硬接觸
關注創建者：月半元木木 創建時間：2021-12-29
硬接觸的視頻教程
多道軋輥板材軋制成型操作技巧及后處理
接觸屬性設置 將軋輥和板材裝配后定義兩者之間的接觸屬性，分別為 “罰”接觸和“硬”接觸，其中“罰”接觸對軋輥和板材之間的摩擦系數進行添加，此外還需要添加兩者之間的熱傳導等，軋輥和板材之間的接觸設置為通用接觸。 加載載荷情況 在載荷分析里面，首先設置初始的邊界條件：初始溫度場和初始速度場。初始溫度場添加板材溫度為950攝氏度，初始速度場設置板材的初始速度為500mm/s。
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硬接觸的實例教程
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 所以我們的答案: 在出現明顯穿透行為時，而過分細化網格會使的求解效率低下時，可嘗試采用’軟”接觸代替硬接觸來解決模擬中的數值收斂性問題。
方鋼管混凝土短柱軸壓性能模擬 ￥9.99
圖6 設置分析步
圖7 歷程輸出（方便后續在可視化步驟中直接輸出荷載位移曲線）
4、 相互作用
鋼管與墊塊的接觸面采用面面接觸設置，其中法向定義為硬接觸，切向按實際工況賦予0.5的摩擦系數；鋼管與混凝土的接觸面采用面面接觸設置，其中法向定義為硬接觸，切向按實際工況賦予 0.3 的摩擦系數；加載參考點與試件頂部表面通過耦合約束實現荷載傳遞，底部邊界條件設置為固定約束。
5、 計算結果
圖8應力云圖
圖9位移云圖
6、 結論與拓展應用
（1） 模型結論
有限元模型能夠較為準確地模擬方鋼管混凝土短柱的軸壓性能，鋼管壁厚與混凝土強度是控制其破壞的關鍵因素。
（2） 工程建議
在實際工程設計中，可通過增加鋼管壁厚、提高混凝土強度等級來提升構件的軸壓承載力與延性。
（3） 拓展方向
該模擬方法可延伸至方鋼管混凝土長柱、圓鋼管混凝土柱等場景，也可結合反復荷載分析其抗震性能
7、 附件：本案例中的abaqus模型文件（包括cae、odb和inp文件）
展開 圖3成型分析的網格示意圖
三、定義接觸作用
在本文的模擬中，需要定義三個接觸，分別是沖頭與毛柸的接觸、毛柸與夾具的接觸、毛坯與沖模的接觸。下面分別做介紹。
沖頭與毛柸定義為面面接觸方式，主面選擇解析剛體，從面選擇毛柸。在abaqus/standard中，采用單純的主從接觸算法：即從面的節點不允許浸入主面的節點，而對主面的節點沒有進行限制。一般來說，從面和主面的選擇根據兩個原則：一是從面的網格劃分更加的精細；而是從面所在的材料更加的柔軟。因此，本文選擇毛柸為從面，而沖頭為主面。
在主面-從面的屬性中，有法向作用力和切向作用力。在法向接觸中，有多重形式的作用力類型：硬接觸、指數接觸、法向接觸。軟件默認的類型為硬接觸：當兩個面之間的間隙<0時，不存在法向作用力；而當兩個面之間的間隙>0時，存在法向作用力。法向作用力在兩個面之間是不連續、跳躍式的變化。本文選用默認的硬接觸類型。
而切向作用力，一般采用庫倫摩擦來描述接觸面之間的摩擦類型，表達式如下式所示。
其中μ為摩擦系數，p為接觸的法向作用力。在abaqus中，可以設置μ=0，即忽律兩個面之間的切向作用力，選用軟件中的frictionless類型；也可以設置μ≠0，采用相應的接觸算法算法。本文對于沖頭與毛坯的接觸類型采用無摩擦類型的切向接觸方式。
在確定面面接觸時，另一個需要確定的是兩個面之間的滑動關系。在abaqus中存在兩個滑動類型：小滑動（small sliding）和有限滑移（finite sliding）。Small sliding的滑移距離相對于finite sliding的滑移距離更大，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，采用finite sliding 更加合適。在沖頭與毛柸的接觸作用中，采用small sliding的滑動接觸方式。
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</p><p class="ql-align-justify">同時，在層合板內每一相鄰實體層與 Cohesive 層界面之間，自動建立 Surface?to?Surface Penalty 面面接觸對（法向硬接觸、切向罰摩擦系數 0.3），實現層間正應力與剪應力的真實傳遞。該設置還原了文獻中有限厚度模型對最大中心位移和接觸時間更為準確的預測能力。
方鋼管混凝土短柱軸壓性能模擬11個月前
圖6 設置分析步
圖7 歷程輸出（方便后續在可視化步驟中直接輸出荷載位移曲線）
4、 相互作用
鋼管與墊塊的接觸面采用面面接觸設置，其中法向定義為硬接觸，切向按實際工況賦予0.5的摩擦系數；鋼管與混凝土的接觸面采用面面接觸設置，其中法向定義為硬接觸，切向按實際工況賦予 0.3 的摩擦系數；加載參考點與試件頂部表面通過耦合約束實現荷載傳遞，底部邊界條件設置為固定約束。
img.jishulink.com/msimage/202506/4966c44b819cdb7d5e22ad5b7085c5f0.png"></p><p>圖7 歷程輸出（方便后續在可視化步驟中直接輸出荷載位移曲線）</p><p>4、 相互作用</p><p>在混凝土內部設置的拉結筋與混凝土之間通過嵌固約束實現連接；拉結筋與鋼板則通過合并約束形成統一受力整體；混凝土與鋼板的接觸面采用面面接觸設置，其中法向定義為硬接觸
設置球體與粗糙度表面間的相互作用，切向行為設置罰，法向行為設置硬接觸，并在載荷中設置重力并將模型下表面固定。
為模型劃分網格，單元形狀設置為四面體。
提交作業并查看球體在隨機粗糙度表面或特定地形中的運動路徑情況。
2) 相互作用
接觸面的摩擦類型為罰摩擦摩擦系數為0.6，法向行為“硬接觸”，允許接觸后分離。
5.4. 邊界條件
5.4.1. 工況1：結構加載
將模型的底板進行全約束，在上部加載板設置向下10mm的位移。
圖 23 約束加載區域圖
6. CAE結果及討論
6.1. 工況1結構加載評價
6.1.1.
可以細化接觸區域網格; 修改接觸剛度;用軟接觸代替硬接觸
3.仿真中的求解不穩定性問題？
由于abaqus explicit的接觸算法對接觸面的類型有較嚴格的限制,而切削仿真又是一個高度非線性求解過程，這些都會導致求解的不穩定。可以采用細化網格、調節增量步長、采用ALE技術、在接觸中引入阻尼等來完成的。
4.巖石的切削形態如何控制？
定義接觸屬性
只創建接觸屬性，不定義任何參數，代表了創建光滑的硬接觸，接觸面選擇為扭力臂和銷釘的連接處，其中一個設置為tie。
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</div><p>接觸關系主要為球座體和鋼珠以及鋼珠與紙面的面接觸，硬接觸效果與軟接觸不同
此時距離(真實的距離肯定是正的，但我們這邊為了方便取有向距離)
設接觸面法向壓力為p，對硬接觸，當兩個面之間的距離h是0時，壓力p>0。有距離h<0時，沒有接觸關系，此時壓力p為0。
即約束方程為
這是對面上的任意一點。計算機是無法處理面上所有點的問題的，所以也只能劃分成有限單元，得到有限節點之間的關系。
答案：履帶與地面接觸有兩種，硬地面和軟土地面，定義與硬地面接觸時要定義shoe point，定義與軟土地面接觸時要定義grouser mesh
4. 如何設置履帶與土壤(軟土)地形的接觸？
答案：在Assemblyd 的屬性頁面下勾選Pressure—Sinkage，然后打開Contact Parameter就能進入選取土壤類型；
5.
