ABAQUS-接觸分析中收斂問題的解決方法【轉(zhuǎn)載】

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1、檢查接觸關(guān)系、邊界條件和約束

首先檢查所定義的接觸面、接觸參數(shù)和邊界條件是否正確。

2、消除剛體位移

在靜力分析時，必須對模型中所有實體都定義足夠的約束條件，保證各個平移和轉(zhuǎn)動自由度上都不會出現(xiàn)不確定的剛體位移。各類模型可能出現(xiàn)的剛體位移見下表。

模型類型	剛體位移
三維實體模型	U1,U2,U3;UR1,UR2,UR3
軸對稱模型	U2;UR3
平面應(yīng)力模型	U1,U2
平面應(yīng)變模型	UR3

如果在靜力分析中沒有對剛體位移進(jìn)行定義足夠的約束，得到的分析結(jié)果可能會無法收斂或者雖然能夠到達(dá)到收斂結(jié)果但是在后處理階段會發(fā)現(xiàn)結(jié)果的默認(rèn)縮放比例系數(shù)非常小甚至出現(xiàn)異常數(shù)值錯誤信息。

對于出現(xiàn)的剛體位移時要保證邊界條件、約束和解除關(guān)系是否滿足每個部件的剛體位移和轉(zhuǎn)動

如果需要利用接觸或者摩擦來約束剛體位移，可以在接觸對上設(shè)置微小的過盈量以保證建立起接觸關(guān)系；另一種方法是施加臨時的邊界條件以保證建立接觸關(guān)系之前，模型不會出現(xiàn)不確定的剛體位移；還有一種方法是可以在實體的任意一點和地面之間定義一個很軟的彈簧來約束剛體位移。

具體方法為：

在INTERACTION模塊，點擊Special——Springs/Dashpot——Creat，設(shè)置彈簧類型為Connect points to ground，選擇一個節(jié)點，將Degree of freedom設(shè)置為出現(xiàn)剛體位移的自由度，將Spring stiffness設(shè)置為一個較小的值。如果存在多方向的剛體位移就要分別在對應(yīng)方向上定義一個彈簧。

3、使用綁定約束

如果某一對接觸面的接觸狀態(tài)對整個模型的影響不大,或者這一對接觸面在整個分析過程中都是始終緊密接觸的，可以考慮將它們之間的接觸關(guān)系改為綁定約束( tie)，這樣會有助于消除剛體位移，并且大大減少計算接觸狀態(tài)所需要的迭代。

ABAQUS/CAE操作:Interaction模塊,主菜單 Interaction→Constraint-Create,Type為默認(rèn)的 Tie。

4、正確定義綁定約束和過盈接觸

如果設(shè)置了綁定約束或者過盈接觸，必須讓位置誤差限度略大于主面和從面之間的距離。注意過盈量為負(fù)值。

5、平穩(wěn)地建立接觸關(guān)系

如果在第一個分析步中就把全部載荷施加到模型上，使接觸狀態(tài)的發(fā)生劇烈改變，會有可能造成收斂的困難。因此一般應(yīng)首先定義一個只有很小載荷的分析步，讓接觸關(guān)系平穩(wěn)地建立起來，然后在下一個分析步中再施加真實的載荷。盡管這樣可能需要更多的分析步，但這減小了收斂的困難，會提高求解的效率。

6、細(xì)化網(wǎng)格

細(xì)化從面和主面的網(wǎng)格是解決收斂問題的一個重要方法。過于粗糙的網(wǎng)格會使ABAQUS難以確定接觸狀態(tài)，例如，如果在接觸面的寬度方向上只有一個單元，則常常會出現(xiàn)收斂問題。一般來說，如果從面上有90°的圓角，建議在此圓角處至少劃分10個單元。

7、使用一階單元

如果接觸屬性為默認(rèn)的“硬”接觸，則不能使用六面體二次單元（ C3D20和C3D20R)，以及四面體二次單元（C3D10)，而應(yīng)盡可能使用六面體一階單元。如果無法劃分六面體單元網(wǎng)格，可以使用修正的四面體二次單元（C3D10M)。

8、正確定義主面和從面

1）選擇剛度較大、網(wǎng)格較粗的面作為主面。

2）主面在發(fā)生接觸的部位不要有尖角或大的凹角。

3）如果是有限滑移，則在整個分析過程中，都盡量不要讓從面節(jié)點落到主面之外。

4）如果主面和從面在幾何位置上沒有發(fā)生重疊，則一個面的法線應(yīng)指向另一個面所在的那一側(cè)(對于三維實體，法線應(yīng)該指向外側(cè))。

9、避免過約束

如果在節(jié)點的某個自由度上同時定義了兩個以上的約束條件，就會發(fā)生所謂“過約束”( overconstraint )。可能造成過約束的有以下主要因素。

1）接觸:從面節(jié)點會受到沿主面法線方向的約束。

2）邊界條件。

3）連接單元（ connector )

4）子模型邊界（* SUBMODEL)

5）各種約束，例如耦合約束（ * COUPLING)、剛體約束（ * RIGID BODY)、綁定約束（ *TIE)、旋轉(zhuǎn)周期對稱約束（ * TIE，CYCLIC SYMMETRY)、多點約束（ *MPC)、線性方程約束（ * EQUATION)）等。

過約束的常見警告比如在MSG文件中的警告信息通常軟件會將過約束的位置生成一個集合保存在ODB文件中，我們可以在后處理模塊進(jìn)行相關(guān)顯示來確定過約束的具體節(jié)點位置。

10、謹(jǐn)慎地定義摩擦

對摩擦的計算會增大收斂的難度,摩擦系數(shù)越大,就越不容易達(dá)到收斂。因此如果摩擦對分析結(jié)果影響不大(例如接觸面之間沒有大的滑動),可以嘗試令摩擦系數(shù)為0。但是盡量根據(jù)真實情況進(jìn)行設(shè)置。

11．解決振顫問題

振顫是一種常見的收斂問題,可以考慮以下方面。

1)主面必須足夠大,保證從面節(jié)點不會滑出主面或落到主面的背面

2)使用自動過盈接觸限度

設(shè)置方法：

Interaction模塊,主菜單Interaction→Contact Controls →Create，然后點擊 Continue，選中 Automatic overclosure tolerance,再點擊OK。在Edit Interaction對話框中,將 Contact Controls設(shè)置為已定義的接觸控制名稱。

3）主面應(yīng)足夠平滑，盡量使用解析剛性面，而不要用由單元構(gòu)成的剛性面。

4）如果只有很少的從面節(jié)點和主面接觸，則應(yīng)細(xì)化接觸面的網(wǎng)格，或?qū)⒔佑|屬性設(shè)置為“軟接觸”。

5）如果模型有較長的柔性部件，并且接觸壓力較小，則應(yīng)將接觸屬性設(shè)置為“軟接觸”。