ABAQUS接觸問(wèn)題淺析

2017-06-16 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

接觸過(guò)程常常涉及3種非線性,即材料非線性、幾何非線性和接觸面非線性。ABAQUS作為強(qiáng)大的有限元分析軟件,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng),模擬異常龐大復(fù)雜的模型,處理高度非線性問(wèn)題。對(duì)于高度非線性問(wèn)題的模擬,用戶僅需提供結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料特性、邊界條件和載荷工況等工程數(shù)據(jù)。ABAQUS能自動(dòng)選擇合適的載荷增量和收斂準(zhǔn)則進(jìn)行非線性分析,并在分析過(guò)程中不斷調(diào)整這些數(shù)值,確保獲得精確解答,用戶幾乎不用定義任何參數(shù)就能控制問(wèn)題的數(shù)值求解過(guò)程。

ABAQUS/standard是一個(gè)通用分析模塊,他能求解廣泛的線性和非線性問(wèn)題;ABAQUS/explicit可以進(jìn)行顯示動(dòng)態(tài)分析,主要用于求解非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題,對(duì)于處理接觸條件高度非線性的準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題非常有效。

ABAQUS按照單元形狀可分為Quad、Quad-dominated、Tri、Hex、Hex-dominate、Tet、Wedge等。Quad和Hex單元可以用較小的計(jì)算代價(jià)得到較高的計(jì)算精度,應(yīng)盡可能選擇這兩種單元。按照節(jié)點(diǎn)數(shù)目和插值階數(shù),可以分為線性單元、二次單元以及修正的二次單元。對(duì)于接觸問(wèn)題應(yīng)使用線性Quad或Hex單元,以及修正的二次Tri或Tet單元,而不能使用其他的二次單元。目前,很多三維實(shí)體模型比較復(fù)雜,很難直接用Hex單元進(jìn)行劃分。在對(duì)計(jì)算結(jié)果要求不是很高的情況下,也可使用線性Tet單元。如果要得到較高的計(jì)算結(jié)果,應(yīng)選用修正的二階Tet單元。接觸面的網(wǎng)格劃分應(yīng)盡量細(xì)化。接觸面上不能使用C3D20 、C3D20R 、C3D10等。

接觸問(wèn)題為非線性問(wèn)題,如模型中存在大的位移和轉(zhuǎn)動(dòng),在創(chuàng)建分析步時(shí)應(yīng)設(shè)置幾何非線性Nlgeom為on。設(shè)置臨時(shí)邊界條件,以保證在接觸建立起來(lái)之前模型不發(fā)生剛體位移。將分析過(guò)程分為多個(gè)分析步來(lái)完成,讓各個(gè)載荷分別在不同的分析步中逐漸施加到模型上,避免使接觸狀態(tài)發(fā)生劇烈的改變。盡管這樣這樣分析步驟多,但減小了收斂困難,提高了求解效率。如果初始荷載是力,當(dāng)嘗試過(guò)很多次之后若還不收斂,可以把它換成位移,。但為了防止剛體位移,可以增加一個(gè)反向力。

ABAQUS/explicit可以選擇通用接觸算法或者接觸對(duì)算法來(lái)進(jìn)行接觸模擬。通常定義一個(gè)接觸模擬只需要簡(jiǎn)單的指定所采用的接觸算法和將會(huì)發(fā)生接觸作用的表面。ABAQUS/explicit在求解接觸等非線性問(wèn)題時(shí)不需要進(jìn)行迭代,而是顯示的從上一個(gè)增量步的靜力學(xué)狀態(tài)推出動(dòng)力學(xué)平衡方程的解。ABAQUS/explicit的求解過(guò)程存在大量的增量步,但由于不進(jìn)行迭代,也不需要求解全體方程組,其每個(gè)增量步的計(jì)算成本很小,求解復(fù)雜非線性問(wèn)題的效率很高。

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