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ABAQUS接触问题分析

 战神之家 2019-05-23

ABAQUS接触问题分析

2018年04月26日 02:07:39 ultra_666 阅读数:7127更多
个人分类: abaqus

1、 塑性材料和接触面上都不能用C3D20R和C3D20单元,这可能是你收敛问题的主要原因。如果需要得到应力,可以使用C3D8I (在所关心的部位要让单元角度尽量接近90度),如果只关心应变和位移,可以使用C3D8R, 几何形状复杂时,可以使用C3D10M。

2、 接触对中的slave surface应该是材料较软,网格较细的面。

3、 接触面之间有微小的距离,定义接触时要设定“Adjust=位置误差限度”,此误差限度要大于接触面之间的距离,否则ABAQUS会认为两个面没有接触:*Contact Pair, interaction="SOIL PILE SIDE CONTACT", small sliding, adjust=0.2.

4、 定义tie时也应该设定类似的position tolerance:

*Tie, name=ShaftBottom, adjust=yes, position tolerance=0.1

5、 msg文件中出现zero pivot说明ABAQUS无法自动解决过约束问题,例如在桩底部的最外一圈节点上即定义了tie,又定义了contact, 出现过约束。解决方法是在选择tie或contact的slave surface时,将类型设为node region, 然后选择区域时不要包含这一圈节点(我附上的文件中没有做这样的修改)。

6、 接触定义在哪个分析步取决于你模型的实际物理背景,如果从一开始两个面就是相接触的,就定义在initial或你的第一个分析步中;如果是后来才开始接触的,就定义在后面的分析步中。边界条件也是这样。

7、 我在前面上传的文件里用*CONTROL设了允许的迭代次数18,意思是18次迭代不收敛时,才减小时间增量步(ABAQUS默认的值是12)。一般情况下不必设置此参数,如果在msg文件中看到opening和closure的数目不断减小(即迭代的趋势是收敛的),但12次迭代仍不足以完全达到收敛,就可以用*CONTROL来增大允许的迭代次数。

8、 桩头掉在了地表下,说明接触定义得不正确。可能接触面的距离还是大于*contact pair 中的adjust=0.02, 可改为adjust=0.2

9、 原则上,90度的圆弧应该划分10个单元,适当少一些可能也行。

*contact pair中的adjust=0.005,还是太小,在后处理时可以看到,接触面之间的距离大于0.005。把adjust设置大一些没关系,比如adjust=0.1。

10、 网格不好也可能产生过约束问题,不要只考虑边界条件啊! NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODE 15294 D.O.F. 2 RATIO =2.48305E+11", 说明NODE 15294 所在的实体在方向2上出现无限大的刚体位移。可以在此实体上的任意一点和地面之间定义一个很软的弹簧,以消除刚体位移。方法是:interaction模块,菜单special / springs-dashpots / create, 选connect points to ground, 选节点,Degree of freedom 设为出现了刚体位移的自由度,spring stiffness为一个较小的值(太小则不足以消除刚体位移,太大则会影响变形如果多个方向上出现了刚体位移,就要分别在相应的方向上各定义一个弹簧。spring 所在的节点在弹簧方向的位移乘以spring stiffness,就是弹簧所分担的载荷,它应该远远小于在此方向上的外载荷。如果模型位移很小,我常常把spring stiffness设为1.

11、ABAQUS/Standard中对于主从面选择的硬性规定:

  • 解析刚性面必须是主面

  • 节点面(node-based surface)只能是从面,也只能用在点面接触中

  • 从面必须位于可变形体上或者可变形的刚体上

  • 主面和从面都不能纯粹的刚性面,除非刚性面可变形

12、一般性要求

主从面的选择对于点面接触非常重要,对于同等网格密度的面面接触也非常重要,总的来说在点面接触中要更加慎重,影响更大。

(1)小面为从面;

(2)相同刚度(不要仅从弹性模量角度,要从刚度角度,比如大E的壳比小E的块要软)的选择单元粗的作为主面;

(3)刚度和网格密度都差不多,面对选择不太明确。

主从面的选择对结果的影响,点面接触大于面面接触;但是如果两个面对网格一样粗,面的选择对面面接触影响较大(如果从面比主面粗,计算量非常大)

结论:尽量保证主面a刚度大,b网格粗,c面积大,如果这三个因素之间有矛盾,比如刚度与面积之间有冲突,优先大刚度,刚度与网格粗有矛盾优先大刚度,粗网格、面积小时,把该面选作从面,这样的计算量只与从面片的个数成正比,计算量小。总之,a刚度大,其次b网格粗,再次保证c面积大。

 

13、面面接触对:不要群对群,而要面对面

     在abaqus中,接触对一定要逐个逐个地建立,而不要一群一群地建立接触对,比如模型中存在5处接触,则应该建立五个master-slave接触对,而不应该将5处master面建立成一个主面,5处slave面建立一个从面,这样做的话几乎不能收敛,这一点在接触较多的实例中特别重要。

14、了解Discretization method: surface-to-surface   node-to-surface

      这一点也非常重要,不同的离散方法各有优缺点

15、合理确定主从面并考虑网格影响

      记住一条:主面尽量保证刚硬,尽量保证网格较粗。

16、摩擦力的调整比较重要。(太小不易收敛)

      很多情况下需要通过摩擦力来消除刚体位移,这是摩擦系数如果设的太小的话会出现不收敛的情况,这是可以适当增加摩擦系数。

17、简化模型,效果奇特。(删除不必要的细节)

     千里之堤毁于蚁穴。模型中不必要的细节有时对于总体网格质量有较大影响,为何不舍小取大删除这些细节,不要为不必要的细节降低了整体网格和计算质量

 

 

 

NO.1 螺栓连接的简化

   由于螺纹处的应力应变不是关心的重点,因此,为简化建模,避免收敛困难,在螺钉和螺孔内表面之间建立绑定约束(tie)。这样得到的模型会比实际结构刚硬。

   建立绑定约束的两个面在整个分析过程中都会紧密连接在一起,不会分开,如同一个整体。

Tie绑定约束,Position Tolerance(位置误差限度)设为Specify distance:XXX.

   含义:与主面距离小于此限度的从面节点都会受到绑定约束。对于在位置误差限度内的从面节点,ABAQUS将调整其初始坐标,使其与主面的距离为0。注意不要将值设太大,以免由于调整从面节点位置,而造成较差的单元形状。

 

NO.2 预紧力的模拟

   在abaqus中模拟螺钉预紧力的两种方式:1、施加螺栓载荷(bolt load);2、定义过盈接触(contact interference)。

1、施加螺栓载荷(bolt load)

   可以模拟螺钉的预紧力和各种均匀预应力。定义螺栓载荷时,需要指定螺钉上的一个受力截面。施加螺栓载荷的方式三种:A、Apply force:指定预紧力。B、Adjust length:调整螺钉长度。C、Fix at current length:保持螺钉当前长度。

   注意:螺栓载荷为正值时表示使受力部件缩短;螺栓载荷为负值时表示受力部件伸长。

   在做螺栓接触分析时,可以设好几个分析步,已达到平稳接触。在前几步使用Apply force,在后几步用Fix at current length。含义:在该分析步的开始,去除螺钉的预紧力,让螺钉保持上一步结束时的长度。在该步分析结束后,如果有其他外载荷,螺钉长度会发生变化。

2、定义过盈接触(contact interference)。

   过盈配合与载荷类似,无法在初始分析步中定义。

      Gradually remove slave node overclosure during the step(在分析步中逐渐去掉从面节点的过盈量);Uniform allowable interference(允许的过盈量),在Magnitude allowable interference后面输入一个微小的过盈量-0.0001(注意不要忽略负号,负号表示过盈量,正值表示间隙量)。

   若使用ABAQUS默认的幅值曲线Ramp,ABAQUS会在分析步开始施加全部的过盈量,然后使其逐渐减少,到分析步结束时过盈量将值0。这样在后处理中会看到,在分析步结束时模型没有过盈接触,接触面上的接触压强CPRESS为0,这样的结果是不对的。因此,不能使用ABAQUS默认的幅值曲Ramp。

 

 

NO.3 接触分析中不同单元性能的比较:

    (1)线性减缩积分单元(C3D8R)和非协调单元(C3D8I)都适合于接触分析,二者得到的位移结果很相近。使用C3D8R单元可以大大缩短计算时间,但得到的节点应力结果较差。

    (2)如果接触属性为“硬”接触,则不能使用六面体二次单元(C3D20和C3D20R),以及四面体二次单元(C3D10),应该尽量使用六面体一阶单元。有时可用C3D8I单元(六面体非协调模式单元)。

    若使用二次的,花费时间多,会出现异常的CPRESS结果。

    (3)使用修正的四面体二次单元(C3D10M),计算时间也大大增加。但如果模型的几何形状复杂,无法使用六面体单元网格,可以使用C3D10M单元进行接触分析。

    (4)采用六面体线性完全积分单元(C3D8)或四面体线性单元(C3D4)得到的分析结果都很差,因此尽量不要在模型中使用这两种单元。

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