Abaqus边界条件怎么施加 Abaqus边界条件导致刚体位移怎么办

Abaqus中边界条件应当怎样施加，以及边界条件导致刚体位移时又该如何处理，这是结构分析当中一个比较常见的入门难点。有时候模型的材料、网格、载荷，看上去都没有什么问题，提交计算以后却会出现不收敛、零主元、刚体位移这一类的提示，这种情况，很多时候根源就出在约束没有被正确地施加好。边界条件这件事，并不是简单地把模型“固定住”就可以了，它的作用是去限制那些不该发生的自由运动，与此同时，还不能把真实的变形也给锁死。在Abaqus里面，边界条件是可以被用来在节点上施加位移、转角这些约束的，也常常被用来控制分析当中的运动自由度。

一、Abaqus边界条件怎么施加

在Abaqus中施加边界条件的时候，先不用急着直接去选择面来固定。需要先想清楚，模型在真实的工况里面，哪些地方是被支撑住的，哪些地方是可以滑动的，又有哪些地方，只需要限制某一个方向。如果约束施加得太少，模型就可能会整个飘走；要是约束施加得太死，又会使得应力的计算结果变得不真实。

1、先去判断需要限制哪些自由度

对于三维的实体模型，通常主要去看U1、U2、U3这三个平动的自由度；而梁、壳、参考点这些，还会涉及到转动的自由度。比如说，一个零件放在平台上面，未必就需要把三个方向全都固定住，有可能只需要限制法向的位移，然后再用少量的约束去防止它发生整体的滑移。在这个地方，不能凭感觉去全选固定，固定得太多，是会把结构的变形给限制掉的。

2、在合适的位置施加约束

进入到Load模块以后，可以通过创建边界条件这个功能，去选择分析步、区域，还有约束的类型。比较常见的做法，是对支撑面、对称面、参考点，或者是耦合点，去施加边界条件。对称的模型，需要注意对称面在法向上的位移限制；做远端加载的时候，可以使用参考点，再配合上耦合约束，这样可以把载荷和边界条件施加得更加干净一些。对于刚体的部件，则需要特别留意，刚体的运动，通常都应当通过参考点来加以控制，而不是随便去约束刚体表面上的节点；刚体的运动，可以通过施加在参考节点上的边界条件来做出规定。

3、把初始约束和加载步的约束分清楚

有一些约束，是只在初始步里面才定义的，另一些，则是在后续的加载步当中，才会发生改变。比如压头先是定位，然后再往下压；夹具先是固定住，然后再释放掉某一个方向，这些情况，都需要对照着分析步去进行设置。边界条件如果被激活，或者被停用在了错误的step里面，那么最终得到的结果，和预期之间就会有很大的差距。

二、Abaqus边界条件导致刚体位移怎么办

出现刚体位移，一般就说明模型里面，还存在着没有被限制住的整体自由运动。它不一定就是网格的问题，也不一定就是材料参数的问题。在静力分析当中，模型至少需要拥有足够的约束，来阻止整体的平动和转动，不然的话，求解器就很难找到一个稳定的平衡位置。

1、检查一下约束是不是缺少了方向

先去看一看，模型是不是还能在某个方向上，进行整体的平动，或者绕着某一根轴，进行整体的转动。比如说，只是把底面的U3方向给限制住了，那么模型就依然有可能在U1、U2的方向上滑动；只约束了一个点，那么模型可能还会绕着这个点去转动。处理这个问题的时候，不能盲目地去把所有的自由度都固定住，而是应当补上最少、最必要的约束，让模型既能稳定下来，又能尽可能地去接近真实的支撑情况。

2、检查一下接触是不是没有建立起来

在很多装配体的模型里面，出现刚体位移，并不是因为边界条件完全没有加上，而是因为接触没有能够真正地把力传递出去。比如说，两个零件之间存在着间隙，接触面给选错了，法向的方向弄反了，或者初始穿透处理得不合适，这样一来，载荷一加上去，某一个零件就好像“没有被抓住”一样，直接跑掉了。遇到这种情况，就需要去检查接触对、主从面、接触属性，还有初始的间隙。

3、检查一下刚体的参考点

如果模型里面包含了analytical rigid或者是discrete rigid body，那就要去确认一下，边界条件是不是施加在了参考点的上面。如果把位移约束加到了刚体的从属节点上面，通常是并不能真正控制住整个刚体的运动的。在Abaqus里面，刚体通常是由参考节点来控制它的运动的，这一点，在做压头、夹具、工具体这一类模型的时候，是很容易被忽略掉的。

三、边界条件设置时怎么减少结果失真

边界条件这件事，它的难点，并不只是要让模型能够算得动，还要让最终得到的结果，是可信的。有一些模型，虽然能够收敛，但是因为约束太强了，导致局部应力异常地高，或者变形的模式，明显和真实的情况不相符，这样的结果，同样是需要谨慎去看待的。

1、避免过度地固定

如果真实的结构，仅仅是支撑、滑动，或者是接触，那就不要随手就用完全固定的方式去替代它。完全固定，会把所有的位移都给限制住，这样一来，局部的应力就往往会被放大。这个时候，可以去考虑使用位移约束、对称约束、耦合约束，或者是弹簧支撑，让边界条件能够更加接近实际的状态。

2、看一看反力是不是合理

在计算完成以后，不要只是去看云图。反力的大小和方向，是能够帮助去判断边界条件设置得合不合理的。如果外载荷和反力之间，明显是不平衡的，或者在某一个约束点上面，反力出现了异常的集中，那就说明施加的边界条件，可能不太自然。

3、先用简化的模型去试算一下

复杂的装配模型，在出现刚体位移的时候，可以先建一个简化之后的版本出来，只保留那些主要的支撑、载荷，还有接触。等简化模型能够跑通了，再一步一步地把那些细节给加上去。这样做，比起在完整的模型里面，到处去改动约束，要更加容易把问题给定位出来。

总结

Abaqus边界条件应当怎样施加，以及边界条件导致刚体位移时又该怎么办，这里面的关键，是先要把真实的支撑关系给弄清楚，然后再去限制那些必要的自由度。在施加边界条件的时候，需要注意约束的方向、分析步、参考点，还有接触关系；在出现刚体位移的时候，则要先检查一下是不是缺少了约束、接触是不是能够传力、刚体是不是通过参考点来控制的。边界条件，并不是越强就越好，能够稳定求解，仅仅是第一步而已，只有反力、变形，还有应力的分布，这几样都合理，最终得到的结果，才会有更高的参考价值。