ABAQUS有限元接触分析的基本概念
abaqus七讲：abaqus接触分析
• ABAQUS/Standard中使 用的严格的主/从接触算法。 • 从属表面的节点不能 穿透到主控表面。 • 主控表面的节点可以 穿透到从属表面。
在多数情况下，ABAQUS/Explicit使用平衡的主/从算法。
• 两次应用单纯的主-从接触算法，并平均化。在第二次施加接触 约束时，交换主/从表面。 • 使接触物体之间的侵彻达到最小化。
变形体之间的有限滑动接触 这是最一般类型的接触。
例子：螺纹连接。 • 这些问题一般包含初始的过盈配合
由于过盈精度引起的 接触压力的分布
自接触
单个表面与它自身接触称为自接 触。在ABAQUS的二维和三维模 型中可用。 在分析过中，当表面严重变形时， 使用自接触将非常方便。对于某 些问题，在分析之前不可能确定 单个的接触区域，或者确定接触 区域是非常困难的。 把单个接触表面作为接触对定义 自接触，而不是通过两个不同的 表面定义。
SURF1 (刚体) SURF2
最小主应力云图
例子：橡胶垫片的压缩 (选自 “Self-contact ts: rubber gasket,” ABAQUS例子手册1.1.17 节)
变形体与刚体的接触:
表面之间的有限滑动（大位移）。 变形组件之间的有限应变。
讲接触非线性
概述
• 简介 • 主/从方法和隐含假设 • 定义双面接触概述 • 定义面的规则 • 局部表面行为 • 接触问题中点的相对滑动 • 接触问题中调整初始节点位置
• 接触输出
• 完全约束的接触行为 • 刚体
简介
• 什么是接触?
当两个实体接触时，力通过它们的接触表面传递。 • 在某些情况下，只传递垂直接触表面的力。
定义表面接触属性
*SURFACE INTERACTION选项定义表面接触属性。
第七讲 abaqus接触分析
定义包含接触节点的表面
• 表面定义的限制
接触表面下所有的单元必须协调。它们必须： • 维数相同（二维或三维）。 – 对于二维表面：所有单元为平面的或轴对称的（不可以两种 都有）。 • 插值阶数相同（一阶或二阶）。 • 所有单元为可变形的或所有单元为刚体（不可以两种都有）。 对于ABAQUS/Standard中的主控表面和ABAQUS/Explicit中的所有表 面，还有附加的限制： • 在不离开表面、穿过表面或通过单个点穿越表面的前提下，必须 可以跨过表面中的两个任意的点。
• 在结构单元上定义表面 (壳、薄膜、 刚体、梁)
结构单元的法向表示预期的接触方向。 法向基于单元局部的节点编号。
壳和薄膜 (S4R,S8R,M3D4,等)
• 正的法线方向在 = SPOS 表面。 • 负的法线方向在 = SNEG 表面。
2-D 桁架和梁 (B21,T2D2,等)
在所定义的表面集之内，表面法向的 定义必需一致。
SURF1 (刚体) SURF2
最小主应力云图
例子：橡胶垫片的压缩 (选自 “Self-contact in rubber/foam components: rubber gasket,” ABAQUS例子手册1.1.17 节)
变形体与刚体的接触:
表面之间的有限滑动（大位移）。 变形组件之间的有限应变。
• 基于节点的表面 • 与指定单元表面定义接触表面的方法不同，基于节点 的表面只包含节点。 • 基于节点的表面一般被用作从属表面。
• 基于节点表面的例子：
球：基于单元的 表面 线：基于节点的表面
*SURFACE, TYPE=NODE, NAME=STRINGS STRINGS, *CONTACT PAIR, INTERACTION=SMOOTH STRINGS, BALL
ABAQUS有限元分析方法
一. 有限单元法的基本原理
有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为整。即应用有限元
二 ABAQUS简介
ABAQUS是建立在有限元方法上的强大的工程计算软件。 能解决从简单的线性问题和困难的非线性问题，可以绘画任何 存在的几何形状，而且能够模拟大多数工程材料的行为，是一 个通用的计算工具。 它不仅能解决结构力学问题，而且能够模拟热传导，辐射 和声音传播。它能解决一大批工程实际中所遇到的结构分析问 题，对固体，结构及结构-流体系统做静、动位移和应力进行 线性和非线性分析。 程序包括的单元类型有：桁元、二维平面应力和平面应变 元、三维平面应力元、等参梁元、板/壳元及二维、三维流体 元等。 交异性线弹性、弹塑性材料（包 括等向强化，随动强化和混合强化）等。 ABAQUS是一个模块存贮计算的解题程序。方程是按块处 理的，输入数据分成许多模块，各种复杂的分析都可以通过不 同的模块的组合来处理，因此，它可以求解很大的有限元系统。
ABAQUS/CAE 模块： 用于分析对象的建模，特性及约束条件
的给定，网格的划分以及数据传输等。
1. ABAQUS/CAE前处理模块：
（1）建立几何力学模型。 （2）给模型赋予材料参数。 （3）建立边界条件。 （4）施加载荷。 （5）划分网格。 （6）定义加载步。 （7）形成Input文件。
非对称四点弯曲试验装置图
能解决从简单的线性问题和困难的非线性问题可以绘画任何存在的几何形状而且能够模拟大多数工程材料的行为是一个通用的计算工具
ABAQUS有限元分析方法简介
有限单元法（The Finite Element Method）简称有限元 （FEM），它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。它在工 程技术领域中的应用十分广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学和动 力学问题都可用它求得满意的数值结果。
abaqus第七讲：abaqus接触分析解析
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
简介
• 什么是接触?
当两个实体接触时，力通过它们的接触表面传递。 • 在某些情况下，只传递垂直接触表面的力。
• 如果存在摩擦，沿接触表面的切向传递切向力。
• 一般目标： 确定接触面积和传递的应力。
• 两次应用单纯的主-从接触算法，并平均化。在第二次施加接触 约束时，交换主/从表面。 • 使接触物体之间的侵彻达到最小化。
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
接触方向总是与主控表面垂直。
• 沿主控表面的法向检查接触条件。 • 沿主控表面的法向传递接触力。 • 沿接触表面的切向传递摩擦力。
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
主/从方法和隐含假设
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
• 因为接触表面下面的 实体被离散化，接触 表面也必须被离散化。 接触表面分为: 主面 从面
北京怡格明思工程技术有限公司
北京怡格明思工程技术gh simulation
定义双面接触概述
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
定义接触的三个步骤：
1
定义接触表面。 定义接触对。 定义接触属性。
2
3
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
赫兹接触
接触面之间的相对位移很 小。 分布表面的接触。
ABAQUS接触分析
ABAQUS接触分析
在接触分析中，ABAQUS可以模拟两个或多个物体之间的力学接触行为，并计算出接触面上的接触力、接触压力分布等关键参数。
对于弹性材料，ABAQUS使用接触算法来离散表示接触面，通过求解相应的接触力方程来计算接触力。
对于非弹性材料，ABAQUS使用弹塑性粘弹塑性接触法来模拟接触行为。
在使用ABAQUS进行接触分析时，首先需要定义接触面的集合以及相应的接触属性。
接触面可以由点、线、面或体素集表示。
接触属性包括摩擦系数、弹性刚度、硬化指数等。
然后，需要指定接触算法以及公式，用于计算接触力和接触面的位移。
接下来，需要定义物体的材料属性和边界条件。
材料属性包括弹性模量、屈服强度等。
边界条件包括约束条件、加载条件等。
在进行接触分析时，需要确保物体的几何形状和网格划分是准确和合适的。
完成模型的设置后，可以进行求解计算。
ABAQUS通过迭代方法求解非线性方程组，得到接触力和接触面的位移解。
求解完毕后，可以进行结果的后处理，包括接触力分布的可视化、接触面的位移和应变分布等。
总之，ABAQUS接触分析是一种重要的模拟方法，可以帮助工程师和科学家研究不同物体之间的力学接触行为。
通过合理设置模型参数和边界条件，结合强大的求解算法，ABAQUS可以提供精确和可靠的接触力和位移解，为工程设计和科学研究提供有力的支持。
ABAQUS应用培训-09 接触分析及实例
接触分析方刚2015年7月2015/7/5 1接触•“为什么要定义机械接触？–只有在接触模块中指定接触时，ABAQUS才识别装配件中不同区域之间的接触。
–两个表面物理上的接近不足以建立表面之间的接触关系。
–接触与装配件模块中的接触位置约束是不相关的。
–接触位置约束只是让部件实例正确定位的方法之一。
–可以定义接触模型的法向关系、摩擦和干涉。
接触的实质[K]{U } {P }0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 0 0k3100 0 0 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 0 k 06110 0 0 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 0 0 00 0 k 0 0 0106k0 0 0 0 01160 0 0 0 0 0145 236 7101189123接触操作（Interaction）Interaction1. 不同的接触算法：standard explicit2. 作为一种边界条件，接触定义在不同的step中可以发生变化3. 接触算法还分为Kinematic, Penalty，初学者不用选择4. Surface to Surface, Surface to node5. 主面（master, first）和从面（slace,second）6. 接触体之间的相互作用：摩擦和热传递等设置7. 接触面的间隙调整4 2015/7/5接触–利用接触模块定义并管理以下信息：–模型区域之间或模型区域同它周围模型之间的机械和热接触。
机械接触其它接触(约束)热接触一般和双面接触捆绑约束热膜条件自接触刚体对环境的辐射弹性基础显示体热接触激励器/传感器耦合壳到实体耦合嵌入区域线性多点约束方程接触–例如：壳到实体的耦合–将壳边同实体表面耦合的界面。
接触–在接触模块中还可以定义连接器。
–允许在装配件内的两个点之间或装配件中的点和地面之间定义连接。
–连接器经常同显示体一起使用接触带有摩擦的双面接触带有摩擦的自接触捆绑约束筒子挤压分析过程中的接触定义：未变形状态（左）和变形状态（右）8接触•例子：定义接触的分析步1. 创建接触，并选择接触起作用的分析步。
abaqus第七讲：abaqus接触分析解读
变形体与刚体的接触:
表面之间的有限滑动（大位移）。 变形组件之间的有限应变。
典型例子： 成型模拟 (刚体砧/模具、可变形组件。)
例子：金属成型模拟
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
使用刚体表面减少计算时间
对于两个相互接触的物体，如果其中一个物体比另外的物体刚硬许多， 可以将较为刚硬的物体指定为刚体；如，金属成型过程中的砧。
Innovating through simulation
• 表面定义的限制
接触表面下所有的单元必须协调。它们必须： • 维数相同（二维或三维）。 – 对于二维表面：所有单元为平面的或轴对称的（不可以两种 都有）。 • 插值阶数相同（一阶或二阶）。 • 所有单元为可变形的或所有单元为刚体（不可以两种都有）。 对于ABAQUS/Standard中的主控表面和ABAQUS/Explicit中的所有表 面，还有附加的限制： • 在不离开表面、穿过表面或通过单个点穿越表面的前提下，必须 可以跨过表面中的两个任意的点。
• 完全约束的接触行为 • 刚体
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
简介
• 什么是接触?
当两个实体接触时，力通过它们的接触表面传递。 • 在某些情况下，只传递垂直接触表面的力。
• 如果存在摩擦，沿接触表面的切向传递切向力。
• 一般目标： 确定接触面积和传递的应力。
Innovating through simulation
• 接触例子-间隙接触
用节点与节点接触的方式为 点接触建模。
“Detroit Edison pipe whip experiment,” ABAQUS例子手 册2.1.2节
ABAQUS有限元接触分析的基本概念
CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。
世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。
ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。
它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。
ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。
《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS 建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。
《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。
16.1.1点对面离散与面对面离散【常见问题16-1】在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis-cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surfacediscretization)，二者有何差别?『解答』在点对面离散方法中，从面(slavesurface)上的每个节点与该节点在主面(mastersurface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。
使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。
面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。
可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。
在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。
1）从面网格比主面网格细：点对面离散(图16-1a)和面对面离散(图16-2a)的分析结果都很好，没有发生穿透，从面和主面都发生了正常的变形。
全面介绍ABAQUS有限元分析
全面介绍ABAQUS有限元分析有限元分析软件ABAQUS介绍（一）数值模拟方法介绍一：数值模拟也叫计算机模拟。
它以电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的，节约时间、成本。
数值模拟的基本步骤：（1）建立数学模型--基本守恒方程（2）建立物理问题模型--前处理建模（3）离散方程--选择离散方法和格式（4）求解方程--选择求解算法（5）编制、调试程序（6）研究结果--后处理（7）改进模型或提出指导方案使用软件分析的优势二、有限元软件的介绍三种数值分析方法：有限元方法，有限差分，有限体积方法有限元分析是对结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。
有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。
有限元软件的对比ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。
ABAQUS专注结构分析，目前没有流体模块。
MSC是比较老（1963）的一款软件目前更新速度比较慢。
ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。
结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性价比排名：ADINA，ABAQUS、ANSYS、MSCANSYS与ABAQUS的对比应用领域：1. ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。
2. ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。
其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可求解器功能（1）对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。
abaqus两个面之间的接触间隙
abaqus两个面之间的接触间隙Abaqus是一款强大的有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域。
在实际工程应用中，经常需要对接触问题进行分析和计算，而接触间隙是一个重要的参数。
本文将从Abaqus中的接触分析入手，介绍如何计算两个面之间的接触间隙。
一、接触分析接触分析是指在有限元分析中考虑两个或多个物体之间的接触行为。
在实际工程应用中，接触分析是非常重要的，例如在机械设计中，需要考虑零件之间的接触问题，以保证机械系统的正常运转；在土工工程中，需要考虑地基和地下水之间的接触问题，以评估土体的稳定性。
在Abaqus中，接触分析可以通过接触单元来实现。
接触单元是一种特殊的有限元单元，用于模拟两个或多个物体之间的接触行为。
常见的接触单元包括TIE、CONTAC、SURFACE TO SURFACE等。
在接触分析中，需要定义接触面和接触参数。
接触面是指两个物体之间接触的表面，接触参数是指接触行为的一些物理参数，例如摩擦系数、弹性模量等。
二、接触间隙接触间隙是指两个接触面之间的距离，也可以理解为两个物体之间的间隔距离。
在实际工程应用中，接触间隙是一个非常重要的参数。
例如在机械设计中，如果两个零件之间的接触间隙过大，会导致机械系统的运转不稳定；如果接触间隙过小，会导致零件之间的摩擦力过大，从而加速零件的磨损和损坏。
在Abaqus中，可以通过输出接触力和位移来计算接触间隙。
接触力是指两个接触面之间的作用力，可以通过接触分析计算得到；位移是指两个接触面之间的相对位移，也可以通过接触分析计算得到。
接触间隙可以通过位移来计算，即两个接触面之间的距离等于初始距离减去相对位移。
三、计算接触间隙的方法在Abaqus中，可以通过Python脚本来计算接触间隙。
Python 脚本是Abaqus的一个重要特性，可以通过编写脚本来实现自动化计算和数据处理。
下面介绍一种计算接触间隙的Python脚本。
1. 定义接触面和接触参数在进行接触分析之前，需要定义接触面和接触参数。
abaqus第七讲：abaqus接触分析学习资料
ABAQUS不需要求解刚体的变形。 在参考点，最多利用六个自由度就可以模拟刚体的运动。
有三种方法，可以以几何的方式定义刚体表面：
定义解析刚体表面。 使用单元类型组合定义刚体（包括刚体单元），并将物体声明为刚
接触是严重不连续形式的非线性行为,是一类特殊的不连续约束。 • 或者施加约束（表面不可以互相穿透），或者忽略约束。
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
• 为什么要定义接触？
除非用户指定可能会接触的表面和/或节
点，ABAQUS现在还不能检测接触。
北京怡格明思工程技术有限公司
体（一般刚体功能）。 写用户子程序(RSURFU)定义表面 (只有ABAQUS/Standard可用)。
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
主/从方N 法和o隐含假设 Image
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
• 可以用单元集的名字或单元号 指定表面。
*SURFACE, NAME=ASURF
SLIDER, S1 *SURFACE, NAME=BSURF BLOCK, S3
接触发生在单元集SLIDER的底部 (S1) 接触发生在单元集的BLOCK顶部 (S3)
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
Innovating through simulation
接触方向总是与主控表面垂直。
abaqus第七讲：abaqus接触分析
王慎平
接触非线性
北京怡格明思软件技术有限公司
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
概述
• 简介 • 主/从方法和隐含假设 • 定义双面接触概述 • 定义面的规则 • 局部表面行为 • 接触问题中点的相对滑动 • 接触问题中调整初始节点位置
• 接触输出
*SURFACE, NAME=SURF1 BOTTOM, SPOS TOP, SNEG
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
• 解析刚体表面
所有的刚体表面将被作为主控表面；刚体表面的自由度与刚体的参 考节点相关联，而不是表面上的点。 使用*SURFACE选项，有三种可用的解析表面： • 使用TYPE=SEGMENTS定义二维刚体表面。 • 使用TYPE=CYLINDER定义三维刚体表面，在垂直于平面方向 无限延伸。 • 使用TYPE=REVOLUTION定义旋转的三维表面。
• 两次应用单纯的主-从接触算法，并平均化。在第二次施加接触 约束时，交换主/从表面。 • 使接触物体之间的侵彻达到最小化。
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
接触方向总是与主控表面垂直。
• 沿主控表面的法向检查接触条件。 • 沿主控表面的法向传递接触力。 • 沿接触表面的切向传递摩擦力。
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
定义双面接触概述
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
定义接触的三个步骤：
ABAQUS培训5分析步接触和载荷
ABAQUS培训5分析步接触和载荷一、分析步分析步是指有限元分析过程中的时间或负荷变化。
ABAQUS中的分析可以分为静力学和动力学两种类型。
静力学分析步只涉及到几何非线性，而动力学分析步还需要考虑时间非线性。
1.静力学分析步静力学分析步通常用于研究结构在静止状态下的响应。
在ABAQUS中，静力学分析步可以分为线性和非线性两种类型。
-线性静力学分析步：结构在该步骤中的响应是线性的，不考虑材料和几何的非线性影响。
这种类型适用于小变形和线弹性材料。
-非线性静力学分析步：结构在该步骤中的响应可能涉及材料的非线性（如塑性变形）和几何的非线性（如大变形）等。
这种类型适用于大变形和非线弹性材料。
2.动力学分析步动力学分析步用于研究结构在时间上的响应。
ABAQUS中的动力学分析可以分为随机载荷和非随机载荷两种类型。
-随机载荷分析步：通过对结构施加随机载荷，研究结构的动态响应。
在ABAQUS中，可以定义不同的随机载荷，并对这些载荷施加到结构上。
-非随机载荷分析步：通过对结构施加已知的非随机载荷，研究结构的动态响应。
非随机载荷可以是恒定的或者变化的。
二、接触接触分析是指模拟两个或多个物体之间的接触行为。
接触问题在实际工程问题中十分常见，如零件之间的摩擦、密封件的接触等。
ABAQUS中的接触问题可以通过定义接触属性和接触条件来解决。
1.接触属性接触属性包括摩擦系数、间隙、刚度等参数。
通过定义接触属性，可以模拟接触界面的物理行为，如有无摩擦、有无间隙等。
2.接触条件接触条件是指在接触问题中需要满足的条件。
ABAQUS中可以定义各种接触条件，如接触对（包括主-从接触对和支撑接触对）、接触方式（面对面、点对面、面对线等）等。
三、载荷载荷是指施加到结构上的力、热、压力等作用。
在ABAQUS中，可以通过定义载荷的方式来施加不同类型的载荷。
1.力载荷力载荷是指施加到结构上的力。
ABAQUS中可以定义不同类型的力载荷，如点力、面力、体力等。
ABAQUS有限元软件入门指南
ABAQUS有限元软件入门指南首先，了解ABAQUS的基本概念非常重要。
ABAQUS是一个由Dassault Systèmes公司开发的商业有限元分析软件。
它能够模拟各种复杂的力学问题，如固体力学、热力学、流体力学等。
ABAQUS采用有限元方法，将复杂的连续介质分割为许多小单元，并在每个单元上进行力学计算。
ABAQUS还提供了一系列强大的后处理功能，可以用于分析和可视化结果。
在开始使用ABAQUS之前，有几个重要的预备知识需要了解。
首先是有限元的基本原理。
有限元分析使用数学方法将实际问题的连续域转化为离散的单元网格，并在每个单元上进行力学计算。
了解有限元的基本原理是使用ABAQUS的基础。
其次，需要熟悉ABAQUS的用户界面。
ABAQUS提供了一个交互式的图形用户界面，用户可以使用菜单和工具栏来完成模型的创建、加载和求解等操作。
通过熟悉用户界面，用户可以更方便地进行模型构建和分析。
接下来，需要了解ABAQUS的模型构建过程。
模型构建是使用ABAQUS的关键步骤之一、它涉及到定义几何形状、材料特性和边界条件等。
在此过程中，需要使用ABAQUS提供的各种建模工具和命令进行操作。
了解如何正确地构建模型是使用ABAQUS的关键。
模型构建之后，需要定义模型的材料特性和边界条件。
材料特性包括材料的弹性模量、泊松比和密度等。
边界条件包括加载方式和约束条件。
在ABAQUS中，用户可以通过输入参数来定义这些特性和条件。
在模型构建和定义边界条件之后，可以进行模型求解。
模型求解是使用ABAQUS的最重要的一步。
在此过程中，ABAQUS将根据输入的模型参数和边界条件进行力学计算，并得到结果。
求解过程可能需要较长的时间，具体取决于模型的复杂性和计算机的性能。
模型求解完成之后，可以对结果进行后处理。
ABAQUS提供了各种后处理工具，可以用于分析和可视化结果。
用户可以对结果进行剖面图、云图和变形动画等处理，以直观地展现模型的行为。
Abaqus有限元接触分析的基本概念
Abaqus有限元接触分析的基本概念16.1.1 点对面离散与面对面离散【常见问题16-1】在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis- cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surface discretization)，二者有何差别?『解答』在点对面离散方法中，从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。
使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。
面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。
可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。
在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。
1）从面网格比主面网格细：点对面离散(图16-1a)和面对面离散(图16-2a)的分析结果都很好，没有发生穿透，从面和主面都发生了正常的变形。
2）从面网格比主面网格粗：点对面离散(图16-1b)的分析结果很差，主面节点进入了从面，穿透现象很严重，从面和主面的变形都不正常；面对面离散(图16-2b)的分析结果相对较好，尽管有轻微的穿透现象，从面和主面的变形仍比较正常。
从上面的例子可以看出，在为接触面划分网格时需要慎重，无论使用点对面离散还是面对面离散，都应尽量保证从面网格不能比主面网格粗。
关于从面和主面的选择方法，请参见《实例详解》第5.2.2节“定义接触对”。
选用离散方法时，还应考虑以下因素。
1）一般情况下，面对面离散得到的应力和压强的结果精度要高于点对面离散。
2）面对面离散需要分析整个接触面上的接触行为，其计算代价要高于点对面离散。
一般情况下，二者的计算代价相差不是很悬殊，但在以下情况中，面对面离散的计算代价将会大很多：① 模型中的大部分区域都涉及到接触问题。
ABAQUS有限元分析方法
ABAQUS有限元分析方法ABAQUS是一种广泛使用的有限元分析软件，它可以用于计算和模拟复杂的实际工程问题。
ABAQUS能够解决结构力学、热力学、电磁学、流体力学、多物理场等各类问题，具备强大的建模和分析能力。
本文将介绍ABAQUS的有限元分析方法，包括其基本原理、建模流程、边界条件的设置以及结果分析等内容。
有限元分析方法是一种通过将连续物体离散为有限个小单元来近似求解连续介质中的物理场分布和结构行为的方法。
它基于连续介质力学、力学平衡方程和边界条件等理论，通过在每个单元内进行离散近似，将大问题分解为由离散单元组成的小问题，然后通过求解这些小问题得到整个问题的近似解。
ABAQUS的建模流程主要包括几何建模、边界条件的设置、网格划分和材料定义等步骤。
几何建模是指在ABAQUS软件中创建所需分析的几何形状，可以通过绘制直线、圆弧、曲线或导入CAD模型等方式进行。
边界条件设置则是指为模型的一些面或点施加边界条件，包括固定支撑、施加力、约束等。
网格划分是指将模型中的连续介质离散化为有限个小单元，ABAQUS可以进行自动网格划分或手动划分网格。
材料定义是指为模型中的每个单元指定材料属性，例如弹性模量、泊松比、密度等。
在边界条件设置和材料定义完成后，可以对模型进行加载和求解。
首先，需要指定施加在模型上的加载条件，例如力、温度、电场等。
然后，在分析控制命令下选择适当的解析方法和参数，启动求解器对模型进行计算。
ABAQUS的求解器可以是显式求解器或隐式求解器，根据具体的问题选择合适的求解器类型。
计算完成后，可以对结果进行后处理，包括生成应力、应变分布图、振动模态分析、疲劳分析等。
在进行有限元分析时，需要注意选择合适的单元类型和网格密度。
ABAQUS提供了多种类型的单元，例如线性单元、三角形单元、四边形单元、六面体单元等，根据几何形状和物理场的特点选择合适的单元类型。
网格密度决定了分析结果的精度和计算时间，通常需要进行网格收敛性分析，即逐步增加网格密度，直到结果在精度和计算时间之间达到平衡。
第七讲 abaqus接触分析分解
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
• 基于节点的表面 • 与指定单元表面定义接触表面的方法不同，基于节点 的表面只包含节点。 • 基于节点的表面一般被用作从属表面。
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
定义表面
• 利用*SURFACE选项定义表面。 • 利用每个单元集的表面标识符 指定面。 • 可以用单元集的名字或单元号 指定表面。 *SURFACE, NAME=ASURF
SLIDER, S1 *SURFACE, NAME=BSURF BLOCK, S3
Innovating through simulation
• ABAQUS/Standard中使 用的严格的主/从接触算法。 • 从属表面的节点不能 穿透到主控表面。 • 主控表面的节点可以 穿透到从属表面。
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
在多数情况下，ABAQUS/Explicit使用平衡的主/从算法。
接触发生在单元集SLIDER的底部 (S1) 接触发生在单元集的BLOCK顶部 (S3)
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
定义表面接触属性
*SURFACE INTERACTION选项定义表面接触属性。
• 定义表面行为属性，比如摩擦。 • 对于二维问题，定义接触面在垂直平面方向的厚度。
Innovating through simulation
基于ABAQUS的压力容器有限元接触分析
基于ABAQUS的压力容器有限元接触分析基于ABAQUS的压力容器有限元接触分析是一种使用有限元方法对压力容器进行分析与设计的方法。
压力容器是一种广泛应用于工业领域的设备，常用于存放和传输气体、液体和蒸汽等物质。
有限元分析可以帮助工程师预测容器的应力分布、变形和破坏情况，从而提高容器的设计质量和安全性。
压力容器一般由内外两个接触面构成，分别为容器内壁与容器内部介质、容器外壁与外界环境的接触面。
在分析过程中，需要考虑接触面之间的压力传递和应变分布，以及接触面的摩擦力和接触状态的变化。
有限元接触分析可以通过对接触面施加约束、定义摩擦系数和设置非线性接触模型来模拟接触行为。
在进行有限元接触分析前，首先需要对压力容器进行建模。
建模的关键是确定容器的几何形状、材料特性和边界条件。
对于复杂的容器结构，可以采用3D模型进行建模，而对于简单的容器结构，可以采用轴对称或平面模型进行简化。
建模完成后，需要定义材料特性和边界条件。
材料特性包括弹性模量、泊松比和屈服强度等，这些参数对于容器的应力分布和变形情况有重要影响。
边界条件主要包括容器的载荷和约束条件，如内外压力、温度等。
接下来是网格划分和单元类型的选择。
网格划分是将容器的几何形状划分为一系列小区域的过程，划分得越细密，模型越准确，但求解时间也会增加。
在划分时需要注意接触面的网格划分，以保证接触面的连续性。
完成网格划分后，可以进行接触分析。
ABAQUS提供了多个接触模型，如节点对接触、面对接触和面对面接触等。
其中最常用的模型是面对面接触模型，可以通过定义摩擦系数和接触状态来模拟接触行为。
接触分析完成后，可以进行后处理，包括应力、应变和位移的计算和分析。
对于压力容器的接触分析，关注的主要是接触面的接触压力和应力分布，以及容器的变形和破坏情况。
通过模拟不同工况下的接触行为，可以评估容器的安全性和使用寿命。
综上所述，基于ABAQUS的压力容器有限元接触分析是一种有效的分析和设计方法，可以帮助工程师预测容器的应力分布、变形和破坏情况，从而提高容器的设计质量和安全性。
接触分析模块：概念1主面和从面
接触分析模块：概念1主面和从面
ABAQUS/Standard接触分析中的接触对由主面(master surface)和从面(slave surface)构成。
在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越到主面，但主面上的节点可以穿越从面。
定义主面和从面时要注意以下问题：
1、应选择刚度大的面作为主面。
这里所说的刚度，不仅要考虑材料本身的特性，还要考虑结构的刚度。
解析面(analytical surface)或由刚性单元构成的面必须作为主面，从面则必须是柔体上的面（可以是施加了刚性约束的柔体）。
2、如果两个接触面的刚度相似，则应选择网格较为粗的面作为主面。
3、两个面的节点位置不要求是一一对应的，但如果能够一一对应，可以得到更精确的结果。
4、主面不能是由节点构成的面，并且必须是连续的。
如果是有限滑移（finite sliding），主面在发生接触的部位必须是光滑的，不能有尖角。
5、如果接触面在发生接触的部位有很大的凹角或者尖角，应该将其分别定义为两个面。
6、如果是有限滑移，则在整个分析过程中，都尽量不要让从面节点落到主面之外，尤其是不要落到主面的背后，否则容易出现收敛问题。
7、一对接触面的法线方向应该相反，换言之，如果主面和从而在几何位置上没有发生重叠，则一个面的法线应该指向另一个所在的那
一侧，对于三维实体，法线应该指向实体的外侧。
如果法线方向错误，ABAQUS往往会将其理解为具有很大过盈量的过盈接触，因而无法达到收敛。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ABAQUS有限元接触分析的基本概念2009-11-24 00:06:28 作者：jiangnanxue 来源：智造网—助力中国制造业创新—CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。
世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。
ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。
它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。
ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。
《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。
《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。
16.1.1 点对面离散与面对面离散【常见问题16-1】在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis - cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surface discretization)，二者有何差别?『解答』在点对面离散方法中，从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。
使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。
面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。
可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。
在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。
1)从面网格比主面网格细：点对面离散(图16-1a)和面对面离散(图16-2a)的分析结果都很好，没有发生穿透，从面和主面都发生了正常的变形。
2)从面网格比主面网格粗：点对面离散(图16-1b)的分析结果很差，主面节点进入了从面，穿透现象很严重，从面和主面的变形都不正常;面对面离散(图16-2b)的分析结果相对较好，尽管有轻微的穿透现象，从面和主面的变形仍比较正常。
从上面的例子可以看出，在为接触面划分网格时需要慎重，无论使用点对面离散还是面对面离散，都应尽量保证从面网格不能比主面网格粗。
关于从面和主面的选择方法，请参见《实例详解》第5.2.2节“定义接触对”。
选用离散方法时，还应考虑以下因素。
1)一般情况下，面对面离散得到的应力和压强的结果精度要高于点对面离散。
2)面对面离散需要分析整个接触面上的接触行为，其计算代价要高于点对面离散。
一般情况下，二者的计算代价相差不是很悬殊，但在以下情况中，面对面离散的计算代价将会大很多：①模型中的大部分区域都涉及到接触问题。
②主面的网格比从面的网格细化很多。
③接触对中包含了多层壳，一个接触对中的主面是另一接触对中的从面。
3)如果从面是基于节点的(即从面类型为Node Region，而不是Surface)，则不能使用面对面离散化方法。
相关内容的详细介绍，请参见ABAQUS 6.7帮助文档《ABAQUS Analysis User's Man ual》第29.2.1节“Defining contact pairs in ABAQUS/Standard”。
【常见问题16-2】提交ABAQUS/Standard分析作业后，为何在MSG文件中看到以下提示信息：CONTACT PAIR(ASSEMBLY-BLANKBO T，ASSEMBLY_TIE-1_DIEDURF)NODE B LANK- 1.5ISOVERCLOSED BY 0.0512228 WHICH IS TOO SEVERE.(出现了严重的过盈接触) 『解答』可以从以下几个方面查找原因：1)如果上述提示信息中所提到的接触面是刚体、壳单元、膜单元、梁单元或桁架单元上的面，则有可能是在定义此接触面时没有选择正确的发生接触的那一侧，即接触面的法线方向错误。
提示：对于可变形的实体单元，ABAQUS/CAE会自动选择正确的法线方向(指向实体的外部)。
当接触面的法线方向错误时，如果使用了点对面离散，会在MSG文件中看到上述提示信息，分析无法收敛。
如果使用了面对面离散，不会出现上述提示信息，分析仍然可以完成，但分析结果是异常的(例如出现严重的穿透现象)。
在Visualization功能模块中可以显示接触面的法线方向，方法是单击(Common Option s)按钮，在Normals标签页下选中Show normals(如图16-3所示)，并且要注意选择Onsurfa ces(面的法向)，而不是On elements(单元的方向)。
另外，在云纹图的模式下不能显示解析刚体表面的法向，只有在未变形图或变形图的模式下才可以显示。
图16-3 显示接触面的外法线方向一对接触面的法向应该是互相指向对方的，第16.3.2节“接触分析综合实例2”提供了一个接触面法线方向定义错误的实例。
2)如果接触面的法线方向是正确的，但分析仍无法收敛，应检查模型中的过盈量是否太大。
如果存在此问题应修改模型，令过盈量从O开始逐渐增大，例如，可以使用，CONTA CT INTERFERENCE和线性递增的幅值曲线定义过盈接触，详见《实例详解》第5.2.4节“设定接触面之间的距离或过盈量”。
3)如果接触面的法线方向是正确的，这种“过盈量太大”的信息只是在MSG文件中偶尔出现，而且出现此信息的分析步最终能够收敛，分析结果也一切正常，就没有问题。
在接触分析的求解过程中，ABAQUS/Standard会迭代尝试各种可能的位移状态，如果某个位移状态造成过盈量太大，ABAQUS/Standard就会显示上述提示信息，然后尝试另外一个位移状态。
换言之，这个太大的过盈量有可能仅仅是ABAQUS/Standard在尝试求解过程中的一个中间状态，并不一定是模型本身存在错误。
在《实例详解》第6.4节“实例3：弯曲成形过程模拟”的实例中，就可以在随书光盘的以下MSG文件中看到类似的“过盈量太大”的提示信息：/Dem06-Forming/Analysis Results/ Forming.msg。
16.1.2 有限滑动和小滑动【常见问题16-3】什么是有限滑动(finite sliding)和小滑动(small sliding)?『解答』在ABAQU S/Standard分析中定义接触时，有两种判断接触状态的跟踪方法可供选择：1)有限滑动。
如果两个接触面之间的相对滑动或转动量较大(例如，大于接触面上的单元尺寸)，就应该选择有限滑动，它允许接触面之间出现任意大小的相对滑动和转动。
在分析过程中，ABAQUS将会不断地判断各个从面节点与主面的哪一部分发生了接触，因此计算成本较高。
在使用有限滑动、点对面离散时，应尽量保证主面是光滑的，否则主面的法线方向会出现不连续的变化，容易出现收敛问题。
在主面的拐角处应使用过渡圆弧，并在圆弧上划分足够数量的单元。
在使用点对面离散时，如果主面是变形体或离散刚体的表面，ABAQUS/Standard会自动对不光滑的主面做平滑(Smoothing)处理，默认的平滑系数为0.2。
面对面离散则没有这种平滑功能，因此如果工程实际要求主面必须有尖角，使用点对面离散可能会比面对面离散更容易收敛。
2)小滑动。
如果两个接触面之间的相对滑动或转动量很小(例如，小于接触面上单元尺寸的20%)，就可以选择小滑动。
在分析开始时刻，ABAQUS就确定了各个从面节点与主面是否接触、与主面的哪个区域接触，并在整个分析过程中保持这些关系不变，因此计算成本较低。
关于有限滑动和小滑动的详细介绍，请参见《实例详解》第5.2.3节“有限滑移和小滑移”和ABAQUS6.7帮助文档《ABAQUS Analysis User's Manual》第29.2.2节“Contactformul- ation for ABAQUS/Standard contact pairs”。
【常见问题16-4】分析接触问题时，是否必须在Step功能模块中打开几何非线性开关(将Nlgeom设为O N)?『解答』只有分析几何非线性问题(大位移、大转动、初始应力、几何刚化或突然翻转等)时才需要将Nlgeom设为ON。
接触分析是非线性问题，但不一定是几何非线性问题，常见的情况有以下几种：1)如果接触面之间会发生较大的相对位移或转动，则定义接触时应选择有限滑动，并将Nlgeom设为ON。
2)如果接触面之间的相对位移和转动都很小，模型各处都不会发生大的位移或转动，则定义接触时应选择小滑动，并将Nlgeom设为OFF。
3)如果接触面之间的相对位移和转动都很小，但模型出现了大的位移或转动(例如刚体转动)，则定义接触时应选择小滑动，并将Nlgeom设为ON。
将Nlgeom设为ON可能会增加模型收敛的难度，增加计算成本。
但如果模型发生了大的位移或转动，而仍将Nlgeom设为OFF，也可能导致计算不收敛。
关于非线性问题的详细介绍，请参见本书第15.1节“线性分析与非线性分析”。
【常见问题16-5】壳或膜单元都是有厚度的，但在ABAQUS/CAE中它们被显示为无厚度的面。
在ABA QUS/Standard中为它们定义接触时，是否需要让接触面之间保留一定距离，以体现其厚度?『解答』有以下几种可能的情况：1)如果选择了点对面离散的小滑动、面对面离散的小滑动或面对面离散的有限滑动，默认情况下ABAQUS/Standard会考虑壳或膜的厚度，在建模时应根据厚度让接触面之间保留相应的距离。
如果希望忽略壳和膜的厚度，可以在定义接触时选中Exclude shell/membrane element thickness。
提示：默认情况下，壳或膜在ABAQUS/CAE中的面是它们的中性面。
如果需要，可以偏置此面，相关内容请参见ABAQUS6.7帮助文档《ABAQUS Analysis User's Manual》第23.6.3节“Defining the initial geometry of conventional shell elements”。
2)如果选择了点对面离散的有限滑动，或者从面类型是基于节点的，则无法考虑壳或膜的厚度。
本节第16.3节“ABAQUS/Standard接触分析综合实例”中的【综合实例16.21演示了一个具体的例子。