ABAQUS摩擦接觸的案例
Abaqus子程序系列：FRIC（定義接觸表面的摩擦行為）
abaqus用戶子程序fric，在接觸分析中，定義復雜的摩擦模型，或者在熱力耦合分析中，定義摩擦生熱時，潛力巨大。這里先將子程序相關的基礎知識，進行了整理。后續會更新基于子程序的相關應用案例。
1.概述：
用戶子程序FRIC對應于關鍵字*FRICTION（定義一個摩擦模型。用于將摩擦特性引入表面接觸模型中，來控制接觸表面、接觸對或連接器單元的切向接觸行為。），以及交互界面里的接觸屬性中切向行為的所有內容（除了用戶自定義外，abaqus中可以定義5種類型的摩擦行為（摩擦公式），每個公式中，主要是定義三方面的內容：摩擦因子，剪切應力，彈性滑動（可以恢復的滑動位移））。
用戶子程序FRIC：
可用于定義接觸面間的摩擦行為；
當Abaqus中提供的經典庫侖摩擦模型的擴展版本限制太嚴格，或者需要在接觸面間定義更復雜的切向應力時，可以使用；
當接觸屬性模型包含用戶子程序定義的摩擦時，當接觸點閉合時，接觸對的從屬表面上的節點或者接觸單元的積分點會調用子程序；
每個增量步里的每次迭代，接觸對中，從表面上，處于接觸閉合狀態的節點，會調用子程序。
展開 ABAQUS-靜動態接觸分析中常用材料之間的摩擦系數
ABAQUS-靜動態接觸分析中常用材料之間的摩擦系數
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Abaqus輪-軌接觸摩擦磨損(UMESHMOTION子程序)仿真案例講解 ￥600
[圖片]
綁定、無摩擦與摩擦接觸的對比分析
概述：
接觸是應力分析中的關鍵因素。選擇正確類型的接觸對應力分析的成功至關重要。本案例比較了使用不同類型接觸的模擬結果:粘結接觸、摩擦接觸和無摩擦接觸。結果強調了選擇真實接觸類型的重要性。
目標：
1、比較粘結、無摩擦和摩擦接觸
2、理解選擇正確接觸類型的重要性
步驟：
對梁柱節點建模，考慮梁與柱之間的摩擦接觸
1、打開Ansys Workbench，創建一個"靜力結構"分析，檢查單位。
2、導入幾何圖形(圖1)。
圖 1 螺栓螺紋模型的幾何形狀
對幾何模型進行網格劃分。建議在螺栓和孔洞周圍進行網格加密，以提供足夠的離散精度，準確刻畫幾何形狀。采用線性單元，使總節點數低于學術版軟件許可的限制。設置全局網格尺寸為 25 mm，對螺栓和節點區域采用局部網格尺寸 10 mm，對孔洞采用5 mm 的網格尺寸。網格劃分后的模型示意圖如圖 2 所示。
圖 2 網格模型的示意圖
3、定義各部件之間的接觸關系。軟件會自動在相互鄰近的部件之間設置綁定接觸。將螺栓與孔之間的接觸類型改為無摩擦接觸，其余所有接觸均設置為摩擦接觸，摩擦系數取 0.2。本案例重點考察梁與柱之間的接觸，并采用摩擦接觸進行計算。螺栓預緊力會在梁與柱之間產生壓力，而摩擦接觸可阻止二者發生相對滑移（見圖 3）。
圖 3 梁與柱之間的摩擦接觸
4、定義分析設置并施加邊界條件。
設置兩個分析步：
第一步，施加螺栓預緊力；
第二步，在梁的頂面施加豎向荷載。
邊界條件示意圖如圖 4 所示。施加螺栓預緊力時需要建立局部坐標系，且z 軸需與螺栓軸線保持一致（見圖 5）。
展開 
ANSYS接觸摩擦熱分析
ANSYS接觸摩擦熱分析
例子來源于ANSYS幫助文檔。
分析兩接觸面的摩擦熱，模型如圖1所示。上面的摩擦面一直滑動，與下接觸面摩擦產生熱。分析時采用直接耦合的方法，采用plane13單元，屬于2D耦合場單元，接觸面的目標面采用TARGET169，接觸面采用CONTA171。分析時采用瞬態分析步完成。
圖1
材料、幾何尺寸與載荷約束如圖2所示。
圖2
建模時創建兩個blocks，上面的稱為sliding block，sliding block的下表明為CONTACT AREA，下面的為fixed block，fixed block的上表面為TARGET AREA。
第一個載荷步，sliding block在10MPa的壓力作用下沿著fixed block的上表面滑動3.75mm的距離。滑動過程中產生熱源，并且被兩個block吸收。
定義block單元
ET,1,PLANE13,4 !后面的4表示KOP1系數為4，代表自由度為UX, UY, TEMP
其他過程為定義材料屬性和建模以及定義接觸屬性。
展開 關于摩擦接觸分析
? 用戶可指定KT的值，或使用程序指定的值（KT ＝1% KN)
? 剛性Coulomb 模型:
? 接觸無“粘合”
– 該模型僅適合模型在某固定方向連續滑動時.
? 例如使用研磨輪對部件進行成型加工時.
– u = 0處的不連續等效于無窮大的剛度值.如果滑動停止或方向改變，則會出現收斂困難.
? 在Coulomb模型中，隨著法向壓力的增大，傳遞的最大剪應力也隨之增大.
? 當然，接觸面之間的剪切屈服限制了其剪應力的大小.
? 在某些情況下，接觸表面粘合在一起，即使沒有法向壓力的作用也能提供滑移阻力.
? ANSYS中的一些單元能夠模擬這種現象（使用粘合力COHE).
? 摩擦系數:
? 對于所有的 ANSYS 接觸單元, 摩擦系數 m通過材料屬性MU來指定 . （缺省時 m = 0）
? 滑動時的摩擦系數 m比靜止時的小.
– 滑動時: 動摩擦系數.
– 靜止時: 靜摩擦系數.
? 面－面單元 (171-174)和點－面單元(175)可以指定一個和表面滑動速度相關的動摩擦系數.
展開 輪胎-地面滾動摩擦接觸有限元分析
由于充氣輪胎是由簾線、橡膠、鋼絲圈等組成的復雜結構體, 正常工作狀態下受力復雜, 其結構分析涉及到材料非線性、幾何非線性及輪胎與地面的接觸非線性等復雜問題, 使得對輪胎的各種力學性能的精確分析都非常困難。
1、問題描述
地面假設為剛性面，材料為結構鋼，輪胎的材料模型使用2參數M-R模型，密度為2500，C10=10MPa，C01=2.5E8Pa，D1=1E-5。輪胎和地面的摩擦系數為0.35，輪胎內部承受恒定壓力0.1MPa，并且承受3000N的載荷。輪胎從0-3s，由0RPM加速到68RPM。輪胎的厚度為0.006m。
2、技術路線
3、關鍵步驟
來源：CAE技術聯盟
展開 有限元分析中的接觸和摩擦模擬（一）
3.1 Coulomb摩擦三定律
法國工程師Amontons于1699年提出了兩條基本的摩擦定律。這兩條定律已為實驗所證實，能適用于大多數條件，但是也有一些顯著的例外。
第一定律：摩擦力與兩接觸體表觀接觸面積無關。
實際上，任何表面從微觀上幾乎都是粗糙的，實際接觸面積只占表觀接觸面積的很小一部分，摩擦力的大小僅與實際接觸面積有關。
第二定律：摩擦力tT與法向載荷fN成正比。
式中，μ為常數，即摩擦系數，必須指出，僅僅對于給定的一對接觸滑動材料和一組給定的周圍條件，摩擦系數才是常數。材料不同、周圍條件（溫度、濕度、真空度）不同，摩擦系數也不同。
此外，Coulomb于1785年提出了第三定律，即動摩擦力幾乎與滑動速度無關。
目前有限元軟件中最通用的切向摩擦本構關系是經典Coulomb摩擦模型，該模型體現了以上三個基本定律。也有研究者提出另外一些模型，能夠考慮界面上微觀的力學現象或者摩擦非局部特性。
3.2 摩擦機理
當兩個表面相互壓緊時，會在接觸區的某些部分發生粘著，這是引起摩擦的表面作用的一種形式。如果兩接觸表面產生相對運動，表面的材料微凸體將發生變形和位移來適應相對運動，這種變形和位移將產生運動阻力，這是引起摩擦的表面作用的另一種形式。
當兩個接觸表面相對運動時，材料微凸體可能發生彈性變形、塑性變形或者斷裂。塑性變形總是能帶來能量的耗散，在大多數實際情況下，這種能量損耗占金屬摩擦的大部分。
展開 有限元分析中的接觸和摩擦模擬（四）
接觸的空間搜索和探測判斷是計算接觸力學中的關鍵問題。目前的空間搜索技術已經可以使搜索時間減少到O(NlogN)量級。在接觸探測方面，也已經發展了多種方法，但是在有限滑動情況下，變形體之間的接觸探測難度很大，仍需要研究更加有效的技術。
為克服經典庫倫摩擦定律的不連續性，可以對其規則化，從而得到更加光滑的摩擦本構曲線。規則化的摩擦模型可以類比彈塑性本構關系，建立相應的屈服準則和流動法則，然后采用彈塑性理論中的返回映射方案來計算摩擦力。
原則上，各種有限單元都可用于接觸分析中，但實際計算中通常采用低階單元。因為高階單元會導致等效結點接觸力在角結點和邊結點之間的振蕩，對于接觸狀態的校核和判斷極為不利。為此，一種改進的辦法是采用變結點單元，例如在二維問題中改用在接觸面上不保留邊中結點的7結點單元。另一種替代方案就是采用4結點雙線性單元，該單元能夠描述較大的形狀變化，而且計算效率較高，故在實際分析中較多地采用。但是在積分方案上要注意防止機動模式和剪切鎖死的發生，特別是對于板殼單元更應注意。
雖然拉氏乘子法和直接約束法能夠完美的描述不可侵入條件，但對于汽車車身這種復雜的模型并不是非常合適。拉氏乘子法和直接約束法相當于用主控表面的節點來約束從屬表面的節點，如果從屬表面的節點恰好也是某些剛性單元（例如Abaqus中的*KINEMATIC COUPLING、*COUPLING和*MPC以及Nastran中的RBE2和RBE3 ）的從節點，則相當于該從節點同時被兩個主節點控制，導致求解器報錯。如果從屬表面施加了某些運動約束，這些約束也經常會與接觸約束發生沖突，導致無法求解。
展開 ansys中定義面面之間的無摩擦接觸
定義中間實體，兩邊夾著實體 兩個面的無摩擦接觸，面面之間可以又可以分離，不知道怎么定義接觸好？
是否可以直接定義摩擦系數為0呢。
求救！！！！！！！！！！！！！1
接觸摩擦運動的約束、預應力、載荷加載問題
4、因存在靜摩擦和動摩擦的轉化。怎樣設置轉化的界限？
譬如，可能有三種情況：
㈠ S1靜摩擦，S2靜摩擦
㈡ S1靜摩擦，S2動摩擦
㈢ S1動摩擦，S2動摩擦
剛學ANSYS，請求指點，不勝感激！
圖1
圖2
圖3
有限元分析中的接觸和摩擦模擬（三）
與彈塑性理論進行類比，可以建立屈服函數fs(tT)和相應的屈服準則，如下：
屈服函數fs(tT)可以簡單的表達為：
上式等價于經典庫倫摩擦定律。
利用最大耗散原理，得
然后可以導出塑性滑動的流動法則
此外，還可以得到加載-卸載準則
根據上式可確定參數?.
9 商用有限元軟件中的接觸和摩擦算法
9.1 ABAQUS中的接觸算法
ABAQUS缺省使用拉氏乘子法施加接觸約束，用戶也可選擇使用罰函數或增廣拉格朗日法。在ABAQUS接觸模擬中，要在各個構件上建立表面，定義可能會發生接觸的一對表面（接觸對），然后按照本構關系求出表面間的法向和切向相互作用。
ABAQUS可以自動確定二維和三維實體單元的自由面，并利用它們建立一個表面。對于殼單元和剛性單元，必須指明是正法向的面還是負法向的面。
展開 對摩擦型高強螺栓的長連接接觸分析探討
摩擦型高強螺栓是鋼結構中常用的螺栓連接形式。在設計中認為鋼板之間的拉力完全通過鋼板之間的接觸摩擦力傳遞，不考慮螺桿受剪或受彎，為此，需要在螺栓上施加一定水平的預拉力。對于采用多排螺栓傳遞拉力的鋼板搭接連接，當螺栓排數較多時，螺栓傳力的不平衡性已經得到實驗驗證，但涉及接觸問題的數值計算分析目前尚不多見，本文嘗試通過COSMOS有限元軟件分析拉力在鋼板之間的傳遞規律，希望能對工程應用有所幫助。
附件引用地址：http://www.idnovo.com.cn/article/2010/0311/article_60930.html
對摩擦型高強螺栓的長連接接觸分析探討.doc
展開 有限元分析中的接觸和摩擦模擬（二）
該方法可用于分析無摩擦接觸問題，也可用于大變形摩擦接觸問題。增廣拉格朗日技術可以與Uszawa算法結合在一起使用，在計算流程中使用嵌套的雙重循環，內循環用以處理接觸約束條件，外循環用以更新拉格朗日乘子。嵌套迭代方式增加了總的迭代次數，但是使算法的數值實現變得簡潔。
5 接觸邊界條件和弱形式
5.1 接觸問題的變分形式
因為接觸條件是不等式約束，我們可以導出接觸問題的等效變分不等式形式，位移場的解u必須滿足該不等式。
nastran_patran線接觸摩擦方面分析例1
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nastran_patran線接觸摩擦方面分析例1-1.rar
nastran_patran線接觸摩擦方面分析例1-2.rar
