弹塑性力学基础与有限元分析-接触分析实例汇总
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Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 部件实体Part instances的显示控制。当装配体中有多个部件时，有时候需要只显示 某个或某些部件来进行前处理，这时就需要使用Part instances的显示控制。
Fatigue cycles: 2.4 million
接触分析实例—抽油杆接头
左端接头固定，右端玻璃钢杆承受50MPa的均布载荷。 环氧树脂胶凝固后和玻璃钢杆紧密连接，不会发生相对滑动，因此 可将两者的结合面绑定约束。 环氧树脂胶和接头的结合面之间有可能产生相对滑动，需要定义为 接触关系。
p=50MPa
接触分析实例—抽油杆接头
4. 定义分析步，弹性静力分析。
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
4. 定义分析步，弹性静力分析。
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Radial Pattern辐射阵列 1、选取要进行阵列的部件实体Instance 2、阵列参数设置，阵列范围（°）、数量、中心轴等
➢Replace
在区域3选择部件后，点击此 按钮，则仅显示选中的部件。
3
➢Add 在区域3选择部件后，点击此
按钮，则选中的部件被显示，
已经显示的部件仍显示。
➢Remove
在区域3选择部件后，点击此 按钮，则选中的部件被隐藏。
……
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
几何非线性
大挠度或转动 “突然翻转” 初应力或荷载硬化
在step模块中定义分析步时， 定义是否存在几何非线性因素。
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyrightwenku.baidu.com2006 ABAQUS, Inc.
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
非线性的来源
结构问题中存在着三种非线性来源： 材料非线性 边界非线性 几何非线性
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
5. 定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块） 环氧树脂胶和玻璃钢杆之间定义为绑定约束。选择环氧树脂胶为主面，玻璃钢杆 为从面。在此之前，为了能够选择到两个部件的结合面，需要隐藏某些部件。
材料非线性
应变率相关材料的材料参数和材料失效都是材料非 线性的表现形式。在Material模块中定义材料属性 时定义材料非线性因素。
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
边界非线性
边界非线性是极度不连续的：在模拟分析中发生接 触时，结构的响应特性会在瞬时发生很大的变化。 在Interaction模块中定义接触时引入边界非线性因 素。
接触分析实例—抽油杆接头
4. 定义分析步，弹性静力分析。 Type：选择时间增量的控制方法，默认Automatic即可。 Maximum number of increments：增量步的最大数目。
Increment：初始时间增量、最小时间增量和最大时间增量。
Introduction to ABAQUS/CAE
Description：简单描述，便于记忆管理。 Time period：静力学问题，采用系统默认值1即可 Nlgeom：是否考虑几何非线性。
Automatic stabilization：局部 不稳定问题（局部屈曲、表 面祛皱）的处理，即施加阻 尼。
几何非线性的特点是结构在载荷作用过 程中产生大的位移和转动。如板壳结构的大 挠度，此时材料可能仍保持为线弹性状态， 但是结构的几何方程必须建立于变形后的状 态，以便考虑变形对平衡的影响。
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Linear Pattern线性阵列 1、选取要进行阵列的部件实体Instance 2、阵列参数设置，阵列方向、数量、偏移量等
弹塑性力学基础及有限元分析 —接触分析实例
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
参考书目
《有限单元法》王勖成 著， 清华大学出版社 《ABAQUS有限元分析实例》石亦平、周玉蓉 著，机械工业出版社 《 ABAQUS有限元分析常见问题解答》曹金凤、石亦平 著，机械工业出版社
1、选取要进行移动的部件实体Instance上的面 2、选取固定不变的部件实体Instance上的面 3、两点法确定移动方向
4、输入移动后两实体相应两面的间隙距离
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 定位，与Translate to平移到类似
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
5. 定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块） 环氧树脂胶和接头之间定义为接触。
首先要设置接触属性
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
4. 定义分析步，弹性静力分析。
➢Method求解器
Direct适用于大多数分析，Iterative对于大模型分析较快
➢Matrix storage矩阵存储方式
默认即可
选择求解方法
➢Full Newton完全牛顿法
默认，适用于大多数分析。
接头（20CrNiMo） 环氧树脂胶
开裂位置 玻璃钢杆
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
1. 导入部件 File->import->part，文件类型选择Parasolid(*.x_t) 将五个部件依次导入ABAQUS中。
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
在定义接触之前，需要先定义相应 的接触属性（摩擦特性、阻尼等）
接触分析实例—抽油杆接头
5. 设置接触属性。（Interaction模块）
Tangetial Behavior用于定义 摩擦系数等摩擦属性
Introduction to ABAQUS/CAE
环氧树脂胶
3200
0.33
Introduction to ABAQUS/CAE
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接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。直接将五个部件全部导入装配体，因为三维建模时 是按照各自的位置准确建模的，因此导入以后部件的位置不变， 不需要重新定位各个部件。
3、设置旋转角度 4、预览平移并确认
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接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Translate to平移到，该操作仅适用于实体模型
几何非线性选项
接触分析实例—抽油杆接头
• FRP sucker rod End-fitting (1997-1998)
Fatigue cycles: 6.9 million
➢ Idea for further improvement
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接头
杆
环氧树脂胶
A
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B
C
接触分析实例—抽油杆接头
2. 定义材料，暂时全部定义为线弹性材料，材料参数如表格所示。
零件
弹性模量 （Mpa）
泊松比
管接头
208000
0.295
玻璃钢杆
70000
0.22
5. 定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块） Tie约束用于将两个区域（面区域或节点区域）绑定在一起。
1、选择主面类型为Surface
2、指定主面
3、选择从面类型为Surface
4、指定从面
Position Tolerance：位于该公差以外的从面节 点将不会被绑定。默认Use Computed default， 若主从面间距较大应考虑Specify distance。
➢面平行 ➢面匹配 ➢边平行 ➢边共线 ➢同轴 ➢点重合 ➢坐标系平行
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Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 合并Merge/剪切Cut来生成新Part
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
5. 定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块）
其次要定义接触对。 Static，General
Dynamic，Explicit
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Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Translate平移
1、选取要进行平移的部件实体Instance 2、设置平移量（终点坐标-初始坐标），可以手动输入 点坐标，也可选取部件实体的点
3、预览平移并确认
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接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Rotate旋转
1、选取要进行旋转的部件实体Instance 2、两点法确定旋转中心轴
➢Quasi-Newton准牛顿法
雅克比矩阵对称且在迭代过程中
变化不大时，能加快收敛。
➢Contact iterations接触迭代法
对于几何线性、小滑动、无摩擦
的静力学问题特别有效。
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接触分析实例—抽油杆接头
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Frictionless：默认不考虑摩擦 Pentalty：主要用于定义摩擦系数
接触分析实例—抽油杆接头
5. 设置接触属性。（Interaction模块） 环氧树脂胶和接头之间定义为带摩擦的硬接触。库伦摩擦系数为0.25，摩擦系数 由材料属性决定。硬接触，即接触面之间能够传递的接触压力大小不受限制，当 接触面的压力变为负值或者零就表示两个接触面发生分离。
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3. 部件实体Part instances的显示控制。当装配体中有多个部件时，有时候需要只显示 某个或某些部件来进行前处理，这时就需要使用Part instances的显示控制。
Fatigue cycles: 2.4 million
接触分析实例—抽油杆接头
左端接头固定，右端玻璃钢杆承受50MPa的均布载荷。 环氧树脂胶凝固后和玻璃钢杆紧密连接，不会发生相对滑动，因此 可将两者的结合面绑定约束。 环氧树脂胶和接头的结合面之间有可能产生相对滑动，需要定义为 接触关系。
p=50MPa
接触分析实例—抽油杆接头
4. 定义分析步，弹性静力分析。
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接触分析实例—抽油杆接头
4. 定义分析步，弹性静力分析。
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接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Radial Pattern辐射阵列 1、选取要进行阵列的部件实体Instance 2、阵列参数设置，阵列范围（°）、数量、中心轴等
➢Replace
在区域3选择部件后，点击此 按钮，则仅显示选中的部件。
3
➢Add 在区域3选择部件后，点击此
按钮，则选中的部件被显示，
已经显示的部件仍显示。
➢Remove
在区域3选择部件后，点击此 按钮，则选中的部件被隐藏。
……
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几何非线性
大挠度或转动 “突然翻转” 初应力或荷载硬化
在step模块中定义分析步时， 定义是否存在几何非线性因素。
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非线性的来源
结构问题中存在着三种非线性来源： 材料非线性 边界非线性 几何非线性
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接触分析实例—抽油杆接头
5. 定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块） 环氧树脂胶和玻璃钢杆之间定义为绑定约束。选择环氧树脂胶为主面，玻璃钢杆 为从面。在此之前，为了能够选择到两个部件的结合面，需要隐藏某些部件。
材料非线性
应变率相关材料的材料参数和材料失效都是材料非 线性的表现形式。在Material模块中定义材料属性 时定义材料非线性因素。
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
边界非线性
边界非线性是极度不连续的：在模拟分析中发生接 触时，结构的响应特性会在瞬时发生很大的变化。 在Interaction模块中定义接触时引入边界非线性因 素。
接触分析实例—抽油杆接头
4. 定义分析步，弹性静力分析。 Type：选择时间增量的控制方法，默认Automatic即可。 Maximum number of increments：增量步的最大数目。
Increment：初始时间增量、最小时间增量和最大时间增量。
Introduction to ABAQUS/CAE
Description：简单描述，便于记忆管理。 Time period：静力学问题，采用系统默认值1即可 Nlgeom：是否考虑几何非线性。
Automatic stabilization：局部 不稳定问题（局部屈曲、表 面祛皱）的处理，即施加阻 尼。
几何非线性的特点是结构在载荷作用过 程中产生大的位移和转动。如板壳结构的大 挠度，此时材料可能仍保持为线弹性状态， 但是结构的几何方程必须建立于变形后的状 态，以便考虑变形对平衡的影响。
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Linear Pattern线性阵列 1、选取要进行阵列的部件实体Instance 2、阵列参数设置，阵列方向、数量、偏移量等
弹塑性力学基础及有限元分析 —接触分析实例
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
参考书目
《有限单元法》王勖成 著， 清华大学出版社 《ABAQUS有限元分析实例》石亦平、周玉蓉 著，机械工业出版社 《 ABAQUS有限元分析常见问题解答》曹金凤、石亦平 著，机械工业出版社
1、选取要进行移动的部件实体Instance上的面 2、选取固定不变的部件实体Instance上的面 3、两点法确定移动方向
4、输入移动后两实体相应两面的间隙距离
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 定位，与Translate to平移到类似
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
5. 定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块） 环氧树脂胶和接头之间定义为接触。
首先要设置接触属性
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
4. 定义分析步，弹性静力分析。
➢Method求解器
Direct适用于大多数分析，Iterative对于大模型分析较快
➢Matrix storage矩阵存储方式
默认即可
选择求解方法
➢Full Newton完全牛顿法
默认，适用于大多数分析。
接头（20CrNiMo） 环氧树脂胶
开裂位置 玻璃钢杆
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
1. 导入部件 File->import->part，文件类型选择Parasolid(*.x_t) 将五个部件依次导入ABAQUS中。
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
在定义接触之前，需要先定义相应 的接触属性（摩擦特性、阻尼等）
接触分析实例—抽油杆接头
5. 设置接触属性。（Interaction模块）
Tangetial Behavior用于定义 摩擦系数等摩擦属性
Introduction to ABAQUS/CAE
环氧树脂胶
3200
0.33
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。直接将五个部件全部导入装配体，因为三维建模时 是按照各自的位置准确建模的，因此导入以后部件的位置不变， 不需要重新定位各个部件。
3、设置旋转角度 4、预览平移并确认
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Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Translate to平移到，该操作仅适用于实体模型
几何非线性选项
接触分析实例—抽油杆接头
• FRP sucker rod End-fitting (1997-1998)
Fatigue cycles: 6.9 million
➢ Idea for further improvement
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接头
杆
环氧树脂胶
A
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
B
C
接触分析实例—抽油杆接头
2. 定义材料，暂时全部定义为线弹性材料，材料参数如表格所示。
零件
弹性模量 （Mpa）
泊松比
管接头
208000
0.295
玻璃钢杆
70000
0.22
5. 定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块） Tie约束用于将两个区域（面区域或节点区域）绑定在一起。
1、选择主面类型为Surface
2、指定主面
3、选择从面类型为Surface
4、指定从面
Position Tolerance：位于该公差以外的从面节 点将不会被绑定。默认Use Computed default， 若主从面间距较大应考虑Specify distance。
➢面平行 ➢面匹配 ➢边平行 ➢边共线 ➢同轴 ➢点重合 ➢坐标系平行
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 合并Merge/剪切Cut来生成新Part
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
5. 定义各部件之间的连接关系和接触关系。（Interaction模块）
其次要定义接触对。 Static，General
Dynamic，Explicit
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Translate平移
1、选取要进行平移的部件实体Instance 2、设置平移量（终点坐标-初始坐标），可以手动输入 点坐标，也可选取部件实体的点
3、预览平移并确认
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
3. 定义装配体。如果需要重新定位，可以利用这个模块中的定位工 具对部件进行移动、旋转或者阵列等操作，如下所述。 Rotate旋转
1、选取要进行旋转的部件实体Instance 2、两点法确定旋转中心轴
➢Quasi-Newton准牛顿法
雅克比矩阵对称且在迭代过程中
变化不大时，能加快收敛。
➢Contact iterations接触迭代法
对于几何线性、小滑动、无摩擦
的静力学问题特别有效。
Introduction to ABAQUS/CAE
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
接触分析实例—抽油杆接头
Copyright 2006 ABAQUS, Inc.
Frictionless：默认不考虑摩擦 Pentalty：主要用于定义摩擦系数
接触分析实例—抽油杆接头
5. 设置接触属性。（Interaction模块） 环氧树脂胶和接头之间定义为带摩擦的硬接触。库伦摩擦系数为0.25，摩擦系数 由材料属性决定。硬接触，即接触面之间能够传递的接触压力大小不受限制，当 接触面的压力变为负值或者零就表示两个接触面发生分离。