硬接觸的案例
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 [非線性]ABAQUS收斂調整(1):接觸屬性
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 
Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的材料成型仿真模擬比較
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。
展開 血管支架強度/剛度有限元仿真-（1）
3.2各接觸面的接觸設置
表3-2 各接觸面接觸設置
接觸面
接觸類型
約束方法
滑移方式
接觸算法
血管外膜-血管中層
TIE
血管中層-血管內膜
TIE
血管內膜-血小板
TIE
血小板-支架
Surface- Surface
罰剛度算法
有限滑移
法向硬接觸；
切向摩擦系數0.02
支架-氣囊
Surface- Surface
罰剛度算法
有限滑移
法向硬接觸；
切向摩擦系數0.02
血小板-氣囊
Surface- Surface
罰剛度算法
有限滑移
法向硬接觸；
切向摩擦系數0.02
氣囊外表面
Self-Contact
罰剛度算法
有限滑移
法向硬接觸；
切向摩擦系數0.02
3.3載荷及約束的設置
載荷設置
表3-3 載荷設置
作用時間
作用方式
作用位置
載荷大小
0-0.03s
pressure
氣囊內表面
展開 ABAQUS中接觸設置小問題總結
接觸屬性（CONTACT PROPERTY）
包括兩部分：接觸面之間的法向作用和切向作用。
對于法向作用，ABAQUS中接觸壓力和間隙的默認關系是“硬接觸”（HARD CONTACT）。硬接觸：接觸面之間能夠傳遞的接觸壓力大小不受限制；當接觸壓力變為零或負值時，兩個接觸分離，并且去掉相應節點上的接觸約束。
對于切向作用，ABAQUS中常用的摩擦模型為庫侖摩擦，即使用摩擦系數來表示接觸之間的摩擦特性。默認的摩擦系數為零，即無摩擦。庫侖摩擦的計算公式為
τ=μ x p
τ是臨界切向力，μ是摩擦系數，p 是法向接觸壓強（CPRESS）。在切向力達到臨界切應力之前，摩擦面之間不會發生相對滑動。
主面/從面選擇一般性要求：
（1）小面為從面；?
（2）選擇剛度較大的面；
（3）相同剛度（不要僅從彈性模量角度，要從剛度角度，比如大E的殼比小E的塊要軟）的選擇單元粗的作為主面；
（4）主面不能是由節點構成的面，并且必須是連續的。如果是有限滑移，主面在發生接觸的部位必須是光滑的，不能有尖角。
有限滑移和小滑移
有限滑移（FINITE SLIDING） 兩個接觸面之間可以有任意的相對滑動和裝懂，這是定義接觸時的默認特性。在有限滑移的過程中，ABAQUS/STANDARD需要實時地判定從面節點和主面的哪一部分發生接觸，因此計算代價較大。一般在滑移量大于單元尺寸或者需要精確分析時，采用有限滑移。
小滑移（SMALL SLIDING） 兩個接觸面之間只有很小的相對滑動（小于單元尺寸的20%）。
展開 Abaqus飛機起落架扭力臂拓撲優化
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。
由于扭力臂和銷釘有間隙，因此需要進行接觸穩定控制
創建完成后接觸界面如下
創建固定邊界條件
控制RP2自由度
創建負載如下
創建優化任務
創建最小應變能響應
創建體積響應
創建約束條件
提交計算，查看結果
【經典案例欣賞12】榫卯連接預制裝配鋼筋混凝土剪力墻滯回和推覆模擬
項目難點：
1、精細建模；
2、預制部分與現澆部分的接觸設置（法向硬接觸、切向摩擦、粘性行為）；
3、滯回模擬通法設置。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
QQ技術交流群810454323。
單元扭轉過度和變形速度比大于10000、單元畸變、穿透解決方法 ￥28
There are a total of 2 excessively distorted elements
The ratio of deformation speed to wave speed exceeds 1.0000 in at least one element
單元扭轉過度和變形速度比大于10000、單元畸變、穿透解決方法：
大部分情況是接觸設置的問題，單元刪除后內部單元之間無接觸關系，因此會造成侵入問題。
壓縮工況時穿透
沖擊時沖頭與材料發生穿透
單元入侵嚴重
接觸設置后效果圖
每層之間層次分明、無穿透
接觸設定方法
Interaction模塊
1.創建接觸屬性，給定切向和法向接觸行為，摩擦系數為0.3，法向硬接觸
Assembly模塊
對于層合板：創建層合板每層上下表面，以及界面層（0.001mm）的上下表面（注意是mesh面），若為0厚度界面層則不需要創建，QS代表球的外表面，GTS代表支撐夾具上表面，其中ALL代表所有單元的內外表面，創建步驟后續給出；
對于機織復合材料：只需創建QS，GTS，試件上表面以及ALL面。
創建ALL面（所有單元內外表面）
展開 【經典案例欣賞13】節段式無粘結預應力預制裝配橋墩柱滯回模擬
項目難點：
1、精細建模；
2、節段預制混凝土間的接觸設置（法向硬接觸、切向摩擦、粘性行為）；
3、底部節段邊界設置；
4、無粘結預應力筋設置；
5、滯回模擬通法設置。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
ABAQUS制動盤熱力耦合分析（雙制動片） ￥3
求解器：
隱式溫度-位移耦合；打開幾何非線性開關
三種情況下打開非線性開關：幾何非線性（大變形）；材料非線性（非線性材料）；邊界非線性/狀態非線性（接觸）。
最大增量步數：1000；最大溫度變化范圍：10℃。
連接關系構建：
定義切向接觸的摩擦系數：0.1；法向接觸默認硬接觸；摩擦生熱的轉換系數默認為1。
主從面接觸選擇原則：主面選擇大面，從面選擇小面。
接觸狀態為正接觸。
約束：創建一個中心參考點并與制動盤的內孔面創建coupling耦合約束以此來實現后續制動盤轉動的定義。
邊界條件設定：
1.位移邊界條件：制動盤的轉動
2.載荷邊界條件：制動片對制動盤的壓力
3.預定義邊界條件：制動片與制動盤的初始溫度的設定
制動盤的溫度云圖
制動片的溫度云圖
下一帖預告：軋制/旋壓仿真。
展開 基于HUANG晶體塑性模型的三點彎曲案例------案例十
模型的材料屬性分配
3，建立接觸條件：板材與棍子支撐之間法向硬接觸，切向摩擦系數設置為0.2
建立接觸屬性
4，網格劃分對板材和棍子，支撐進行網格劃分，板材網格類型C3D4（保留晶界形狀），棍子支撐C3D8
5，載荷施加：固定下邊支撐，同時對上面的下壓輥施加向下的0.04的位移，其他自由度全部限制為0。
6，提交作業與后處理
三點彎曲位移分布情況
累計塑性應變分布情況
模型的應力分布情況
模型的變形流動方向分布情況
壓接線纜過程的仿真
線纜跟壓接銅套的接觸采用軟接觸，壓接刀具跟壓接銅套的接觸采用硬接觸。
根據對應壓縮比計算出對應的下壓高度，施加合適的載荷計算。
得出壓接成正六邊形的線纜及壓接銅套的應力及變形結果。
同時我們得到內部軟接觸部分的接觸壓力，這里有程序算出的接觸壓力，也可以根據接觸力算出平均的接觸壓力，這些數據可以在之后的壓接電阻計算中用到。
我們計算壓接過程，主要是為了評估壓接形狀對壓接電阻以及長期電流循環的影響。具體如何評估及定義，這是另一個比較專業的課題了。
展開 ABAQUS隨機粗糙度表面地形建模
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。
