连载(23):Abaqus/Standard求解器设定接触面之间的距离或过盈量

文摘   教育培训   2024-07-15 21:58   山东  

在Abaqus/Standard求解器中进行包含接触分析的非线性问题时,经常会遇到各种各样不收敛的问题,除了前面给大家介绍的基本概念以及分析技巧之外,今天再给大家分享一个技巧,通过设置接触面之间的距离容差和过盈量,帮助Abaqus正确建立接触关系,保证分析更容易收敛。

定义两个接触面的距离或过盈量主要有以下三种方法:

(一)根据模型的几何尺寸位置和ADJUST参数

如果不做特别的设置,Abaqus直接根据模型的尺寸位置来判断从面和主面的距离,从而确定二者的接触状态,这就要求在建模时精确地定义接触面的坐标。

模型的尺寸往往会存在数值误差,所以一般应在定义接触时设置一个位置误差限度,用来来调整从面节点的初始坐标,其关键词为:

*CONTACT PAIR, INTERACTION = <接触属性的名称 >, ADJUST = <位置误差限度 >
<从面名称 >,<主面名称 >
其中 <位置误差限度 >的含义为:如果从面节点与主面的距离小于此限度,Abaqus将调整这些节点的初始坐标,使其与主面的距离为0
Abaqus/CAE操作:Interaction模块,主菜单Interaction → Create,在Edit Interaction对话框中选中Specify tolerance for adjustment zone,在其后输入位置误差限度的值。该值根据模型尺寸由用户自行定义,我通常取值为0.01.如图1所示:

图1  指定主面和从面之间的调整距离

在定义绑定约束和接触时,都需要适当地调整从面节点的初始坐标,以保证从面和主面之间建立正确的接触关系。

(二)*CONTACT INTERFERENCE

 *CONTACT INTERFERENCE 来定义过盈接触。此关键词的使用方法为:

*CONTACT PAIR, INTERACTION = <接触属性的名称 >, ADJUST = <位置误差限度 >
<从面名称 >,<主面名称 >
……
*AMPLITUDE,NAME = <幅值曲线的名称 >
……
*STEP
……
*CONTACT INTERFERENCE,AMPLITUDE = <幅值曲线的名称 >
<从面名称 >,<主面名称 >,<过盈量或间隙量 >
……
*END STEP 

其中,参数<过盈量或间隙量 >为负值表示过盈量,正值表示间隙量。使用 *CONTACT INTERFERENCE类似于施加载荷,不能在initial分析步中对其进行定义,而只能在后续分析步中定义。

☆ Abaqus/CAE操作:Interaction模块,主菜单Interaction → Create,点击Edit Interaction对话框底部的Interference fit,如图2所示: 

图2  过盈设置

如果在分析结果中看到,使用 *CONTACT INTERFERENCE所定义的过盈接触没有在模型中起作用,则有可能是以下原因引起的:

 *CONTACT INTERFERENCE不能使用ABAQUS默认的幅值曲线Ramp(从1降至0),而要使用自定义的幅值曲线,使过盈接触的幅值在整个分析步中从01逐渐增大。

如果在Abaqus/CAE模型中两个接触面之间有宽度为t的缝隙,而事实上它们之间应该存在接触关系,则关键词 *CONTACT PAIR中的参数 ADJUST = <位置误差限度 > 必须略大于此缝隙的宽度t,否则Abaqus会认为这两个接触面没有接触,*CONTACT INTERFERENCE 中的参数 <过盈量或间隙量 >不会起作用。

参数<过盈量或间隙量 >为负值才表示过盈接触,正值表示两个面之间存在缝隙。

(三)*CLEARANCE

使用关键词 *CLEARANCE 可以定义两个接触面之间的初始过盈量或间隙量,它只适用于小滑移(small sliding),并且不需要使用ADJUST参数来调整从面节点的位置。Abaqus /CAE不支持关键词 *CLEARANCE,只能手工修改INP文件来添加此关键词,其使用方法为:

*CONTACT PAIR, INTERACTION=<接触属性的名称 >, SMALL SLIDING
<从面名称 >,<主面名称 >
……
*CLEARANCE, SLAVE=< 从面名称>, MASTER=<主面名称>, VALUE=<过盈量或间隙量>

如果过盈接触是通过节点坐标或 *CLEARANCE来定义的,在分析的一开始全部过盈量就会被施加在模型上,而且无法在分析过程中改变过盈量的大小。如果此过盈量太大,Abaqus就可能无法达到收敛,而且即使减小时间增量步也无助于解决此问题。

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