abaqus圓柱接觸分析
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
abaqus圓柱接觸分析的視頻教程
abaqus-接觸分析-圓柱套筒的過盈裝配過程的模擬
圓柱套筒的過盈裝配過程的模擬，有興趣的可以留言，有需要的話后期公開視頻教程。 本案例簡化后的接觸模型如圖所示，壓頭將內圈緩慢地壓入基座中，內圈和基座之間在徑向有 0.07 mm 的過盈適配。假設基座的底部固定，壓頭和內圈之間無摩擦作 用，而內圈和基座之間的摩擦系數為 0.2。內圈和基座的材料特性是：壓頭可看做剛性體。
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直齒圓柱齒輪接觸分析
本課程針對外嚙合直齒圓柱齒輪進行接觸分析，主要包括模型建立、導入workbench、接觸建立、網格細分控制、赫茲接觸次表面應力、網格精度等方面的詳細分析。歡迎大家提問留言。
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詳解abaqus接觸分析之二：abaqus中基于面的接觸詳
詳細講解了abaqus中基于面的接觸行為： 接觸模型 接觸離散化（N-S S-S的接觸原理，優劣勢，選用建議） 接觸施加方法（罰剛度、拉格朗日法的使用方法和注意事項，已經如何通過他們來控制穿透和收斂） 體間相互滑移（有限滑移和小滑移的原理和注意事項） 等。
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abaqus圓柱接觸分析的實例教程
本文運用SolidWorks 三維建模軟件建立齒輪建模，并運用ABAQUS和振動分析理論對模型進行模態分析，用Lanczos算法提取固有頻率，得到齒輪的模態和振型，為優化齒輪的結構設計提供支持。
本文以ABAQUS有限元分析軟件為平臺, 對齒輪進行模態分析, 提取了前6階固有頻率與振型, 通過不同材料和腹板倒角的齒輪選擇，對固有頻率與振型變化趨勢的分析, 為齒輪的結構設計和優化及提供了設計依據, 同時為進一步的動力學分析奠定了基礎。
模態分析的基本理論
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1.基本理論
模態是機械結構的固有振動特性, 指結構在各頻率下的動態響應, 一個系統的動態響應是其若干階模態振型的綜合。
展開 在實際情況下，很多結構都采用螺栓連接的方式，如何考慮螺栓連接、對連接螺栓的分析計算是個難點。目前的常規做法通常有兩種：1.簡化，用RBE2和beam梁來代替螺栓，這樣不能反映連接螺栓真實應力，圖1為某結構連接螺栓簡化的beam梁應力云圖，沒有接觸應力：
.直接做出來螺栓螺紋采用接觸分析，雖然得出的結果很精確，但這樣前處理工作量大（螺栓和螺紋用六面體網格建模）、計算量大（接觸收斂困難），如圖為某結構帶螺紋螺栓和連接件模型（圖2）和計算得出的結果（圖3）：
圖3 計算結果
那么，有什么好辦法可以不用簡化帶螺紋螺栓，不用直接做出帶螺紋螺栓，又能得到足夠精確的結果？
運用大型通用非線性有限元分析軟件Abaqus，只需要在接觸定義中設置跟實際螺紋形狀有關聯的參數，如牙角、螺距、螺栓小徑等，就可以模擬真實的連接螺栓接觸狀況。既可以得到足夠精確的分析結果，又節省了時間專注進行其他的分析設置。如圖4，為連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓：
圖4 連接螺栓接觸來定義帶螺紋螺栓
圖5為某結構直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖：
圖5 某結構直徑10mm帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分部云圖
展開 對于結構分析，這意味著約束了所有平移（也可以選擇包括轉動）自由度。
ABAQUS應用未變形的模型構型以確定哪些從屬節點將被束縛到主控表面上。在默認情況下，束縛了位于主控表面上 給定距離之內的所有從屬節點，這個默認距離是基于主控表面上的典型單元尺度?？梢酝ㄟ^兩種方式使這個默認值失效：通過從被約束的主控表面上指定一個距離，并使從屬節
點位于其中；指定一個包括所有需要約束節點的節點集合。
也可以調整從屬節點，使其剛好位于主控表面上。如果必須調整從屬節點跨過一定的距離，而它是從屬節點所附著的單元側面上一大段長度，那么單元可能會嚴重扭曲，所以應盡可能避免大的調整。
四、在ABAQUS/Standard中定義接觸
在ABAQUS/Standard中定義接觸的 步驟：創建表面——創建接觸相互作用，使兩個可能發生互相接觸的表面成對——定義控制發生接觸表面行為的力學性能模型
4.1 接觸相互作用
每個接觸相互作用必須賦予一種 接觸屬性，在接觸屬性中，包含了 本構關系，如摩擦和接觸壓力與空隙的關系。
當定義接觸相互作用時，必須確定相對滑動的量級是小滑動還是有限滑動，默認的是更為普遍的 有限滑動公式。如果兩個表面之間的相對運動小于一個單元面上特征長度的一個小的比值，那么應用小滑動公式是合適的。在許可的條件下，使用小滑動公式可以提高分析的效率。
4.2 從屬和主控表面
ABAQUS/Standard使用單純主-從接觸算法：在從屬面上的節點不能侵入主控面的某一部分。該算法沒有對主面做任何限制，主面可以在從面的節點之間侵入從面。
展開 如果必要，將分析過程分解成幾個步驟，并緩慢地施加載荷以保證建立良好的接觸條件。
· 一般地，在ABAQUS/Standard中，對每一部分的分析最好采用不同的分析步，即便僅僅是將邊界條件改為加載總是會發現最后所使用的分析步數目要比預期的多，但是模型應該是收斂得更容易。如果在一個分析步中試圖施加上所有的載荷，那么接觸分析是難以完成的。
· 在對結構施加工作載荷之前，在ABAQUS/Standard中的所有部件之間取得穩定的接觸條件。如果有必要，可施加臨時的邊界條件，在后面的階段中可以將它們消除，這些臨時提供的約束不會產生永久變形，不會影響最終結果。
· 在ABAQUS/Standard中，不要對接觸面上的節點施加邊界條件，在接觸的方向上約束節點，如果有摩擦，在任何自由度方向上不要約束這些節點，可能出現
零主元信息。
· 在ABAQUS/Standard中的接觸模擬，總是要盡量采用
一階單元。
· ABAQUS/Explicit提供了兩種不同的模擬接觸算法：通用接觸和接觸對。
· 通用接觸相互作用允許對模型的許多部分或者所有的區域定義接觸；接觸對相互作用描述在兩個表面之間的接觸或在一個單一表面和它自身之間的接觸。
· 應用在ABAQUS/Explicit通用接觸算法中的表面可以跨越多個互不相連的物體，兩個以上表面的面元可以分享同一條邊界。與此相反，應用在接觸對算法中的所有表面必須是連續的并簡單地連接。
· 在ABAQUS/Explicit中，在殼、膜或者剛體單元上的
單側表面必須定義，這樣當表面橫越時法線方向不發生翻轉。
· ABAQUS/Explicit
不能平滑剛性表面。它們是由面元構成，就像單元的面層。
展開 齒輪建模
由于直接在abaqus中建立齒輪的模型比較麻煩，故先在solidworks中建立齒輪的三維模型，然后再導入abaqus中。
圖1 齒輪模型
2. 齒輪邊界約束
對齒輪進行模態分析的目的主要是獲得齒輪不同階下的固有頻率和振型，因而不需要對齒輪進行加載，只需約束其邊界條件，根據齒輪的工作條件，對齒輪的內圓柱面和鍵槽面的x、y、z方向的平動位移進行約束。
3. 齒輪網格劃分
對齒輪進行網格劃分，最大整體尺寸為3，幾何次數選擇線性攝動，選取單元類型為四面體單元C3D4。
有限元結果分析
1. 材料不同
不同材料的彈性模量和泊松比及密度不同，進而會影響到齒輪的固有頻率和振型，本文中選擇灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼、碳鋼和合金鋼。通過模態分析查看不同材料對于齒輪固有頻率的影響，因為低階頻率對于結構的振動影響較大，所以僅取了模態的前6階模態分析結果，圖2是齒輪的振型圖以及最大位移振動變化，由于不同材料的振型圖較多，故只選取碳鋼的齒輪的1、3、5階振型圖作為示意。
一階振型圖
三階振型圖
五階振型圖
圖2 碳鋼齒輪的1、3、5階振型圖
由振型圖可以很直觀的看出齒輪的振動形態，觀察到齒根處和輪齒為齒輪的薄弱環節，在低階情況下，通過分析不同材料齒輪的振型圖，可以發現齒輪的振型主要為扭轉和彎曲振動，齒輪的階數越高，振動的位移越大，齒輪振動越劇烈，噪音越大。表1是不同材料的齒輪在不同階下的固有頻率，并將數據繪制成曲線圖，如圖3所示。
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前處理→求解→后處理，
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用“物品接觸穿透模擬分析”案例，
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視頻教程
<p>靜力學強度分析中，</p><p>經常會遇到結構初始不接觸，會導致計算報<strong>剛體位移</strong>；</p><p>或者自己裝配時<strong>初始穿透</strong>，這個穿透是不需要的；</p><p>還有就是過盈配合，模型初始穿透是需要的；</p><p>還有就是摩擦系數設置不合理，導致收斂困難；</p><p>還有就是動態不穩定，就比如插銷脫離瞬間；</p><p>等等</p>
<p>Abaqus官方幫助文檔中關于sph粒子的接觸設置并不十分明確，只提到了會在將網格轉化為sph粒子時生成一個內部的surface集合進而定義接觸。而直接定義通用接觸的默認設置，即All* with self，則sph粒子僅能與實體單元外表面的一層接觸，表面侵蝕后，內部單元不再與sph粒子接觸。如圖所示：</p><div contenteditable="false" width="100%">
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、掌握鋼軌部件的三維模型繪制
2、理解接觸分析的非線性靜力學分析步的建立
3、學習非線性接觸分析的相互關系的設置
4、了解靜力學網格的劃分
5、學習載荷的施加
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進行鋼軌非線性接觸分析
1、分別建立軸shaft和孔hole的幾何模型：
軸模型
孔模型
2、完成材料屬性的賦予、裝配以及靜力學分析步的施加：
模型裝配
3、在相互作用模組，設置軸外表面和孔內表面之間的面-面接觸，并設置過盈配合：
接觸屬性的設置
面-面接觸設置
4、在載荷模組，固定孔的外表面，給軸施加2mm的軸向位移：
邊界條件施加
5、對模型進行切分，同時對軸和孔劃分網格
1、檢查接觸關系、邊界條件和約束
首先檢查所定義的接觸面、接觸參數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，保證各個平移和轉動自由度上都不會出現不確定的剛體位移。各類模型可能出現的剛體位移見下表。
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
平面應力模型
來源：有限元在線
ABAQUS的非線性主要在有三種：幾何非線性，材料非線性以及接觸非線性。接觸非線性在ABAQUS的有限元計算分析中應用非常廣泛，特別是動態顯式的求解，只要模型中包含兩個以上相互接觸的部件，就要用到接觸非線性。
ABAQUS接觸非線性的設置主要在Interation模塊中完成，設置接觸的屬性時，可以設置摩擦系數，阻尼系數，損壞，失效準則等非線性參數，如圖1所示。
如圖
齒輪是最常用的零部件之一，起到了傳遞扭矩的作用。為了研究齒輪固有頻率和振型的影響因素，改善齒輪的動態特性，齒輪通過與其它齒狀機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩、改變運動方向和改變運動形式等功能。
本文運用SolidWorks 三維建模軟件建立齒輪建模，并運用ABAQUS和振動分析理論對模型進行模態分析，用Lanczos算法提取固有頻率，得到齒輪的模態和振型，為優化齒輪的結構設計提供支持
9.Abaqus接觸分析詳細教程.pdf
1 abaqus2020-三維-顯示分析-單元刪除法模擬裂紋，僅采用通用接觸時，模型中出現明顯穿透，結果不合理！
2 abaqus2020-三維-顯示分析-單元刪除法模擬裂紋，僅采用接觸對接觸時，模型中出現少許穿透，結果相對合理，但不是最理想狀態！
3 abaqus2020-三維-顯示分析-單元刪除法模擬裂紋，同時采用通用接觸+接觸對接觸時，模型中無明顯穿透，結果合理！
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