3

mySelfContact.smallSliding=ON#开启小滑移接触

#定义自接触对

mySelfContactPair=myModel.ContactPair(name='SelfContactPair',createStepName='Initial')

mySelfContactPeraction=mySelfContact

mySelfContactPair.slave=myModel.parts['Part-1'].surfaces['Surface-1']

mySelfContactPair.master=myModel.parts['Part-1'].surfaces['Surface-2']4.3.2描述在上述代码中，我们创建了一个名为SelfContact的接触属性，设定了摩擦系数为0.3，并开启了小滑移接触（SmallSlidingContact）。然后，我们定义了一个自接触对mySelfContactPair，其中从属面和主面都属于Part-1的不同表面。自接触的设定允许了Part-1内部的接触分析，而小滑移接触的开启则简化了接触面之间的滑动计算，适用于滑动量较小的接触问题。通过这些接触属性的设定，我们可以更准确地模拟弹性力学中的接触问题，确保仿真结果的可靠性和准确性。在实际操作中，根据具体问题的需要，合理选择和设定接触属性是至关重要的。5弹性力学仿真软件：ABAQUS：接触算法与求解控制5.1接触算法的选择在ABAQUS中，接触算法的选择对于准确模拟接触界面的力学行为至关重要。软件提供了多种接触算法，包括表面-表面接触、TIED接触、嵌入接触等，每种算法都有其适用场景和特点。5.1.1表面-表面接触适用于两个非连续体之间的接触，如滑块与滑轨的接触。在ABAQUS中，需要定义主表面和从表面，主表面通常为固定或较少移动的表面，从表面则为移动或变形较大的表面。5.1.2TIED接触用于模拟两个表面完全粘合的情况，如焊接或胶合。在TIED接触中，主从表面的位移和旋转完全一致，无需定义接触压力。5.1.3嵌入接触适用于模拟一个物体完全嵌入另一个物体的情况，如螺钉嵌入木材。嵌入接触算法自动处理嵌入物体的边界条件，简化了模型的建立。5.1.4示例：表面-表面接触#ABAQUSPythonScriptforSurface-SurfaceContact

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createamodel

modelName='ContactExample'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Definesurfaces

myModel.Surface(name='Master_Surface',side1Edges=edges1)

myModel.Surface(name='Slave_Surface',side1Edges=edges2)

#Definecontactinteraction

myModel.ContactProperty('IntProp')

myModel.Interaction(name='Contact_Interaction',createStepName='Initial')

myMeractions['Contact_Interaction'].includedPairs.setValuesInStep(

stepName='Step-1',useAllstar=ON)

myMeractions['Contact_Interaction'].contactPropertyAssignments.appendInStep(

assignments=((('Master_Surface','Slave_Surface'),('IntProp'),0.0),))

#Definecontactbehavior

myModel.BoundaryCondition(name='BC',createStepName='Step-1',region=Region(

faces=faces3),u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,ur3=UNSET)5.2求解控制参数的调整ABAQUS的求解控制参数允许用户调整求解器的行为，以适应不同类型的分析。关键参数包括时间步长、收敛准则、线性化等。5.2.1时间步长时间步长控制分析的精度和效率。自动时间步长（AUTOMATIC）允许软件根据模型的动态响应自动调整步长，而固定时间步长（FIXED）则在整个分析中保持不变。5.2.2收敛准则收敛准则定义了求解器在迭代过程中停止的条件。ABAQUS提供了多种收敛准则，如位移收敛、力收敛等，用户可以根据分析类型选择合适的准则。5.2.3线性化线性化参数用于控制接触算法的线性化过程，包括增广拉格朗日、罚函数等方法。这些方法影响接触问题的求解效率和精度。5.2.4示例：调整求解控制参数#ABAQUSPythonScriptforAdjustingSolutionControlParameters

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createamodel

modelName='ControlExample'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Defineanalysisstep

myModel.StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.1,maxNumInc=1000,

stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.005)

#Defineconvergencecriteria

myModel.steps['Step-1'].setValues(maxNumIterations=50,initialArcInc=0.01,

maxArcInc=0.1,minArcInc=0.001,

arcLength=ON,continueDampingFactors=ON)

#Definelinearizationmethod

myMeractions['Contact_Interaction'].contactStabilizationMethod=DAMPING_FACTOR

myMeractions['Contact_Interaction'].contactStabilizationMagnitude=0.0055.3收敛性问题的解决策略在ABAQUS中，接触问题的收敛性是常见的挑战。解决收敛性问题的策略包括细化网格、调整接触算法、使用增广拉格朗日方法等。5.3.1细化网格细化接触区域的网格可以提高模型的精度，有助于收敛。但同时也会增加计算量，需权衡精度与效率。5.3.2调整接触算法根据模型的具体情况选择合适的接触算法，如对于大变形问题，使用表面-表面接触算法可能比TIED接触更合适。5.3.3使用增广拉格朗日方法增广拉格朗日方法通过引入额外的约束来改善收敛性，适用于复杂的接触问题。5.3.4示例：解决收敛性问题#ABAQUSPythonScriptforConvergenceIssues

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createamodel

modelName='ConvergenceExample'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Refinemeshincontactregion

myModel.parts['Part-1'].setMeshControls(regions=region1,technique=STRUCTURED,

size=0.01,allowMapped=False)

#DefinecontactinteractionwithAugmentedLagrangemethod

myModel.ContactProperty('IntProp')

myModel.Interaction(name='Contact_Interaction',createStepName='Initial')

myMeractions['Contact_Interaction'].contactStabilizationMethod=AUGMENTED_LAGRANGE

myMeractions['Contact_Interaction'].contactStabilizationMagnitude=0.005

#Adjustconvergencecriteria

myModel.steps['Step-1'].setValues(maxNumIterations=100,initialArcInc=0.001,

maxArcInc=0.01,minArcInc=0.0001,

arcLength=ON,continueDampingFactors=ON)以上示例展示了如何在ABAQUS中使用Python脚本来定义接触算法、调整求解控制参数以及解决收敛性问题。通过这些策略，可以更有效地进行接触问题的仿真分析。6ABAQUS接触问题实例分析6.1平面接触问题的建模与分析6.1.1原理在ABAQUS中，平面接触问题通常涉及两个或多个物体在特定区域内的相互作用。接触分析的核心在于定义接触对，即接触面和目标面，以及接触行为，如摩擦系数、接触压力等。平面接触问题简化了三维接触问题的复杂性，使其在二维空间内进行分析，适用于薄板、薄膜等结构的接触仿真。6.1.2内容定义接触对：在ABAQUS中，接触对由接触面和目标面组成。接触面是主动接触的表面，目标面是被动接触的表面。在平面接触问题中，这些表面通常定义在模型的边界上。设置接触属性：包括定义接触类型（如滑动或粘着）、摩擦系数、接触压力等。这些属性决定了接触面和目标面之间的相互作用方式。施加边界条件和载荷：为了模拟接触行为，需要在模型中施加适当的边界条件和载荷。例如，可以施加位移边界条件来模拟物体的接触和分离。网格划分：合理的网格划分对于接触分析的准确性至关重要。在接触区域，通常需要更细的网格以捕捉接触细节。分析和后处理：运行分析后，可以使用ABAQUS的后处理工具来查看接触压力分布、摩擦力、位移等结果。6.1.3示例假设我们有一个平面接触问题，涉及两个薄板的接触。下面是一个使用Python脚本在ABAQUS中设置平面接触问题的示例：#导入ABAQUS模块

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#创建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#创建第二个薄板

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-2',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

#定义接触对

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-1',side1Edges=p.edges.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-2',side1Edges=p.edges.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

#设置接触属性

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=FINITE,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),),shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,

fraction=0.005,elasticSlipStiffness=None)

#创建接触对

mdb.models['Model-1'].SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',

createStepName='Initial',master='Surface-1',slave='Surface-2',

sliding=FINITE,thickness=ON,interactionProperty='IntProp-1')

#施加边界条件和载荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=Region(p.sets['Set-1']),u1=0.0,u2=0.0,ur3=UNSET,amplitude=UNSET,

fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=Region(p.sets['Set-2']),cf1=100.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#网格划分

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()

#分析设置

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

initialInc=0.1,maxNumInc=100,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,

adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=30,

deltmx=0.03,solutionTechnique=FULL_NEWTON,reformKernel=2,

convertSDI=OFF,utol=0.005,timePeriod=1.0,nlgeom=ON)

#运行分析

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(maxNumInc=100)

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()

#后处理

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=mdb.models['Model-1'])

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(DEFORMED,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step='Step-1',frame=1)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(STRESS,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setPrimaryVariable(variableLabel='S',

outputPosition=INTEGRATION_POINT,refinement=(COMPONENT,'S11'))在这个示例中，我们创建了两个薄板，并定义了它们之间的接触对。我们设置了接触属性，包括摩擦系数，并施加了边界条件和载荷。最后，我们进行了网格划分，设置了分析步骤，并运行了分析。后处理部分展示了如何查看应力结果。6.2维接触问题的仿真与结果解释6.2.1原理三维接触问题在ABAQUS中更为复杂，因为它涉及到三维空间内的接触分析。与平面接触问题类似，三维接触问题也需要定义接触对，但接触面和目标面可以是三维实体的表面。此外，三维接触问题还可能涉及接触面的倾斜、旋转等复杂情况。6.2.2内容定义接触对：在三维模型中，接触面和目标面的定义更为复杂，可能需要使用实体表面或曲面。设置接触属性：三维接触问题的接触属性设置与平面接触问题类似，但可能需要考虑更多的物理参数，如接触面的倾斜角度。施加边界条件和载荷：三维模型中，边界条件和载荷的施加需要考虑三维空间的方向。网格划分：三维模型的网格划分通常比平面模型更密集，尤其是在接触区域，以确保分析的准确性。分析和后处理：三维接触问题的分析结果可能包括接触压力、摩擦力、位移、应力和应变等。6.2.3示例考虑一个三维接触问题，其中包含一个球体和一个平面的接触。下面是一个使用Python脚本在ABAQUS中设置三维接触问题的示例：#创建球体

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.ConstructionLine(point1=(0.0,-100.0),point2=(0.0,100.0))

a.ConstructionLine(point1=(-100.0,0.0),point2=(100.0,0.0))

a.CircleByCenterPerimeter(center=(0.0,0.0),point1=(50.0,0.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a,depth=100.0)

#创建平面

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

a.rectangle(point1=(-100.0,-100.0),point2=(100.0,100.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-2',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.BaseShell(sketch=a)

#定义接触对

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-1',side1Faces=p.faces.findAt(((0.0,0.0,50.0),),))

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-2',side1Faces=p.faces.findAt(((0.0,0.0,0.0),),))

#设置接触属性

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=PENALTY,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),),shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,

fraction=0.005,elasticSlipStiffness=None)

#创建接触对

mdb.models['Model-1'].SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',

createStepName='Initial',master='Surface-1',slave='Surface-2',

sliding=FINITE,thickness=ON,interactionProperty='IntProp-1')

#施加边界条件和载荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=Region(p.sets['Set-1']),u1=0.0,u2=0.0,ur3=UNSET,amplitude=UNSET,

fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=Region(p.sets['Set-2']),cf3=-100.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#网格划分

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()

#分析设置

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

initialInc=0.1,maxNumInc=100,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,

adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=30,

deltmx=0.03,solutionTechnique=FULL_NEWTON,reformKernel=2,

convertSDI=OFF,utol=0.005,timePeriod=1.0,nlgeom=ON)

#运行分析

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(maxNumInc=100)

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()

#后处理

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=mdb.models['Model-1'])

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(DEFORMED,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step='Step-1',frame=1)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(STRESS,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setPrimaryVariable(variableLabel='S',

outputPosition=INTEGRATION_POINT,refinement=(COMPONENT,'S11'))在这个示例中，我们创建了一个球体和平面，并定义了它们之间的接触对。我们设置了接触属性，包括摩擦系数，并施加了边界条件和载荷。最后，我们进行了网格划分，设置了分析步骤，并运行了分析。后处理部分展示了如何查看应力结果。6.3复杂接触问题的高级分析技巧6.3.1原理复杂接触问题可能涉及多个接触对、非线性材料行为、大变形、热效应等。在ABAQUS中，解决这类问题需要更高级的分析技巧和更精细的模型设置。6.3.2内容多接触对分析：在模型中定义多个接触对，以模拟复杂的接触场景。非线性材料模型：使用非线性材料模型，如塑性、超弹性等，以更准确地模拟材料行为。大变形分析：在接触分析中考虑大变形效应，以确保分析结果的准确性。热效应分析：考虑接触过程中的热效应，如摩擦热，这对于热机械耦合问题尤为重要。高级后处理技巧：使用ABAQUS的高级后处理工具，如路径分析、数据导出等，以更深入地理解分析结果。6.3.3示例考虑一个包含多个接触对的复杂接触问题，其中涉及一个带有螺纹的螺栓和一个孔的接触。下面是一个使用Python脚本在ABAQUS中设置复杂接触问题的示例：#创建螺栓模型

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.CircleByCenterPerimeter(center=(0.0,0.0),point1=(10.0,0.0))

a.Line(point1=(0.0,0.0),point2=(0.0,50.0))

a.Line(point1=(0.0,50.0),point2=(20.0,50.0))

a.Line(point1=(20.0,50.0),point2=(20.0,0.0))

a.Line(point1=(20.0,0.0),point2=(0.0,0.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a,depth=100.0)

#创建孔模型

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

a.CircleByCenterPerimeter(center=(0.0,0.0),point1=(12.0,0.0))

a.Line(point1=(0.0,0.0),point2=(0.0,100.0))

a.Line(point1=(0.0,100.0),point2=(200.0,100.0))

a.Line(point1=(200.0,100.0),point2=(200.0,0.0))

a.Line(point1=(200.0,0.0),point2=(0.0,0.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-2',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a)

#定义接触对

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-1',side1Faces=p.faces.findAt(((10.0,0.0,50.0),),))

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-2',side1Faces=p.faces.findAt(((12.0,0.0,50.0),),))

#设置接触属性

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=PENALTY,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),),shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,

fraction=0.005,elasticSlipStiffness=None)

#结果后处理与分析

##结果可视化

在ABAQUS中，结果可视化是通过其后处理模块**Viewer**实现的。这不仅包括基本的位移、应力、应变等结果的显示，还涵盖了接触状态的可视化，如接触压力、接触面积、接触分离等。以下是一个如何在ABAQUSViewer中可视化接触压力的例子：

```python

#加载结果文件

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#打开ODB文件

odb=openOdb('mySimulation.odb')

#创建一个Viewer窗口

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=odb)

#显示接触压力

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(pl