abaqus中的接觸的案例
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。
展開 abaqus中的關于硬接觸(Hard contact)、及其他接觸
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。
1.硬接觸（Hard contact）的概念
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。兩個表面之間的距離稱為間隙（clearance），ABAQUS判斷兩個表面是否接觸的依據是判斷兩個表面之間的間隙是否為0，當兩個表面之間的間隙變為0時，即認為兩個表面發生了接觸，并在相應的節點上施加接觸約束。
當兩個表面之間發生接觸時，接觸面之間就會殘生接觸壓力，在ABAQUS中，對兩個接觸表面之間能夠傳遞的接觸壓力的大小沒有任何限制。當接觸面之間的接觸壓力變為0或負值時，兩個接觸面分離開來，同時解除相應節點上的接觸約束。這種接觸行為在ABAQUS中稱為硬接觸。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。
2.軟接觸（）
除了硬接觸，其他還有粘性接觸行為（contact adhesive behavior）、軟接觸行為（soften contact behavior）、扣緊（faster）（例如點焊）和粘性接觸阻尼（viscous contact damping）
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。
展開 Abaqus中通用接觸(General contact)和接觸對（Contact Pairs）的區別。
對于大多數的接觸問題，在ABAQUS中有通用接觸（General Contact）和接觸對（Contact Pair）兩種算法處理，它們的異同主要體現在用戶交互、默認設置、可選設置三個方面。
總的來說，通用接觸算法的相互作用主體、接觸屬性、接觸面屬性是可以各自獨立地指定，它提供了一個更有彈性的方法去增加模型中接觸的細節。通用接觸算法允許非常自動化的接觸定義，盡管也可以采用傳統的、類似于接觸對算法的方法去交互式定義。對于傳統的接觸對算法，相對于全部包括式的自接觸（Self-contact），接觸對算法的計算效率可能更高，而且使用CAE也能比較方便地建立接觸對。因而這兩種接觸算法的選擇其實就是一個在接觸定義的便利性和計算效率性之間的平衡，它們之間的差異主要有：
一、通用接觸（General Contact）和接觸對（Contact Pair）的默認設置差異
1、接觸離散方式：通用接觸算法使用有限滑動和面對面的離散方式，而接觸對算法使用有限滑動和點對面的離散方式；
2、對殼的厚度和偏移的處理：通用接觸算法自動考慮，接觸對算法在使用點對面的離散方式時不考慮殼的厚度和偏移；
3、接觸的執行：通用接觸算法采用罰函數方法，接觸對算法在使用點對面的離散方式時采用拉格朗日乘數方法；
4、初始過盈量的處理：通用接觸算法采用無應變調整的方法消除過盈量，接觸對算法將過盈量作為穿透在第一個分析增量步處理；
5、主從面指定：通用接觸算法自動指定，接觸對算法必須由用戶指定。
當接觸對算法采用有限滑動和面對面的離散方式時，就沒有前三個差異了。
展開 【接觸分析】詳述ABAQUS接觸分析（1/2）
必須包含 理想的粘結-滑動摩擦行為的問題中，在ABAQUS/Standard中使用 Lagrange摩擦公式，在ABAQUS/Explicit中使用 動力學摩擦公式。在計算機資源的消耗上，Lagrange摩擦公式更加昂貴，因為對于每個采用摩擦接觸的表面節點，ABAQUS/Standard應用附加的變量，求解速度也是更慢的，一般需要附加的迭代。
ABAQUS/Explicit中摩擦約束的動力學施加方法是 基于預測/修正算法。在預測構形中，應用與節點相關的質量、節點滑動的距離和時間增量來計算用于保持另一側表面上節點位置所需要的力。如果在節點上應用這個力計算得到的切應力大于 τ
crit，則表面是在滑動，并施加了一個相應于 τ
crit的力。在任何情況下，對于在處于接觸中的從屬節點與主控表面的節點上，這個力將導致沿表面切向的加速度修正。
在模型中由于包含了摩擦，所以在ABAQUS/Standard的求解方程中增加了非對稱項，如果 μ
<
0.2
，這些非對稱項的量值和影響都非常小，并且正則、對稱求解器工作效率很好（除非接觸面具有很大的曲率）。對于更高的摩擦系數，將自動地采用 非對稱求解器，因此它將改進收斂的速度。非對稱求解器所需的計算機內存和硬盤空間是對稱求解器的2倍。大的
μ
值通常不會在ABAQUS/Explicit中引起任何困難。
3.4 其他接觸相互作用選項
在ABAQUS中的其他接觸相互作用模型取決于分析程序和使用算法，可能包括粘性接觸行為（contact adhesive behavior）、軟接觸行為（soften contact behavior）、扣緊（fasterner）（例如：電焊）和粘性接觸阻尼（viscous contact damping）。
展開 
ABAQUS中接觸設置小問題總結
對于小滑移的接觸時，ABAQUS/STANDARD在分析的開始就確定了從面節點和主面的哪一部分發生接觸，在整個分析過程中這種接觸關系不會再發生變化。因此，小滑移的計算代價小于有限滑移。推薦在滑移量較小時使用。
ABAQUS接觸問題學習資料心血總結
01 Abaqus-CAE簡介.pdf
05_Abaqus中的接觸建模.pdf
Abaqus接觸分析中出現收斂困難時的常用檢查方法(免費).doc
ABAQUS接觸問題淺析.pdf
用ANSA設置ABAQUS中的過盈接觸
1.問題描述
軸徑大于孔徑的機械配合，稱為過盈配合，配合表面之間的機械接觸，稱為過盈接觸。ANSA作為一款功能強大的前處理軟件，為ABAQUS高度非線性的過盈接觸提供了全面的支持。
2.ANSA中設置ABAQUS過盈接觸示例
過盈接觸屬于緊配合的一種，在工程中應用相對廣泛。在孔與軸，鍵槽與鍵等結構之間，都可能使用了過盈接觸。ABAQUS具有三種定義過盈接觸的方式，ANSA均提供了對應的支持。本文以上圖中的兩個環形結構為例，簡要介紹使用ANSA為ABAQUS設置過盈接觸的方法。
（1） 幾何過盈
在初始的裝配過程中，使結構出現適當的干涉（即過盈量），然后為過盈接觸的兩個面定義一般的接觸關系即可。
（2） 關鍵詞CLEARANCE
模型網格劃分完成后，打開ABAQUS DECK面板，在AUXILIARIES菜單下選擇CONTACT打開CONTACT菜單，單擊右鍵或直接在菜單底部選擇New->CONTACT，創建新的接觸對。
打開接觸對定義窗口，選擇接觸的主、從面ID，以及接觸屬性ID。可以在ANSA相應的輸入域中鍵入“?“，以打開相應輸入項的編輯定義窗口，對相應的項進行創建、編輯或確認。
這種方式只適用于小滑移這種點的相對滑動方式。在接觸類型下選擇點-面接觸或面-面接觸的接觸類型，相應的設置方法與一般接觸設置相同。此外，需要將接觸容差打開，并對其設定恰當的值。考慮到過盈接觸的特性，接觸容差值應為小于零的負值。
展開 ABAQUS中的接觸和約束
?包括:
?解析剛體面 (Abaqus/Standard)
?二維模型(Abaqus/Explicit)
?基于節點的表面
?小滑動
?Rough 或者Lagrange 摩擦 (Abaqus/Standard)
?其他請參看Abaqus Analysis User’s Manual
?Abaqus/Standard 中處理接觸問題需要定義接觸對
?雙面接觸對
?“點對面” 是默認的約束處理方法:
?表面上的節點（從屬表面）接觸其它表面（主控表面）離散化的部分。
?嚴格的主從格式
?另外一種是面對面約束方法
?Abaqus/Standard中使用的嚴格的主/從計算公式具有許多假設
?從屬表面的節點不能穿透到主控表面。
?主控表面的節點可以穿透到從屬表面
?接觸方向通常是主面的法向
?沿著主面法向檢查接觸狀態
?法向接觸力通過法向傳遞。
?摩擦力通過接觸面的切向傳遞.
?接觸中殼厚度的考慮
?默認的，除了finite-sliding, node-to-surface 接觸，Abaqus在接觸計算中考慮殼的厚度.
展開 【接觸分析】詳述ABAQUS接觸分析（2/2）
由于以上差異，所以在一個ABAQUS/Standard分析中定義的接觸不能導入一個ABAQUS/Explicit分析中，反之亦然。
九、小結
· 接觸分析需要一個謹慎的、邏輯的方法。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。
展開 有關ABAQUS接觸問題（轉載為自己整理）
1、塑性材料和接觸面上都不能用C3D20R和C3D20單元，這可能是你收斂問題的主要原因。如果需要得到應力，可以使用C3D8I (在所關心的部位要讓單元角度盡量接近90度)，如果只關心應變和位移，可以使用C3D8R, 幾何形狀復雜時，可以使用C3D10M。
2、接觸對中的slave surface應該是材料較軟，網格較細的面。
3、接觸面之間有微小的距離，定義接觸時要設定“Adjust=位置誤差限度”，此誤差限度要大于接觸面之間的距離，否則ABAQUS會認為兩個面沒有接觸：*Contact Pair, interaction="SOIL PILE SIDE CONTACT", small sliding, adjust=0.2.
4、定義tie時也應該設定類似的position tolerance:
*Tie, name=ShaftBottom, adjust=yes, position tolerance=0.1
5、msg文件中出現zero pivot說明ABAQUS無法自動解決過約束問題，例如在樁底部的最外一圈節點上即定義了tie，又定義了contact, 出現過約束。解決方法是在選擇tie或contact的slave surface時，將類型設為node region, 然后選擇區域時不要包含這一圈節點（我附上的文件中沒有做這樣的修改）。
6、接觸定義在哪個分析步取決于你模型的實際物理背景，如果從一開始兩個面就是相接觸的，就定義在initial或你的第一個分析步中；如果是后來才開始接觸的，就定義在后面的分析步中。邊界條件也是這樣。
7、我在前面上傳的文件里用*CONTROL設了允許的迭代次數18，意思是18次迭代不收斂時，才減小時間增量步（ABAQUS默認的值是12）。
展開 有關ABAQUS接觸問題
1、
塑性材料和接觸面上都不能用C3D20R和C3D20單元，這可能是你收斂問題的主要原因。如果需要得到應力，可以使用C3D8I (在所關心的部位要讓單元角度盡量接近90度)，如果只關心應變和位移，可以使用C3D8R, 幾何形狀復雜時，可以使用C3D10M。
2、
接觸對中的slave surface應該是材料較軟，網格較細的面。
3、
接觸面之間有微小的距離，定義接觸時要設定“Adjust=位置誤差限度”，此誤差限度要大于接觸面之間的距離，否則ABAQUS會認為兩個面沒有接觸：*Contact Pair, interaction="SOIL PILE SIDE CONTACT", small sliding, adjust=0.2.
4、
定義tie時也應該設定類似的position tolerance:
*Tie, name=ShaftBottom, adjust=yes, position tolerance=0.1
5、
msg文件中出現zero pivot說明ABAQUS無法自動解決過約束問題，例如在樁底部的最外一圈節點上即定義了tie，又定義了contact, 出現過約束。解決方法是在選擇tie或contact的slave surface時，將類型設為node region, 然后選擇區域時不要包含這一圈節點（我附上的文件中沒有做這樣的修改）。
6、
接觸定義在哪個分析步取決于你模型的實際物理背景，如果從一開始兩個面就是相接觸的，就定義在initial或你的第一個分析步中；如果是后來才開始接觸的，就定義在后面的分析步中。邊界條件也是這樣。
7、
我在前面上傳的文件里用*CONTROL設了允許的迭代次數18，意思是18次迭代不收斂時，才減小時間增量步（ABAQUS默認的值是12）。
展開 
ABAQUS接觸問題分析
1、塑性材料和接觸面上都不能用C3D20R和C3D20單元，這可能是你收斂問題的主要原因。如果需要得到應力，可以使用C3D8I (在所關心的部位要讓單元角度盡量接近90度)，如果只關心應變和位移，可以使用C3D8R, 幾何形狀復雜時，可以使用C3D10M。
2、接觸對中的slave surface應該是材料較軟，網格較細的面。
3、接觸面之間有微小的距離，定義接觸時要設定“Adjust=位置誤差限度”，此誤差限度要大于接觸面之間的距離，否則ABAQUS會認為兩個面沒有接觸：*Contact Pair, interaction="SOIL PILE SIDE CONTACT", small sliding, adjust=0.2.
4、 定義tie時也應該設定類似的position tolerance:
*Tie, name=ShaftBottom, adjust=yes, position tolerance=0.1
5、 msg文件中出現zero pivot說明ABAQUS無法自動解決過約束問題，例如在樁底部的最外一圈節點上即定義了tie，又定義了contact, 出現過約束。解決方法是在選擇tie或contact的slave surface時，將類型設為node region, 然后選擇區域時不要包含這一圈節點（我附上的文件中沒有做這樣的修改）。
6、接觸定義在哪個分析步取決于你模型的實際物理背景，如果從一開始兩個面就是相接觸的，就定義在initial或你的第一個分析步中；如果是后來才開始接觸的，就定義在后面的分析步中。邊界條件也是這樣。
7、 我在前面上傳的文件里用*CONTROL設了允許的迭代次數18，意思是18次迭代不收斂時，才減小時間增量步（ABAQUS默認的值是12）。
展開 Abaqus接觸問題技巧分析
如果主面在發生接觸的部位存在尖角或凹角，應該在此尖角處把主面分為兩部分來分別定義。對于有單元構成的主面，Abaqus會自動進行平滑處理。
對于小滑移的接觸對，Abaqus/Standard在分析的開始就確定了從面節點與主面的關系，在整個分析過程中這種接觸關系不會再發生變化。
? 接觸面間的幾何尺寸位置和ADJUST參數
如果不做特別設置，Abaqus會直接根據模型尺寸位置來判斷從面和主面的距離，從而確定二者的接觸狀態，這要求建模時模型尺寸非常精確。一般情況下，模型尺寸往往會存在誤差，所以應該利用ADJUST參數來調整從面節點的初始坐標。若果從面節點與主面的距離小于這個參數，Abaqus將調整這些節點的初始坐標，使其與主面的距離為零（剛好接觸）。
? 收斂問題
在進行接觸分析時，難免的會遇到收斂問題，因此，下面主要闡述一下解決接觸分析中的收斂問題的方法。分析無法達到收斂，往往是因為模型中有問題，例如存在剛體位移、過約束、接觸定義不當等，這時應該查看MSG文件，然后采取相應措施。可以考慮以下方法解決收斂問題：
1. 檢查接觸關系、邊界條件和約束
檢查接觸面、接觸參數和邊界條件的定義是否正確，其中包括表面的定義，SET的定義接觸類型的定義，滑移形式的定義等
2. 消除剛體位移
在靜力分析中，必須對模型中所有實體都定義足夠的約束條件，以保證它們在各個平移和轉動自由度上都不會出現不確定的剛體位移。
3. 使用綁定約束
如果某一對接觸面的接觸狀態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系改為綁定約束，這樣會消除剛體位移，并且大大減小計算接觸狀態所需要的迭代。
4.
展開 Abaqus接觸問題技巧分析
如果主面在發生接觸的部位存在尖角或凹角，應該在此尖角處把主面分為兩部分來分別定義。對于有單元構成的主面，Abaqus會自動進行平滑處理。
對于小滑移的接觸對，Abaqus/Standard在分析的開始就確定了從面節點與主面的關系，在整個分析過程中這種接觸關系不會再發生變化。
三、接觸面間的幾何尺寸位置和ADJUST參數
如果不做特別設置，Abaqus會直接根據模型尺寸位置來判斷從面和主面的距離，從而確定二者的接觸狀態，這要求建模時模型尺寸非常精確。一般情況下，模型尺寸往往會存在誤差，所以應該利用ADJUST參數來調整從面節點的初始坐標。若果從面節點與主面的距離小于這個參數，Abaqus將調整這些節點的初始坐標，使其與主面的距離為零（剛好接觸）。
四、收斂問題
在進行接觸分析時，難免的會遇到收斂問題，因此，下面主要闡述一下解決接觸分析中的收斂問題的方法。分析無法達到收斂，往往是因為模型中有問題，例如存在剛體位移、過約束、接觸定義不當等，這時應該查看MSG文件，然后采取相應措施。可以考慮以下方法解決收斂問題：
1. 檢查接觸關系、邊界條件和約束
檢查接觸面、接觸參數和邊界條件的定義是否正確，其中包括表面的定義，SET的定義接觸類型的定義，滑移形式的定義等
2. 消除剛體位移
在靜力分析中，必須對模型中所有實體都定義足夠的約束條件，以保證它們在各個平移和轉動自由度上都不會出現不確定的剛體位移。
3. 使用綁定約束
如果某一對接觸面的接觸狀態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系改為綁定約束，這樣會消除剛體位移，并且大大減小計算接觸狀態所需要的迭代。
4.
展開 有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列35： 接觸求解算法
下面我們將以一個簡單的接觸分析的算例來說明理論和Abaqus實際中的應用。
1.3 接觸分析的算例
1.3.1 Abaqus模型介紹
Abaqus中創建一個桿和一個剛性板接觸的例子。
桿沿x軸方向，左端簡支，剛性板與x軸成45度，固定在空間中，開始時桿的右端正好和剛性板接觸，在桿上加一個往右的拉力，由于桿的右端無法穿過剛性板，只能往上沿著剛性面移動，且移動的位移u1和u2必然相等。也就是約束關系是：
參數如下：
>尺寸：Truss 長度L0=1，截面積A=1。
>材料：Young’s Modulus Em=10， Poisson Ratio 0。
>邊界：左側節點固支。
>載荷：右側節點加集中力F=1。
>接觸：設置桿靠近剛性板的一點和剛性板發生接觸
>網格：劃分為一個Truss單元。
>分析步：靜力分析，打開NLGeom幾何非線性。
1.3.2 Lagrange法
1.3.2.1 理論解
關于桿的幾何非線性的應變和非線性方程的求解的詳細推導可以參考下方的視頻深入淺出有限元2-非線性：基礎理論->Abaqus操作->編程實現
1.3.2.2 仿真結果
Abaqus中設置接觸，切向無摩擦，法向采用Direct算法：
分析后得到：
可發現U1=U2=1.024e-1，和理論沒有任何差異。
1.3.3 Penalty法
1.3.3.1 理論解
這個方程組的解和K相關。
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