Abaqus接触关系怎么设置 Abaqus接触穿透问题怎么排查

Abaqus接触关系的设置方法，以及接触穿透问题的排查思路，在进行装配体、压装、碰撞、密封、摩擦滑移这类有限元分析的时候，是经常会被碰到的。接触设置这件事，表面上看，好像只是选中两个面而已，可实际上，它却会影响计算的收敛性、载荷的传递，还有最终结果的可信程度。如果接触面给选错了，主从面之间的关系不合理，或者接触的属性不匹配，那么模型就很可能会出现不接触、穿透过度、迭代不收敛，或者局部应力异常这些问题。在处理这类情况的时候，不能只把眼睛盯在报错的信息上面，而是要把几何模型、网格、接触属性、分析步的设置，还有边界条件，放在一起进行检查。

一、Abaqus接触关系怎么设置

在设置接触关系之前，需要先判断两个零件之间，到底是一种什么样的相互关系。是只允许它们接触和分离，还是需要包含摩擦和滑移；是属于小变形的接触，还是大滑移的接触；是面和面之间的接触，还是节点和面之间的接触。接触关系越是接近真实的工况，得到的结果就越有参考的价值，只不过，计算的难度，也就会跟着一起增加了。

1、先把接触的类型选好

在Interaction模块里面创建接触关系的时候，需要根据模型本身的特点，去选择面面接触、通用接触，或者是自接触。如果装配的关系比较清楚，局部的接触区域也很明确，那就可以使用面面接触；要是零件的数量比较多，接触的区域又不太确定，那么通用接触就会显得更加方便一些。不能为了图省事，就把所有的面全都放进接触里面，否则，接触搜索的范围就会变得太大，计算起来容易变慢，也更容易出现一些不必要的接触干扰。

2、把接触的属性设置好

接触的属性，通常需要包含法向的行为和切向的行为这两项。法向的行为，一般是用来控制接触的压力，还有分离的关系；切向的行为，则是用来定义摩擦的。在没有摩擦的时候，可以先使用无摩擦的接触，让模型能够跑通，然后再逐步地把摩擦系数给加入进去。摩擦系数这个参数，是不能随便填的，特别是像橡胶、金属压装、螺栓预紧这一类的模型，摩擦一旦发生变化，是会明显地影响到最终结果的。

3、检查一下接触面的选择

主面和从面的选择，需要结合刚度、网格，还有几何的尺寸，去综合地做出判断。一般来说，刚度比较大、网格比较粗、面积也比较大的那个面，是更适合作为主面的；而比较软、网格更细、变形也更明显的那个面，则是更适合作为从面。如果主面和从面给选反了，那就有可能会出现穿透加剧、接触压力不稳定，或者局部的计算结果出现异常这些情况。

二、Abaqus接触穿透问题怎么排查

出现接触穿透，并不一定就都是软件计算上出了错误，更多的时候，是因为模型的设置，没能匹配上实际的接触行为。穿透这件事，有可能来自于初始几何上的重叠，也有可能是因为网格太粗、接触刚度不够、载荷步子迈得太大、或者约束不合理这些原因。在做排查的时候，需要先分清楚，这到底是初始的穿透，还是在计算过程当中，一步一步逐渐产生的穿透。

1、先去查初始的间隙和重叠

通过过盈配合的设置，或者接触诊断给出的结果，去检查接触面之间，是不是从一开始，就存在着相互重叠、间隙过大，或者装配位置不准这些问题。如果模型在初始的时候，就已经互相穿透进去了，那到了后面，再怎么去调整接触的参数，都很难让它稳定下来。轻微的装配干涉，可以通过过盈配合的方式去处理；可要是明显的几何错误，那就应该回到几何模型，或者装配的位置里面去把它给修正过来。

2、检查一下网格的质量

接触区域的网格，不能太粗，也不能出现那种很严重的畸变。在曲面接触、尖角接触，还有局部压缩这些区域，最好是能够适当地把网格给加密一些。网格太粗的时候，接触面的形状，会被近似得很差，这样一来，就容易产生局部的穿透，和接触压力的跳变。网格的质量要是不好，那么就算是接触参数设置得正确，计算起来，也有可能是不稳定的。

3、调整一下载荷步和接触刚度

如果穿透是在加载的过程当中，一步一步逐渐出现的，那就要去检查一下，增量步是不是设得太大了，载荷施加得是不是太突然了，还有接触刚度，是不是偏低了。可以把初始的增量适当地减小一些，把自动稳定给打开，或者去调整一下接触控制的参数。但是，这些方法，并不能替代模型本身的修正，如果几何和边界条件本身就存在不合理的地方，那么单靠这些参数，是很难把问题给彻底解决掉的。

三、Abaqus接触设置后怎么验证结果

接触模型跑通了以后，也不能只是去看计算有没有完成。接触问题，是很容易出现“能够收敛，但是结果不对”这种情形的，所以还需要从变形、接触压力、接触的状态，还有反力平衡这几个方面，去进行复核。

1、查看一下接触的状态

在Visualization模块里面，去查看接触压力、接触的开闭状态，还有滑移的结果。如果那些本来应该接触的位置，却并没有接触到，或者那些不该接触的位置，反而出现了大面积的接触，那就说明接触面，或者接触的属性，可能是有问题的。接触的压力，要是只集中在了少数的几个单元上面，那也要去检查一下网格，和几何的边缘，是不是造成了数值上的奇异。

2、核对一下变形和反力

接触得到的结果，要和载荷的方向、约束的条件，还有零件的刚度，相互匹配才行。如果变形的方向不对，或者反力明显失去了平衡，那就要回过头去看一下边界条件，和接触传力的路径。有些时候，穿透的问题，并不是由接触设置所导致的，而是因为模型缺少了必要的约束，使得零件发生了不合常理的刚体运动。

3、做一下参数敏感性的检查

对于摩擦系数、网格的尺寸、接触的刚度，还有载荷步长这些参数，可以去做一个小范围的对比。要是计算的结果，对其中某一个参数，表现得特别敏感，那就要谨慎地去使用当前的结论。一个稳定的接触模型，不一定就完全不受参数的影响，但是，它也不应该因为一些轻微的调整，就出现完全不一样的接触区域，和应力分布。

总结

Abaqus接触关系应当怎样去设置，以及接触穿透的问题又该怎样去排查，这里面关键的地方，是先把接触的类型、接触的属性，还有接触的面，都给选对了，然后再去检查初始的间隙、网格的质量、载荷步，还有边界条件。对于穿透这个问题，不能只靠着提高接触刚度，或者减小步长，这些硬压下去的办法去解决，而是要去判断，它到底是几何上的重叠、网格上的问题、参数上的问题，还是约束上的问题。等到模型跑通了以后，还要再通过接触压力、接触的状态、变形和反力这些结果，去进行复核，确认所设置的接触关系，确实是符合工程实际的。