使用ABAQUS6.12创建和编辑接触区域的方法

在ABAQUS/Standard中，用户可以定义面-面接触和自接触；在ABAQUS/Explicit中，用户可以定义面-面接触、自接触和通用接触。之前设置的接触属性适用于所有的接触类型。

ABAQUS/Standard中的面-面接触（Surface-to-surface contact（Standard））

单击按钮，弹出图5-4所示的“创建相互作用”（Create Interaction）对话框。该对话框包括三个部分。

■名称（Name）：在该栏内输入相互作用的名称，默认为Int-n（n表示第n个创建的相互作用）。

■分析步（Step）：该栏用于选择激活相互作用的步骤，可以选择初始步或一个分析步。

■类型（Types for Selected Step）：该列表用于选择相互作用的类型。

选择分析步为Static，单击“继续”按钮，按住<Shift>键拾取轴头的接触面如图5-5所示，单击中键，再拾取齿轮（Gear1）的接触面如图5-6所示。

图5-4 创建相互作用

图5-5 轴头接触表面

图5-6 Gear1轴孔接触面

单击中键，弹出图5-7所示的“编辑相互作用”对话框。该对话框包含如下内容。

■“转换曲面”按钮：该按钮用于交换主面和从面，在选择从面（如图5-5中的轴头）时被激活。在视图区中，主面为红色，从面为紫红色。

■滑移公式（Sliding formulation）：该栏用于选择滑动公式。

●有限滑移（Finite sliding）：用于选择有限滑移公式，允许接触面间的任意分离、滑动及旋转，此为默认选项。

●小滑移（Small sliding）：用于选择小滑移公式，在整个分析中，接触面间的相对运动都较小。

■离散化方法（Constraint enforcement method）：该栏用于选择约束增强方法，即接触离散化。

●结点-表面（Node to surface）：此为默认选项，从面被离散成结点，每个从面结点与其投影到主面上的结点发生相互作用，接触方向为主面的法向，每一个接触条件包含一个从面结点和一组投影的主面结点。该方法适用于两种从面类型。

●表面-表面（Surface to surface）：该方法考虑了主面和从面的形状，提高了计算精确度，但要增加计算时间。该方法仅适用于从面。

■排除壳/膜厚度（Exclude shell/membrane element thickness）：该栏用于选择是否考虑壳或膜的厚度。当滑移公式（Sliding formulation）栏为小滑移（Small sliding）或当滑移公式（Sliding formulation）栏为有限滑移（Finite sliding）且离散化方法（Constraint enforcement method）栏为表面-表面（Surface to surface）时，该选项被激活，用户可以选择是否考虑壳或膜的厚度。当滑移公式（Sliding formulation）栏为有限滑移（Finite sliding）且离散化方法（Constraint enforcement method）栏为结点-表面（Node to surface）时，ABAQUS不考虑壳或膜的厚度。

■主表面平滑度（Degree of smoothing for master surface）：当滑移公式（Sliding formulation）栏为有限滑移（Finite sliding）时，用户可以在该栏输入主面边界长度的分数作为主面光滑参数，该值小于0.5，默认值为0.2。

■从结点/表面调整（Slave Node/Surface Adjustment）：该选项卡用于在计算开始时调整从结点/从面的位置。对从结点/从面位置的调整仅仅是对模型几何的调整，不产生应力/应变。

●不调整（No adjustment）：此为默认选项，不调整从结点/从面的位置。

●只为调整到删除过盈（Adjust only to remove overclosure）：仅调整被主面穿透的从面区域，将这些区域精确地移动到与主面接触的位置。

●为调整区域指定容差（Specify tolerance for adjustment zone）：该选项用于指定一个调整区域。用户在该栏内输入一个距离值，从主面向外延伸该设定的距离为调整区域，ABAQUS/Standard将调整区域内的从面精确地移动到与主面接触的位置。默认值为0，此时的调整效果与只为调整到删除过盈（Adjust only to remove overclosure）选项相同，仅调整被主面穿透的从面区域。

●调整下列集中的从结点（Adjust slave nodes in set）：ABAQUS/Standard仅调整指定结点集内包含的从面结点，不管该结点与主面的距离多大，ABAQUS/Standard将指定结点集内包含的从面结点精确地移动到与主面接触的位置。

●绑定调整后的表面（Tie adjusted surfaces）：当用户选择调整从结点/从面的位置时被激活，表示在整个分析中将主面和从面绑定在一起，即定义一个绑定接触。一般情况下，建议读者采用绑定约束（Tie Constraint）代替绑定接触。

■过盈量（Clearance）：当选择小滑移公式（在滑移公式（Sliding formulation）选项选择“小滑移”（Small sliding））时，该选项卡用于指定主面和从面之间的初始间距或过盈，用户需要首先在初始空隙（Initial clearance）列表内选择间距类型，再按要求指定初始间距或过盈。

●未指定（Not specified）：不指定初始间距。

●整个从平面上的一致值（Uniform value across slave surface）：该选项用于指定主面和从面之间统一的间距或过盈，正值为间距，负值为过盈。

●计算单线螺栓（Computed for single-threaded bolt）：该选项用于单个螺栓连接的螺纹模拟，初始间距或过盈由ABAQUS/Standard计算出。

■从表面上的过盈区域（Clearance region on slave surface）：用户需要单击“Edit Region”按钮指定需要设置初始间距或穿透的从面结点区域，方法与定义接触时指定从面结点区域相同。

■螺栓议程矢量（Bolt direction vector）：用户需要单击“编辑”按钮在视图区选择已创建的轴作为螺栓/螺栓孔中心线的方向。

■半线角（Half-thread angle）：该栏用于输入半螺纹断面角。

■螺距（Pitch）：该栏用于输入螺距。

■螺栓直径（Bolt diameter）：该栏用于输入螺纹的直径，用户可以选择“主要”定义螺纹大径，选择“平均”定义螺纹中径。

●指定单线螺栓（Specify for single-threaded bolt）：该选项用于单个螺栓连接的接触分析，与计算单线螺栓（Computed for single-threaded bolt）的唯一区别是需要用户指定初始间距或过盈，正值为间距，负值为过盈。

●接触作用属性（Contact interaction property）：该栏用于选择接触作用属性。若之前没有设置接触属性，可以单击按钮进行创建。

●选项（Options）：单击“干涉调整”按钮，弹出“干涉调整选项”对话框，如图5-8所示，用于设置初始过盈。

图5-7 编辑相互作用

图5-8 “干涉调整选项”对话框

●接触控制（Contact controls）：该栏用于选择已建立的接触控制。

ABAQUS/Standard中的自接触（Self-contact（Standard））

在创建ABAQUS/Standard的通用分析步后，用户可以在“创建相互作用”对话框中选择“定义自接触”。单击“继续”按钮，在视图区选择可变形的面，单击提示区的“完成”按钮；或单击提示区中右侧的“表面”按钮，在弹出的“区域选择”对话框中选择已创建的表面，单击“继续”按钮。弹出“编辑相互作用”对话框，如图5-9所示。下面对该对话框进行介绍。

■接触作用属性（Contact interaction property）：该栏用于选择接触属性。若之前没有设置接触属性，可以单击按钮进行创建。

■离散化方法（Constraint enforcement method）：该栏用于选择约束增强方法，即接触离散化。用户可以选择表面-表面和结点-表面两种方式，与ABAQUS/Standard中的面-面接触（Surface-to-surface contact（Standard））相同。

■排除壳/膜厚度（Exclude shell/membrane element thickness）：该栏用于选择是否考虑壳或膜的厚度。当离散化方法（Constraint enforcement method）栏为“表面-表面”时，该选项被激活，用户可以选择是否考虑壳或膜的厚度；当离散化方法（Constraint enforcement method）栏为“结点-表面”时，ABAQUS不考虑壳或膜的厚度。(www.xing528.com)

■平滑度（Degree of smoothing）：如同ABAQUS/Standard中的面-面接触（Surface-to-surface contact（Standard）），该栏用于输入主面边界长度的分数作为主面平滑度参数，该值小于0.5，默认值为0.2。

■接触控制（Contact controls）：该栏用于选择已建立的接触控制。

ABAQUS/Explicit中的面-面接触（Surface-to-surface contact（Explicit））

在创建ABAQUS/Explicit的分析步后，用户可以在“创建相互作用”对话框中选择“通用接触（显式）”定义面-面接触。

单击“继续”按钮，分别选择第一个表面和第二个表面/结点集合区域，方法与ABAQUS/Standard中的面-面接触（Surface-to-surface contact（Standard））中主面和从面/从结点的选择相同。

之后，弹出“编辑相互作用”（Edit Interaction）对话框，如图5-10所示。下面对该对话框进行介绍。

图5-9 编辑相互作用

图5-10 编辑相互作用

■“曲面转换”按钮：该按钮用于交换第一个表面和第二个表面，在选择第二个表面时被激活。在视图区中，第一个表面为红色，第二个表面为紫红色。

■力学约束公式化（Mechanical constraint formulation）：该栏用于选择约束增强方法。

●运动接触法（Kinematic contact method）：用于选择动力学预测/修正接触算法。

●罚接触方法（Penalty contact method）：用于选择罚函数接触算法。

■滑移公式（Sliding formulation）：该栏用于选择滑移公式。

●有限滑移（Finite sliding）：用于选择有限滑移公式，允许接触面间的任意分离、滑动和旋转，此为默认选项。

●小滑移（Small sliding）：用于选择小滑移公式，在整个分析中，接触面间的相对运动都较小。

■过盈量（Clearance）：当选择小滑移公式（在滑移公式（Sliding formulation）选项选择“小滑移”（Small sliding））时，该区域用于指定主面和从面之间的初始间距或过盈，设置方法与ABAQUS/Standard中的面-面接触（Surface-to-surface contact（Standard））完全相同。

■接触作用属性（Contact interaction property）：该栏用于选择接触作用属性。若之前没有设置，可以单击按钮进行创建。

■权系数（Weighting factor）：该栏用于选择主-从接触算法，包括单纯主-从接触算法（始终以第一个表面为主面）和平衡主-从接触算法，后者使结果更精确，但要花费更多的计算时间。

●使用分析默认值（Use analysis default）：ABAQUS/Explicit根据选择的约束增强方法和模型的情况选用默认的单纯主-从接触算法。

●指定（Specify）：用户指定权重因子，取值范围为0～1。该值为0表示第一个表面为从面，第二个表面为主面；该值为1表示第一个表面为主面，第二个表面为从面；该值在0～1之间时，ABAQUS/Explicit采用平衡主-从接触算法，该值为0.5时，采用默认的平衡主-从接触算法。

■接触控制（Contact controls）：该栏用于选择已建立的接触控制。

ABAQUS/Explicit中的自接触（Self-contact（Explicit））

在创建ABAQUS/Explicit的分析步后，用户可以在“创建相互作用”对话框中选择“定义自接触（Self-contact（Explicit））。单击“继续”按钮，选择可变形的面，方法与ABAQUS/Standard中的自接触（Self-contact（Standard））中面的选择相同。弹出“编辑相互作用”对话框，如图5-11所示。下面对该对话框进行介绍。

■力学约束公式化（Mechanical constraint formulation）：该栏用于选择约束增强方法。

●运动接触法（Kinematic contact method）：用于选择动力学预测/修正接触算法。

●罚接触方法（Penalty contact method）：用于选择罚函数接触算法。

图5-11 编辑相互作用

■接触作用属性（Contact interaction property）：该栏用于选择接触属性。若之前没有设置，可以单击按钮进行创建。

■接触控制（Contact controls）：该栏用于选择已建立的接触控制。

ABAQUS/Explicit中的通用接触（General contact（Explicit））

在创建ABAQUS/Explicit的分析步后，用户可以在“创建相互作用”对话框中选择“通用接触”（Explicit）定义通用接触。单击“继续”按钮，弹出“编辑相互作用”对话框，如图5-12所示。下面对该对话框进行介绍。

■接触领域（Contact Domain）：该选项组用于指定接触区域。

●全部*含自身（All*with self）：该选项用于将模型中所有的外部表面、壳的边界、梁的片断和分析刚体的表面指定为接触区域。

●所选的成对面（Selected surface pairs）：选择该选项，单击“编辑”按钮，弹出“编辑内置对”对话框，如图5-13所示，用户可以在该对话框内指定接触对。分别在“选择对”的两栏内选择面，单击按钮，将选择的面传递到右侧的“包括对”数据表中，用户可以单击“删除指定行”按钮删除已指定的接触对。设置完成，单击“确定”按钮，返回“编辑相互作用”对话框。

图5-12 编辑相互作用

图5-13 编辑内置对

■属性指派（Attribute Assignments）：该选项组用于指定任何步骤中的通用接触属性。

●接触属性（Contact Properties）：该选项卡用于设置接触属性。

■全局属性指派（Global property assignments）：该栏用于选择分配到整个接触区域的接触属性。若之前没有设置接触属性，可以单击按钮进行创建。

■独特的属性指派（Individual property assignments）：该栏用于对每个接触对分配不同的接触属性。单击“编辑”按钮，弹出“编辑单个接触属性指派”（Edit Individual Contact Property Assignments）对话框，其使用与“编辑内置对”（Edit Included Pairs）对话框类似，设置完成，单击“确定”按钮，返回“编辑相互作用”对话框。

●表面属性（Surface Properties）：该选项卡用于设置表面属性。

■面的厚度指定（Surface thickness assignments）：该栏用于指定壳或膜的厚度。单击“编辑”按钮，弹出“编辑面的厚度指定”（Surface thickness assignments）对话框。面的厚度指定（Surface thickness assignments）表格中第二列默认为ORIGINAL，表示采用壳或膜的原始厚度；输入THINNING，表示采用壳或膜的当前厚度；也可以直接输入壳或膜的厚度值。用户也可以在第三列输入比例因子，默认值为1。设置完成，单击“确定”按钮，返回“编辑相互作用”对话框。

■壳/膜偏移指派（Shell/Membrane offset assignments）：该栏用于指定壳或膜的偏移。单击“编辑”按钮，弹出“编辑壳/膜偏移指派”（Shell/Membrane offset assignments）对话框，其使用与“编辑面的厚度指定”（Surface thickness assignments）对话框类似。壳/膜偏移指派（Shell/Membrane offset assignments）表格中第二列默认为ORIGINAL，表示采用壳或膜的原始偏移量；输入“SPOS”，表示采用壳或膜的顶面为基准面；输入“SENG”，表示采用壳或膜的底面为基准面；也可以直接输入壳或膜的偏移量分数，范围为-0.5～0.5。设置完成，单击“确定”按钮，返回“编辑相互作用”对话框。

■特征边缘标准分布（Feature edge criteria assignments）：该栏用于控制包含在通用接触区域内的特征边界（包括壳的周边界和几何特征边界）。单击“编辑”按钮，弹出“编辑特征边缘标准分布”（Feature edge criteria assignments）对话框，其使用与“编辑面的厚度指定”（Surface thickness assignments）对话框类似。编辑特征边缘标准分布（Feature edge criteria assignments）表格中第二列默认为PERIMETER，表示在通用接触区域内包含周边界；输入NONE，表示在通用接触区域内不包含特征边界；也可以直接指定一个大于20°的角度，在通用接触区域内包含特征角大于或等于该指定角度的特征边界。设置完成，单击“确定”按钮，返回“编辑相互作用”对话框。

●接触公式（Contact Formulation）：该选项卡用于设置单纯主-从接触算法中的主面和从面。单击“编辑”按钮，弹出“编辑纯主-从指派”对话框，其使用与“编辑面的厚度指定”（Surface thickness assignments）对话框类似，编辑纯主-从指派表格中第二列默认为SLAVE，表示第一个表面为从面；输入“MASTER”，表示第一个表面为主面。设置完成，单击“确定”按钮，返回“编辑相互作用”对话框。 用户可以通过相互作用、接触控制、创建命令定义接触控制，适用于ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit中的面-面接触和自接触，详见相关系统帮助文件。 用户要慎用接触控制。因为接触控制的默认设置适用于大多数分析，改变默认设置可能增加计算时间或产生不精确的解。