Abaqus中的接觸問題(非原創)
ABAQUS中一個完整的接觸模擬必須包含兩部分:一是接觸對的定義,其中定義了分析哪些面會發生接觸,采用哪種方法判斷接觸狀態,設定主控面和從屬面等內容;二是接觸面上的本構關系定義。這里我們通過一個例子簡單了解ABAQUS中的接觸分析。
(一)接觸面的法向模型
接觸面之間的相互作用包含兩個部分:一是接觸面的法向作用,二是接觸面的切向作用。ABAQUS對這兩部分是分別定義的。對大部分問題來說,接觸面的行為十分明確,即兩物體只有在壓緊狀態時才能傳遞法向壓力P,若兩物體之間有間隙時不傳遞法向壓力,這種法向行為在ABAQUS稱為硬接觸。這種法向行為在計算中限制了可能發生的穿透現象,但當接觸條件從“開”到“閉”時,接觸壓力會發生劇烈的變化,有時使得接觸計算很難收斂。除了硬接觸外,ABAQUS還包含幾種軟接觸,其實質是在閉合時減慢接觸壓力隨過盈量之間的變化速度。
(二)接觸面的摩擦模型
當接觸面處于閉合狀態(即有法向接觸壓力p)時,接觸面可以傳遞切向應力,或稱摩擦力。若摩擦力小于某一極限值時,ABAQUS認為接觸面處于粘結狀態;若摩擦力大于極限值之后,接觸面開始出現相對滑動變形,稱為滑移狀態。為了合理地設置摩擦模型。注意以下幾個問題:
A極限剪應力:
ABAQUS中默認采用Coulomb定律計算極限剪應力:
。在某些情況下,接觸壓力可能比較大,導致極限剪應力也很大,可能超過能承受的值,此時用戶可指定一個所允許的最大剪應力。
B彈性滑移變形:
在理想狀況下,接觸面在滑移狀態之前是沒有剪切變形的,但這會造成數值計算上的困難,因而ABAQUS引入了一個“彈性滑移變形”的概念,“彈性滑移變形”是指表面粘結在一起時允許發生的少量相對滑移變形。ABAQUS會根據接觸面上單元的長度確定彈性滑移變形(默認為單元典型長度的0.5%,用戶也可自己給定),然后自動選擇罰函數計算方法中的剛度。罰摩擦公式適用于大多數問題,其中包括大部分金屬成型問題。在那些必須包括理想的粘結-滑移摩擦行為的問題中,可以使用“Lagrange”摩擦公式。
下面以一個具體例子說明ABAQUS中接觸問題是如何分析計算的。

上述模型使用的是ABAQUS中的一般接觸。即硬接觸無摩擦。接觸設置一般在初始分析步。需要設置主面和從面,主面的剛度應大于從面的剛度。上述位置誤差限度的含義為:與主面的距離小于此限度的從面節點都會受到綁定約束。由于模型中存在數值誤差,所以一般都應設置這樣一個位置誤差限度。必須讓位置誤差限度略大于主面和從面在模型中的距離,否則這兩個面之間不會建立綁定約束。
計算結果如下圖所示:
可以看出在接觸區域,CPRESS值顯著的區別于沒有接觸的位置。

由于沒有定義塑性,結果是MISES應力值在接觸區域過大,超過了材料的屈服極限。這里我們只是關注接觸的設置及流程,所以關于塑性我們沒做特殊處理在實際中,可能發生塑性的區域都要定義塑性應力應變
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