abaqus 界面接觸的案例
沖壓工藝仿真中界面接觸壓力計(jì)算精度研究
本文基于Dynaform軟件，討論沖壓工藝仿真中網(wǎng)格大小等參數(shù)對(duì)板料―凹模界面接觸壓力計(jì)算精度的影響，并與已有的ABAQUS精細(xì)仿真結(jié)果對(duì)比，獲得二者在接觸壓力上的差異，為工程設(shè)計(jì)仿真參數(shù)提供技術(shù)手段。
數(shù)值仿真模型
為了對(duì)比分析，Dynaform軟件中成形過程建模時(shí)，材料和幾何參數(shù)與ABAQUS數(shù)值模型相一致。本研究采用U形件彎曲成形，其中圓角半徑為5mm，成形深度50mm，模具間隙設(shè)定為板料厚度的5%。如圖1所示，由于U形件的幾何形狀以及施加載荷的對(duì)稱性，本模型只建立二分之一U形件，并通過板料寬向邊界約束設(shè)置，實(shí)現(xiàn)平面應(yīng)變狀態(tài)下的彎曲。
板料選取冷軋雙相鋼DP590，板料厚度為2mm。按照汽車沖壓件工藝仿真的常規(guī)設(shè)置，鋼板假定為彈塑性材料，模具設(shè)定為剛性。由于已知磨損主要發(fā)生在凹模圓角半徑處，因此網(wǎng)格細(xì)分過程只改變板料和凹模圓角處的網(wǎng)格大小。壓邊力按照12MPa施加，板料―模具間庫倫摩擦系數(shù)假設(shè)為0.15。
結(jié)果與討論
圖2是從所建立模型中獲得的界面接觸壓力分布圖，最大接觸壓力主要發(fā)生在凹模圓角區(qū)附近。本研究所涉及的界面接觸壓力都是從該區(qū)域提取的最大值。由于U形件彎曲過程中磨損主要發(fā)生在凸模完全進(jìn)入凹模腔體直壁段之后(即穩(wěn)定階段)，因此，仿真中接觸壓力取行程在22～27mm和39～45mm的兩段，共20幀數(shù)據(jù)，其平均值認(rèn)為是穩(wěn)定階段凹模圓角上的接觸壓力值。
圖1 有限元仿真模型
圖2 凹模圓角區(qū)界面接觸壓力分布
關(guān)鍵的材料、工藝和模具幾何參數(shù)對(duì)板料―凹模圓角界面接觸壓力的影響已在文獻(xiàn)研究中討論過。這里，基于Dynaform軟件，僅討論仿真中殼單元類型、板料和模具網(wǎng)格大小、厚向積分點(diǎn)和虛擬沖壓速度對(duì)板料―凹模圓角界面接觸壓力的影響。
展開 LS-DYNA 中的接觸界面模擬(1)
1 引言
接觸－碰撞問題屬于最困難的非線性問題之一，因?yàn)樵?em>接觸－碰撞問題中的響應(yīng)是不平
滑的。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，垂直于接觸界面的速度是瞬時(shí)不連續(xù)的。對(duì)于Coulcomb 摩擦模型，
當(dāng)出現(xiàn)粘性滑移行為時(shí)，沿界面的切向速度也是不連續(xù)的。接觸－碰撞問題的這些特點(diǎn)給離
散方程的時(shí)間積分帶來明顯的困難。因此，方法和算法的適當(dāng)選擇對(duì)于數(shù)值分析的成功是至
關(guān)重要的。
雖然通用商業(yè)程序LS-DYNA 提供了大量的接觸類型，可以對(duì)絕大多數(shù)接觸界面進(jìn)行合
理的模擬，但用戶在具體的工程問題中，面臨接觸類型的選擇及棘手的接觸參數(shù)控制等問題。
基于以上，本文對(duì)LS-DYNA 中的接觸-碰撞算法作了簡(jiǎn)要的闡述，對(duì)接觸類型作了詳
盡的總結(jié)歸納，并對(duì)接觸界面的模擬提出了一些建議。
2 基本概念
基本概念：“slave”、“master”、“segment”。
在絕大多數(shù)的接觸類型中，檢查slave nodes 是否與master segment 產(chǎn)生相互作用(穿透
或滑動(dòng)，在Tied Contacts 中slave 限定在主面上滑動(dòng))。因此從節(jié)點(diǎn)的連接方式（或從面的
網(wǎng)格單元形式）一般并不太重要。
非對(duì)稱接觸算法中主、從定義的一般原則：
1. 粗網(wǎng)格表面定義為主面，細(xì)網(wǎng)格表面為從面；
2. 主、從面相關(guān)材料剛度相差懸殊，材料剛度大的一面為主面。
3. 平直或凹面為主面，凸面為從面。
有一點(diǎn)值得注意的是，如有剛體包含在接觸界面中，剛體的網(wǎng)格也必須適當(dāng)，不可過粗。
展開 參賽：LS-DYNA中的接觸界面模擬
1 引言
接觸－碰撞問題屬于最困難的非線性問題之一，因?yàn)樵?em>接觸－碰撞問題中的響應(yīng)是不平滑的。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，垂直于接觸界面的速度是瞬時(shí)不連續(xù)的。對(duì)于Coulcomb摩擦模型，當(dāng)出現(xiàn)粘性滑移行為時(shí)，沿界面的切向速度也是不連續(xù)的。接觸－碰撞問題的這些特點(diǎn)給離散方程的時(shí)間積分帶來明顯的困難。因此，方法和算法的適當(dāng)選擇對(duì)于數(shù)值分析的成功是至關(guān)重要的。
雖然通用商業(yè)程序LS-DYNA提供了大量的接觸類型，可以對(duì)絕大多數(shù)接觸界面進(jìn)行合理的模擬，但在具體的工程問題中，面臨接觸類型的選擇及棘手的接觸參數(shù)控制等問題。
基于以上，本文對(duì)LS-DYNA中的接觸-碰撞算法作了簡(jiǎn)要的闡述，對(duì)接觸類型作了詳盡的總結(jié)歸納，并對(duì)接觸界面的模擬提出了一些建議。
2 基本概念
基本概念：“slave”、“master”、“segment”。
在絕大多數(shù)的接觸類型中，檢查slave nodes是否與master segment產(chǎn)生相互作用(穿透或滑動(dòng)，在Tied Contacts 中slave限定在主面上滑動(dòng))。因此從節(jié)點(diǎn)的連接方式（或從面的網(wǎng)格單元形式）一般并不太重要。
非對(duì)稱接觸算法中主、從定義的一般原則：
粗網(wǎng)格表面定義為主面，細(xì)網(wǎng)格表面為從面；
主、從面相關(guān)材料剛度相差懸殊，材料剛度大的一面為主面。
平直或凹面為主面，凸面為從面。
有一點(diǎn)值得注意的是，如有剛體包含在接觸界面中，剛體的網(wǎng)格也必須適當(dāng)，不可過粗。
展開 基于ANSYS經(jīng)典界面的接觸分析例子
從下圖進(jìn)入查看應(yīng)力結(jié)果
在彈出的對(duì)話框中選擇二查看Von Mises應(yīng)力
【OK】后主窗口顯示如下圖
可見，在接觸處應(yīng)力最大，越往外層，應(yīng)力越來越小。這與實(shí)際情況是一致的。
仍舊從這里進(jìn)入，以查看接觸處的情況
可以看到，紅色框內(nèi)提供一系列選項(xiàng)，查看接觸狀態(tài)，滲透情況，接觸壓力，摩擦應(yīng)力，總應(yīng)力，滑動(dòng)距離，間隙距離等等。
下面是接觸處的滲透圖
可見，最大滲透量是0.003226.
下圖是接觸壓力
最后，存盤為file.db。下一篇會(huì)接著恢復(fù)該數(shù)據(jù)庫，做下一個(gè)拔出分析。
LS-DYNA 中的接觸界面模擬(2)
為輸出RCFORC 必須在k 文件
中包含*Database_FCFORC，同時(shí)必須激活接觸控制中的參數(shù)SPR、MPR（Card 1）。注意：
對(duì)于單面接觸， RCFORC 無效。此時(shí)要輸出接觸節(jié)點(diǎn)力， 必須通過
*Contact_Force_Transducer_Penalty 定義力傳感器（force transducers）。力傳感器僅用來輸出
接觸力，對(duì)數(shù)值分析結(jié)果毫無影響。
接觸面的能量通過*Database_Sleout 輸出到ASCII 文件SLEOUT 中。該文件對(duì)于分析每
個(gè)接觸定義的可靠性是很有幫助的。
在某些情況下，有時(shí)需要接觸界面的可視化（如應(yīng)力云圖等），這時(shí)必須通過以下控制
輸出二進(jìn)制的接觸界面文件：
1) *Database_Binary_Intfor；
2) 設(shè)置接觸面的輸出標(biāo)志SPR、MPR；
3) 在執(zhí)行計(jì)算任務(wù)時(shí)，包含選項(xiàng)“s=filename”。
展開 模具強(qiáng)度分析示例#Lsdyna成形分析+界面力接觸力提取 ￥60
模具強(qiáng)度分析示例#Lsdyna成形分析+界面力接觸力提取
原位制備MoO3薄膜提高銅鋅錫硫硒太陽能電池背界面接觸性能
研究發(fā)現(xiàn)，MoO3厚度隨著溫度的升高而增大，其中350°C形成的MoO3厚度最為合適，既能夠有效降低Mo(S,Se)2的厚度，又不影響吸收層和鉬電極接觸，器件最高效率達(dá)到10.58%。這種方法不會(huì)引入其他雜質(zhì)元素，操作簡(jiǎn)單方便。
圖1 不同溫度下退火的Mo層厚度
本工作近期發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9381-1。
：界面接觸力學(xué)與潤(rùn)滑行為的科學(xué)詮釋 - 仿生自適應(yīng)潤(rùn)滑調(diào)控材料
進(jìn)一步，在維持材料表層水化狀態(tài)不變的條件下，對(duì)材料進(jìn)行加熱，發(fā)現(xiàn)承載層凝膠快速發(fā)生相分離進(jìn)而瞬間變硬（模量：~120 MPa），大幅度抑制了滑動(dòng)剪切過程中材料的變形，此時(shí)摩擦對(duì)偶與材料表面接觸點(diǎn)減小，摩擦系數(shù)顯著降低（μ~0.027）。
圖1. 軟質(zhì)凝膠態(tài)（左）和硬質(zhì)玻璃態(tài)（右）下界面接觸力學(xué)行為
通過對(duì)滑動(dòng)界面原位加熱和冷卻，可以實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)的動(dòng)態(tài)可逆調(diào)控，且這種可切換的潤(rùn)滑行為在寬載荷范圍內(nèi)始終是有效的；特別是，研究人員發(fā)現(xiàn)隨著法向載荷的增大，這種典型的潤(rùn)滑調(diào)控行為更加的明顯，界面最大接觸應(yīng)力甚至可達(dá)~7 MPa。理論模擬結(jié)果表明這種顯著的潤(rùn)滑轉(zhuǎn)變行為主要?dú)w因于以模量動(dòng)態(tài)演變?yōu)橹鞯淖赃m應(yīng)接觸機(jī)制，可通過結(jié)合接觸態(tài)演化、非變形耗散和分子鏈機(jī)械俘獲3大機(jī)制得到很好解釋。作為這種智能材料的概念驗(yàn)證，研究人員開發(fā)了智能型水凝膠子 彈進(jìn)行固體穿刺測(cè)試，沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明相變硬化的水凝膠子 彈（同軟態(tài)凝膠子 彈對(duì)比）其穿透力更強(qiáng)，這得益于低摩擦狀態(tài)下界面較小的運(yùn)動(dòng)阻力。最終，研究人員通過結(jié)合界面濕黏附化學(xué)發(fā)展了一種智能潤(rùn)滑貼片，并通過程序化機(jī)械手臂精確測(cè)量了這種智能貼片表面摩擦狀態(tài)的轉(zhuǎn)變信號(hào)；成功將該貼片組裝于運(yùn)動(dòng)模型裝備（如坦克履帶、潛水艇）表面，實(shí)現(xiàn)了基于界面潤(rùn)滑轉(zhuǎn)變行為的運(yùn)動(dòng)行為智能控制。
圖2. MALH智能潤(rùn)滑材料的仿生學(xué)設(shè)計(jì)過程
圖3. MALH智能潤(rùn)滑材料的制備過程和界面潤(rùn)滑調(diào)控機(jī)制
圖4.
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(jiǎn)化，用RBE2和beam梁來代替螺栓，這樣不能反映連接螺栓真實(shí)應(yīng)力，圖1為某結(jié)構(gòu)連接螺栓簡(jiǎn)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(jì)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(jì)算得出的結(jié)果（圖3）：
圖3 計(jì)算結(jié)果
那么，有什么好辦法可以不用簡(jiǎn)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(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)間專注進(jìn)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 ABAQUS界面相生成插件 ￥36
生成COH界面相網(wǎng)格部件
abaqus2020-三維-顯示分析-通用接觸或接觸對(duì)接觸-單元?jiǎng)h除法模擬裂紋，單元穿透問題??！
1 abaqus2020-三維-顯示分析-單元?jiǎng)h除法模擬裂紋，僅采用通用接觸時(shí)，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?jiǎng)h除法模擬裂紋，僅采用接觸對(duì)接觸時(shí)，模型中出現(xiàn)少許穿透，結(jié)果相對(duì)合理，但不是最理想狀態(tài)！
3 abaqus2020-三維-顯示分析-單元?jiǎng)h除法模擬裂紋，同時(shí)采用通用接觸+接觸對(duì)接觸時(shí)，模型中無明顯穿透，結(jié)果合理！
Abaqus視圖界面顯示信息設(shè)置
2.菜單欄Viewport——Viewport Annotation Options...
3.然后彈出下圖中的窗口
4.每條控制界面顯示的地方如下圖所示。
【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(jì)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(gè)表面接觸時(shí)才會(huì)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(gè)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(duì)表面可能發(fā)生彼此接觸，稱之為 接觸對(duì)；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(dòng)”）接觸算法或者 接觸對(duì)算法。通常定義一個(gè)接觸模擬只需簡(jiǎn)單地指定所采用的接觸算法和將會(huì)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(shí)，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(shí)體單元上的接觸面
對(duì)于二維和三維的實(shí)體單元，可選擇部件實(shí)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(shí)必須指明是單元的哪個(gè)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(dòng)包含兩個(gè)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 【接觸分析】詳述ABAQUS接觸分析（2/2）
八、ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比較
在ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中的力學(xué)接觸算法具有本質(zhì)區(qū)別，體現(xiàn)在如何定義接觸條件，主要區(qū)別如下：
· ABAQUS/Standard在施加接觸約束時(shí)應(yīng)用
嚴(yán)格的主從權(quán)重，約束從屬表面的節(jié)點(diǎn)不能侵入主控表面，而主控表面上的節(jié)點(diǎn)原則上可以侵入從屬表面。ABAQUS/Explicit包括這個(gè)公式，但是典型地它默認(rèn)應(yīng)用
平衡主從權(quán)重。
· ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit都提供了
有限滑動(dòng)接觸公式，但是，在ABAQUS/Standard中的二維有限滑動(dòng)公式要求主控表面是光滑的，而在ABAQUS/Explicit的主控表面是由面元構(gòu)成的，除非是光滑的解析剛性表面。
· ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit都提供了
小滑移接觸公式，但是在ABAQUS/Standard中的小滑移公式根據(jù)從屬節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置向主控節(jié)點(diǎn)傳遞載荷，ABAQUS/Explicit總是通過固定點(diǎn)（anchor point）傳遞載荷。
· ABAQUS/Explicit在接觸邏輯中可以考慮殼和膜的當(dāng)前厚度和中面偏移，而ABAQUS/Standard不能夠做到。
· ABAQUS/Explicit
通用接觸算法的許多優(yōu)勢(shì)在ABAQUS/Standard中是不具備的。
由于以上差異，所以在一個(gè)ABAQUS/Standard分析中定義的接觸不能導(dǎo)入一個(gè)ABAQUS/Explicit分析中，反之亦然。
九、小結(jié)
· 接觸分析需要一個(gè)謹(jǐn)慎的、邏輯的方法。
展開 如何利用ABAQUS軟件在CAE界面中完成應(yīng)變軟化子程序的設(shè)置？ ￥5
最近在ABAQUS中開展了CEL大變形分析，其中涉及到應(yīng)變軟化子程序的嵌入，特此將最近的學(xué)習(xí)心得和各位分享一下，為大家避坑。
此文檔為VUSDFLD子程序如何在CAE中激活的步驟詳解，希望可以為有需要的朋友帶來幫助！如果有不正之處也請(qǐng)大家批評(píng)指正（新手小白的瑟瑟發(fā)抖）。
發(fā)現(xiàn)了一些問題，請(qǐng)查看最新版的文件??！
