收稿日期： 2017[KG*9〗12[KG*9〗01

作者簡(jiǎn)介： 詹思遠(yuǎn)（1995—），男，湖南益陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)殇囯姵仉姌O材料擴(kuò)散/反應(yīng)應(yīng)力及其耦合本構(gòu)關(guān)系，

（Email）2013sssy@#edu.cn在Abaqus中進(jìn)行接觸分析時(shí)，往往需要定義接觸對(duì)。接觸對(duì)的定義直接影響計(jì)算的收斂能力和計(jì)算精度，因此簡(jiǎn)單說(shuō)明一下接觸對(duì)定義的技巧。Abaqus/Standard的接觸對(duì)由主面（master surface）和從面（slave surface）構(gòu)成。在模擬過(guò)程中，接觸方向總是主面的法線方向，從面上的節(jié)點(diǎn)不會(huì)穿越主面，但主面上的節(jié)點(diǎn)可以穿越從面。在定義主面和從面時(shí)要注意以下問(wèn)題。

1主從面的定義

（1）選擇剛度較大的面作為主面。此處的剛度不僅要考慮材料特性，也要考慮結(jié)構(gòu)剛度。剛體必須作為主面，從面必須是柔體上的面（可以是施加了剛體約束的柔體）。

（2）如果2個(gè)接觸面的剛度相似，則應(yīng)選擇網(wǎng)格較粗的面為主面。

（3）主從面的節(jié)點(diǎn)位置不要求一一對(duì)應(yīng)，但若有條件一一對(duì)應(yīng)，則可得到更加精確的結(jié)果。

（4）主面不能由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，并且必須連續(xù)。如果相對(duì)滑動(dòng)形式為有限滑移，則主面在發(fā)生接觸的部位必須是光滑的，不能有尖角。

（5）如果接觸面在發(fā)生接觸的部位有很大的凹角與尖角，應(yīng)該將其分別定義為2個(gè)面。

（6）如果接觸面為有限滑移，那么整個(gè)分析過(guò)程中盡量不要讓從面節(jié)點(diǎn)落到主面之外，更不要落到主面的背面，否則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法收斂的問(wèn)題。

（7）一對(duì)接觸面的法線方向應(yīng)該相反，換言之，如果主面和從面在幾何位置上沒(méi)有發(fā)生重疊，則一個(gè)面的法線應(yīng)指向另一個(gè)面（對(duì)于三維實(shí)體，法向應(yīng)該指向?qū)嶓w的外側(cè)）。如果法線方向錯(cuò)誤，Abaqus會(huì)將其認(rèn)為是過(guò)盈量很大的接觸，因而無(wú)法達(dá)到收斂。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于柔性的三維實(shí)體，Abaqus會(huì)自動(dòng)選擇正確的法向方向，而在使用梁?jiǎn)卧卧?、膜單元、桁架單元或剛體單元定義接觸時(shí)，應(yīng)仔細(xì)指定自己需要的法向方向。

2滑移形式

有限滑移要求主面光滑，否則會(huì)出現(xiàn)收斂問(wèn)題。如果主面在發(fā)生接觸的部位存在尖角或凹角，應(yīng)該在此尖角處把主面分為2部分分別定義。對(duì)于有單元構(gòu)成的主面，Abaqus會(huì)自動(dòng)進(jìn)行平滑處理。

對(duì)于小滑移的接觸對(duì)，Abaqus/Standard在分析的開(kāi)始就確定從面節(jié)點(diǎn)與主面的關(guān)系，在整個(gè)分析過(guò)程中這種接觸關(guān)系不會(huì)再發(fā)生變化。

3接觸面間的幾何尺寸位置和Adjust參數(shù)

如果不特別設(shè)置，Abaqus會(huì)直接根據(jù)模型尺寸、位置判斷從面與主面的距離，從而確定二者的接觸狀態(tài)。這要求建模時(shí)模型尺寸應(yīng)非常精確。一般情況下，模型尺寸往往會(huì)存在誤差，所以應(yīng)該利用Adjust參數(shù)調(diào)整從面節(jié)點(diǎn)的初始坐標(biāo)。如果從面節(jié)點(diǎn)與主面的距離小于這個(gè)參數(shù)，Abaqus將調(diào)整這些節(jié)點(diǎn)的初始坐標(biāo)，使其與主面的距離為零（剛好接觸）。

4無(wú)法收斂問(wèn)題

在進(jìn)行接觸分析時(shí)，難免會(huì)遇到無(wú)法收斂的問(wèn)題，下面闡述解決接觸分析中的無(wú)法收斂問(wèn)題的主要方法。分析無(wú)法達(dá)到收斂，往往是因?yàn)槟Ｐ陀袉?wèn)題，例如存在剛體位移、過(guò)約束、接觸定義不當(dāng)?shù)?，這時(shí)應(yīng)該查看MSG文件，然后采取相應(yīng)措施?？梢钥紤]以下方法解決無(wú)法收斂問(wèn)題。

（1）檢查接觸關(guān)系、邊界條件和約束。檢查接觸面、接觸參數(shù)和邊界條件的定義是否正確，其中包括表面的定義，SET接觸類型的定義，滑移形式的定義等。

（2）消除剛體位移。在靜力分析中，必須對(duì)模型中的所有實(shí)體都定義足夠的約束條件，以保證其在各個(gè)平移和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度上都不會(huì)出現(xiàn)不確定的剛體位移。

（3）使用綁定約束。如果某一對(duì)接觸面的接觸狀態(tài)對(duì)整個(gè)模型影響不大，或者這一對(duì)接觸面在整個(gè)分析過(guò)程中都是始終緊密接觸的，可以考慮將其間的接觸關(guān)系改為綁定約束，這樣會(huì)消除剛體位移，并且大大減少計(jì)算接觸狀態(tài)所需要的迭代時(shí)間。

（4）正確定義綁定約束和過(guò)盈接觸。如果定義綁定約束，或使用*CONTACT INTERFERENCE定義過(guò)盈接觸，必須讓Adjust略大于主面與從面在模型中的距離，否則這2個(gè)面之間不會(huì)建立過(guò)盈接觸或綁定約束。

（5）平穩(wěn)建立接觸關(guān)系。一般應(yīng)首先定義一個(gè)只有很小載荷的分析步，讓接觸關(guān)系平穩(wěn)地建立起來(lái)，然后在下一個(gè)分析步中再施加真實(shí)載荷。這樣這可大大減小收斂的困難程度。

（6）細(xì)化網(wǎng)格。細(xì)化從面和主面的網(wǎng)格，過(guò)于粗糙的網(wǎng)格會(huì)使Abaqus難以確定接觸關(guān)系。

（7）使用一階單元。若接觸屬性為“硬”接觸，則不能使用六面體二次單元C3D20和C3D20R，以及四面體二次單元C3D10，而應(yīng)盡可能使用六面體一階單元。無(wú)法劃分六面體單元的，可使用修正的四面體二次單元C3D10M。

（8）正確定義主從面。

（9）避免過(guò)約束。如果節(jié)點(diǎn)在某個(gè)自由度上同時(shí)定義2個(gè)以上的約束，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)約束。在檢查模型時(shí)，應(yīng)該檢查邊界條件、連接單元、子模型邊界和各種約束。

（10）摩擦因數(shù)。對(duì)摩擦的計(jì)算會(huì)增大收斂的難度，摩擦因數(shù)越大越不容易收斂。因此，如果摩擦對(duì)分析結(jié)果影響不大，可直接指定摩擦因數(shù)為0。

（11）解決振顫問(wèn)題。考慮主面要足夠大，保證從面節(jié)點(diǎn)不會(huì)滑出主面或落到主面的背面；使用自動(dòng)過(guò)盈接觸限度（automatic overclosure tolerance）會(huì)有助于解決振顫問(wèn)題；主面應(yīng)足夠平滑。

（12）減小初始時(shí)間增量步。如果模型中有塑性材料，或分析過(guò)程模型會(huì)發(fā)生很大的位移或局部變形，或施加載荷后會(huì)使模型接觸狀態(tài)發(fā)生很大的變化，則應(yīng)指定較小的初始增量步。

（摘自同濟(jì)大學(xué)鄭百林教授《CAE操作技能與實(shí)踐》課堂講義）