abaqus 接觸算法的案例
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實現(xiàn)方式研究系列35： 接觸求解算法
從做一個自主的帶三維交互的CAE軟件的角度上來說，前面說的困難還不是最難的，更難的是前處理對幾何體的拓?fù)涞谋磉_(dá)組織和在整個接觸過程中不同時刻點的的兩個離散網(wǎng)格邊界情況的精確設(shè)置和判斷，譬如像Abaqus和Ansys一樣在一個整車的幾萬個零部件模型中自動尋找接觸對，這些都需要精度較高的CAD內(nèi)核才能做到，好的商用CAE都是采用商用的Parasolid、Acis庫來處理的，但對一般的自主CAE開發(fā)者來說價格是難以承受的，這些都嚴(yán)重制約了自主CAE向邊界非線性方向發(fā)展。
本文我們不討論前處理的邊界非線性的處理，僅討論后臺求解器需要做的接觸求解算法，重點還是在如何將接觸后的約束關(guān)系加入到有限元基本方程中，為后面實現(xiàn)帶接觸問題的有限元求解打下基礎(chǔ)。有接觸不一定就是邊界非線性，譬如兩個物體用Tie連接在一起，材料依然是線彈性的，應(yīng)變也沒超過5%，那么我們可以認(rèn)為依然是線性問題，也就不存在邊界非線性了。我們認(rèn)為邊界非線性只是接觸的一種，邊界非線性屬于接觸的一種特殊情況，我們討論的接觸求解算法同樣適用于其它接觸問題。
1.1 整體求解算法
Abaqus Standard的接觸求解的整體流程如下，外層按增量法執(zhí)行，內(nèi)層按迭代法執(zhí)行，其實依然是牛頓迭代的范疇，只不過第二步：Form and solve system of equations與只有幾何非線性的方程不同，此時需要加入接觸的方程的形成和求解。
1.2 包括接觸的有限元方程的組成和求解
無論是否存在接觸，有限元方程的建立都是實際問題的等效。
（1） 在沒有接觸力時
如下圖情況，物體在體外力和面外力作用下變化。
展開 LS-DYNA中的接觸算法及TIEBREAK 接觸
TIEBREAK接觸即為帶有失效的TIE（綁定）接觸類型，在有限元分析中，需要使用這種接觸的場合很多，例如可以用于模擬兩種物體之間的粘接層，也可以用于定義不同工況下兩個物體之間相對運動關(guān)系，甚至可以用于模擬I型裂紋的擴展。尤其是在模擬粘接層時，這種接觸的定義過程比使用粘聚力單元更為簡單方便，主要體現(xiàn)在參數(shù)的選取較少且易得，以及計算效率更高兩方面。
在數(shù)值模型中，普通的接觸類型只能傳遞壓力，相互接觸的部件一旦收到拉力就會互相分離。要傳遞拉力就需要使用綁定接觸。TIE接觸可以在界面之間傳遞壓力和拉力，而TIEBREAK接觸則是在TIE接觸的基礎(chǔ)上增加可選的失效準(zhǔn)則。對于參加了TIEBREAK的節(jié)點而言，還可以參與其他約束類的設(shè)置，例如NODAL_RIGID_BODY， SPOTWELD等。此外，TIE接觸是基于約束的接觸類型，而TIEBREAK接觸則是基于罰函數(shù)的接觸類型。在定義了TIEBREAK接觸之后，界面兩側(cè)的單元無法發(fā)生相對滑移。
1.接觸算法
如下圖所示，對于大多數(shù)的接觸類型（除了面到面接觸），程序?qū)?em>接觸模型的計算都是始于針對接觸對中從節(jié)點和主面段之間相對位置的處理。從節(jié)點具有質(zhì)量；而主面段為三節(jié)點或四節(jié)點，可以使殼單元，也可以是實體單元的一個面。
通過將從節(jié)點沿主面段的法線方向投影，可以在主面段上“收集”到投影后的從節(jié)點。一旦成功收集到從節(jié)點，那么這一對從節(jié)點和主面段就會定義為一個接觸對參加后續(xù)的接觸計算。為了成功搜索到主面段邊界附近的從節(jié)點投影，還可以通過參數(shù)設(shè)置來擴展主面段的面積，如下圖所示。對于普通接觸來說，在每一個循環(huán)步中都會進行了上述的搜索運算，而對于綁定接觸，則只會在程序開始之初運行一次搜索運算。
根據(jù)從節(jié)點到主面段的投影距離可以確定此時兩者的相對狀態(tài)。
展開 【接觸分析】詳述ABAQUS接觸分析（1/2）
〇、概述
接觸模擬的一般目的：確定表面上發(fā)生接觸的面積、計算產(chǎn)生的接觸壓力。
接觸條件：一類特殊的不連續(xù)約束（只有當(dāng)兩個表面接觸時才會有約束產(chǎn)生），允許力從模型的一部分傳遞到另一部分。
一、ABAQUS接觸功能
在ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中的接觸模擬功能具有明顯的差異。
ABAQUS/Standard：基于表面（surface）或者基于接觸單元（contact element），因此，必須在模型的各個部件上創(chuàng)建可能發(fā)生接觸的表面；然后，必須判斷哪一對表面可能發(fā)生彼此接觸，稱之為 接觸對；最后，必須定義控制各接觸面之間相互作用的 本構(gòu)模型，包括諸如摩擦行為等。
ABAQUS/Explicit：可以利用 通用（“自動”）接觸算法或者 接觸對算法。通常定義一個接觸模擬只需簡單地指定所采用的接觸算法和將會發(fā)生接觸作用的表面。在某些情況下，當(dāng)默認(rèn)的接觸設(shè)置不滿足需要時，可以指定接觸模擬的其他方面內(nèi)容，如考慮摩擦的相互作用力學(xué)模型。
二、定義接觸面
表面是由其材料的單元面來創(chuàng)建的。
2.1 實體單元上的接觸面
對于二維和三維的實體單元，可選擇部件實體的區(qū)域來指定部件中接觸表面的部分。
2.2 結(jié)構(gòu)、面和剛體單元上的表面
單側(cè)（single-sided）表面：應(yīng)用時必須指明是單元的哪個面來形成接觸面
雙側(cè)（double-sided）表面：僅在ABAQUS/Explicit中可以用，更為常用。自動包含兩個面和所有
自由邊界，接觸既可以發(fā)生在構(gòu)成雙側(cè)接觸單元的面上，也可以發(fā)生在單元的邊界上。
基于邊界（edge-based）的表面：考慮在模型周圍邊界上發(fā)生接觸。例如：可以用來模擬在殼邊界上的接觸。
展開 RecurDyn接觸算法
RecurDyn接觸算法
接觸計算是一個不斷檢測的過程，在每一個增量步，都需要先通過檢查幾何來判斷接觸狀態(tài)是否存在。在確定接觸狀態(tài)的情況下，根據(jù)穿透深度及其變化來計算接觸力。
1.
幾何表示（Geometry Representation）
在RecurDyn中，根據(jù)接觸類型的不同，幾何有不同的含義，連續(xù)幾何可以為參數(shù)化的線，參數(shù)化的面或簡單幾何體；離散幾何可以是多段線或多片組成的面。
2.
檢測方法（Detecting method）
RecurDyn采用的檢測方法包括Boundary Box Technique和Mapping to Cell Array。
3.
步進算法（Stepping Algorithm）
·
Buffer Radius Factor（緩沖半徑因子）：在接觸物體相互靠近直至兩者間距離小于緩沖半徑因子與Action物體半徑之積時，通過最大步長因子來縮減數(shù)值積分步長。
·
Maximum Stepsize Factor（最大步長因子）：用于縮減最大步長。
4.
計算穿透深度（Compute penetration）
在仿真分析過程中，RecurDyn需要不斷計算接觸深度。
最大穿透深度的設(shè)定是判斷接觸生效與否的一個重要依據(jù)：當(dāng)計算過程中實際的穿透深度小于最大穿透深度時，計算接觸力；一旦檢測到的實際穿透深度大于設(shè)定的最大穿透深度，則接觸失效，將不再計算接觸力。
最大接觸深度的設(shè)置將影響接觸計算的結(jié)果。太大的接觸深度將得到不可信的接觸力，而太小的最大接觸深度也許會導(dǎo)致與實際不符的計算結(jié)果。實際穿透深度受到計算不長、相對速度等的影響，合理設(shè)置仿真參數(shù)是獲得正確結(jié)果的關(guān)鍵。
5.
計算接觸力（Contac Force）
6.
計算摩擦力（Contact Friction）
展開 
DYNA接觸算法——罰函數(shù)法
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展開 【接觸分析】詳述ABAQUS接觸分析（2/2）
（接上篇）
六、在ABAQUS/Explicit中定義接觸
兩種模擬接觸相互作用的算法：
通用接觸（general contact）算法：允許非常簡單地定義接觸，對于接觸表面類型限制很少
接觸對（contact pair）算法：允許模擬一些采用通用接觸算法不能夠模擬的相互作用行為，對于接觸表面的類型有比較嚴(yán)格的限制，常常要求更加小心地定義接觸
通過指定自接觸，默認(rèn)地定義典型的通用接觸相互作用，應(yīng)用ABAQUS/Explicit自動地定義一個基于單元的表面（element-based surface），它包括了在模型中的所有物體。為了細(xì)劃局部接觸區(qū)域，可以包含或者不包含指定的表面對。通過指定每一個單獨的能夠發(fā)生相互作用的表面對，定義接觸相互作用。
6.1 ABAQUS/Explicit接觸的數(shù)學(xué)描述
在ABAQUS/Explicit中接觸的數(shù)學(xué)描述包括約束增強方法、接觸表面權(quán)重、跟蹤搜索和滑移公式。
· 約束增強方法（constraint enforcement method）
罰函數(shù)接觸方法：對于一般的接觸，ABAQUS/Explicit應(yīng)用罰函數(shù)接觸方法強化接觸約束，在當(dāng)前構(gòu)型中尋找“節(jié)點進入表面”和“邊進入邊”的侵徹。ABAQUS/Explicit自動選擇罰函數(shù)剛度，建立接觸力和侵徹距離之間的關(guān)系，使其對時間增量步的影響達(dá)到最小化，并且侵徹是不明顯的。通常的接觸約束也可以應(yīng)用罰函數(shù)接觸方法。它可以模擬某些動力學(xué)方法不能夠模擬的接觸。
動力學(xué)接觸公式：對于表面與表面之間的接觸，ABAQUS/Explicit默認(rèn)使用動力學(xué)接觸公式，應(yīng)用預(yù)測/修正的方法獲得接觸條件下的精確柔度。
展開 接觸約束算法采用動態(tài)約束（kinematic contact）或罰函數(shù)法（penalty contact）
接觸約束算法中采用動態(tài)約束（kinematic contact）或罰函數(shù)法（penalty contact），各位在什么條件下使用的？有什么心得嗎？
LS-DYNA 官方資料 （接觸 墜撞 復(fù)合材料 ALE MPP 預(yù)應(yīng)力 固體單元算法）
Contact Overview in LS-DYNA
Overview_Contact_in_LS_DYNA.pdf
General Modeling Guidelines for Crash Analysis in LS-DYNA
LS-DYNA_guidelines__General_Modeling_Guidelines_for_Crash_Analysis.pdf
Composite Materials Guidelines LS-DYNA?
LS-DYNA_Guidelines__Composite_Materials.pdf
ALE Overview LS-DYNA?
Overview_ALE_in_LS_DYNA.pdf
MPP features (decomposition, pfile, etc.) in LS-DYNA?
Training_LS-DYNA_MPP.zip
Preloads in LS-DYNA?
bolt_preload3.ppt
Review of Solid Element Formulations in LS-DYNA?
Solid_Element_Formulation_Overview.pdf
展開 重新討論此熱點：幾種接觸搜索算法的優(yōu)劣比較 給分鼓勵啊
現(xiàn)在的接觸搜索算法有很多種，現(xiàn)在主要的搜索算法有以下幾種：主從面法，級域法，一體化算法，當(dāng)然還有很多種其他的算法，希望大家積極的討論，介紹一下自己知道的算法，并且比較一下各種算法的優(yōu)劣。
[上海交通大學(xué)]輪胎路面接觸問題及其分片Ritz解法.part1.rar
[上海交通大學(xué)]輪胎路面接觸問題及其分片Ritz解法.part2.rar
[上海交通大學(xué)]輪胎路面接觸問題及其分片Ritz解法.part3.rar
[上海交通大學(xué)]輪胎路面接觸問題及其分片Ritz解法.part3.rar
[上海交通大學(xué)]輪胎路面接觸問題及其分片Ritz解法.part4.rar
[上海交通大學(xué)]輪胎路面接觸問題及其分片Ritz解法.part5.rar
展開 Abaqus帶螺紋螺栓接觸應(yīng)力分析淺析 Abaqus帶螺紋螺栓接觸應(yīng)力分析淺析
目前的常規(guī)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(yīng)力，圖1為某結(jié)構(gòu)連接螺栓簡化的beam梁應(yīng)力云圖，沒有接觸應(yīng)力：
.直接做出來螺栓螺紋采用接觸分析，雖然得出的結(jié)果很精確，但這樣前處理工作量大（螺栓和螺紋用六面體網(wǎng)格建模）、計算量大（接觸收斂困難），如圖為某結(jié)構(gòu)帶螺紋螺栓和連接件模型（圖2）和計算得出的結(jié)果（圖3）：
圖3 計算結(jié)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(jié)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(shè)置跟實際螺紋形狀有關(guān)聯(lián)的參數(shù)，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(jié)果，又節(jié)省了時間專注進行其他的分析設(shè)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(jié)構(gòu)直徑10MM的帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分布云圖：
圖5 某結(jié)構(gòu)直徑10mm帶螺紋的連接螺栓接觸壓力分部云圖
展開 abaqus2020-三維-顯示分析-通用接觸或接觸對接觸-單元刪除法模擬裂紋，單元穿透問題！！
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(xiàn)明顯穿透，結(jié)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(xiàn)少許穿透，結(jié)果相對合理，但不是最理想狀態(tài)！
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(jié)果合理！
基于Abaqus的Newton-Raphson算法
Abaqus/Standard應(yīng)用Newton-Raphson算法解決非線性問題，木木本期就為同學(xué)們“盡可能”全面講解該算法，從Abaqus內(nèi)部算法到數(shù)學(xué)問題中的非線性方程Newton-Raphson算法理論，最后結(jié)合具體非線性方程給出相應(yīng)的代碼，如此一來，更加生動地演繹Newton-Raphson迭代過程。
Abaqusd的Newton-Raphson算法
在Abaqus隱式求解時，將載荷劃分為一定數(shù)量的增量步(increments)施加于結(jié)構(gòu)，每個增量步結(jié)束時尋求近似平衡解，若干次迭代后才能獲得最終平衡解。Abaqus/Standard組合了上述增量和迭代過程。
Abaqus/Explicit中，默認(rèn)情況下時間增量步大小完全是自動選取。在求解非線性問題時，不需要形成切線剛度矩陣，需要的是一個小小的增量步，只依賴與模型的高階自振頻率，與載荷類型和加載時間無關(guān)，無需迭代即可獲得解答。
增量步和迭代步：
Abaqus/Standard可以讓用戶指定初始增量步大小，后繼計算過程中系統(tǒng)會自動選擇增量步的大小，在每個增量步結(jié)束時，結(jié)構(gòu)處于近似的平衡狀態(tài)，將計算結(jié)果，寫入到.odb文件中。
平衡迭代和收斂：
在第一個增量步載荷
中，Abaqus/Standard基于結(jié)構(gòu)的初始構(gòu)形
和結(jié)構(gòu)初始剛度
和
計算關(guān)于結(jié)構(gòu)的位移修正值
，基于
將結(jié)構(gòu)的構(gòu)形更新為
。
展開 【技巧】abaqus輸出通用接觸的某個面的接觸力
INP關(guān)鍵字
*OUTPUT, HISTORY, TIME INTERVAL = 0.1 ##0.1為輸出頻率，如計算時長為1s，需要輸出10步
*INTEGRATED OUTPUT, SURFACE =FACE_NAME ##FACE_NAME是通用接觸設(shè)置中要輸出的接觸面的名稱
SOF ##輸出面接觸力
【Abaqus摩擦約束算法】的類型與應(yīng)用 ￥99.9
</p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202103/imgs/718a3028a0404acf91e4ce8c0a492702"></p><p class="ql-align-center"><strong>Abaqus中的摩擦約束</strong></p><p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify">最具迷惑性的是另外三個選項，實際上這和接觸界面法向約束建立時的算法選擇以及不同求解器是有對應(yīng)關(guān)系的，在幫助文檔里面有非常全面的解釋，下面的導(dǎo)圖和表格是我做的一個簡要總結(jié)，更詳細(xì)的內(nèi)容請參考Abaqus用戶手冊。
展開 Abaqus中通用接觸(General contact)和接觸對（Contact Pairs）的區(qū)別。
對于大多數(shù)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(xiàn)在用戶交互、默認(rèn)設(shè)置、可選設(shè)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(xì)節(jié)。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(tǒng)的、類似于接觸對算法的方法去交互式定義。對于傳統(tǒng)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(rèn)設(shè)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(zhí)行：通用接觸算法采用罰函數(shù)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(shù)方法；
4、初始過盈量的處理：通用接觸算法采用無應(yīng)變調(diào)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(dāng)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。
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