彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS接觸問題分析與實踐

彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS接觸問題分析與實踐1彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS接觸問題分析與實踐1.1緒論1.1.1ABAQUS軟件簡介ABAQUS是一款廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的高級有限元分析軟件，由DassaultSystèmes公司開發(fā)。它能夠處理復(fù)雜的非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和接觸非線性。ABAQUS的接觸分析功能尤其強大，能夠模擬各種接觸條件，如滑動、摩擦、間隙、焊接等，適用于汽車、航空航天、土木工程、生物醫(yī)學(xué)等多個行業(yè)。1.1.2接觸問題在工程中的重要性接觸問題在工程設(shè)計和分析中至關(guān)重要。例如，在機械設(shè)計中，齒輪、軸承、連接件等部件之間的接觸分析能夠預(yù)測磨損、應(yīng)力集中和疲勞壽命，從而優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品性能和可靠性。在土木工程中，地基與結(jié)構(gòu)之間的接觸分析有助于評估結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。接觸分析還能應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如關(guān)節(jié)接觸、植入物與骨骼的相互作用等。1.1.3ABAQUS接觸分析的基本概念A(yù)BAQUS接觸分析基于接觸理論，主要涉及以下概念：-接觸對：定義了兩個可能接觸的表面，包括主表面和從表面。-接觸類型：包括面-面接觸、點-面接觸、自接觸等。-接觸行為：如滑動、摩擦、間隙、焊接等。-接觸算法：ABAQUS使用先進的接觸算法，如罰函數(shù)法、拉格朗日乘子法等，來解決接觸問題。-接觸控制：包括接觸搜索、接觸激活/去激活、接觸輸出控制等。1.2ABAQUS接觸分析實踐1.2.1定義接觸對在ABAQUS中，接觸對的定義是接觸分析的基礎(chǔ)。例如，假設(shè)我們有一個模型，包含一個圓柱體和一個平面，我們想要模擬圓柱體與平面之間的接觸。首先，需要在模型中定義這兩個表面，然后創(chuàng)建一個接觸對。#定義主表面和從表面

model.Surface(name='Cylinder_Surface',side1Elements=elem_set)

model.Surface(name='Plane_Surface',side1Elements=elem_set)

#創(chuàng)建接觸對

model.ContactProperty('Contact_Prop')

model.CohesiveBehavior(name='Cohesive_Behavior')

model.CohesiveBehaviorOptions(behaviorType='PENALTY',

pressureDependency=ON,

temperatureDependency=ON,

dependencies=2)

model.CohesiveBehaviorTable(data=((100.0,100.0,1.0,1.0),),

temperatureDependency=ON,

pressureDependency=ON)

#應(yīng)用接觸屬性

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Cylinder_to_Plane',

createStepName='Initial',

master='Plane_Surface',

slave='Cylinder_Surface',

sliding=FINITE,

thickness=ON,

interactionProperty='Contact_Prop')1.2.2設(shè)置接觸行為接觸行為的設(shè)置決定了接觸面之間的相互作用。例如，滑動接觸允許表面之間有相對滑動，而摩擦接觸則考慮了摩擦力的影響。#設(shè)置滑動接觸

model.ContactProperty('Sliding_Prop')

model.CohesiveBehavior(name='Sliding_Behavior')

model.CohesiveBehaviorOptions(behaviorType='SLIDING',

pressureDependency=ON,

temperatureDependency=ON,

dependencies=2)

model.CohesiveBehaviorTable(data=((100.0,100.0,1.0,1.0),),

temperatureDependency=ON,

pressureDependency=ON)

#應(yīng)用滑動接觸屬性

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Cylinder_to_Plane',

createStepName='Initial',

master='Plane_Surface',

slave='Cylinder_Surface',

sliding=FINITE,

thickness=ON,

interactionProperty='Sliding_Prop')1.2.3控制接觸搜索接觸搜索是ABAQUS在分析過程中自動檢測接觸對之間是否發(fā)生接觸的過程。合理的接觸搜索控制可以提高分析效率和準(zhǔn)確性。#控制接觸搜索

model.ContactStd(name='Contact_Std',

createStepName='Initial',

initialClearance=SMALL,

adjustMethod=NONE,

initialSearchMethod=DEFAULT,

searchToleranceMethod=DEFAULT,

searchTolerance=0.001,

searchFrequency=1,

searchToleranceFrequency=1)1.2.4接觸輸出控制接觸輸出控制允許用戶選擇需要輸出的接觸信息，如接觸壓力、摩擦力、接觸面積等，這對于分析結(jié)果的解讀和驗證至關(guān)重要。#設(shè)置接觸輸出

model.FieldOutputRequest(name='Contact_Output',

createStepName='Step-1',

variables=('CF','CSTRESS','CSTRAIN','CDISP','CTEMP'))通過以上步驟，可以有效地在ABAQUS中進行接觸問題的分析與實踐，為工程設(shè)計提供有力的仿真支持。2ABAQUS基礎(chǔ)操作2.1軟件界面與基本功能2.1.1軟件界面ABAQUS的用戶界面主要分為以下幾個部分：菜單欄：提供軟件的主要功能選項，如文件操作、模型建立、分析設(shè)置等。工具欄：快速訪問常用功能的圖標(biāo)，如創(chuàng)建、編輯、運行分析等。模型樹：顯示當(dāng)前模型的結(jié)構(gòu)，包括幾何體、材料、邊界條件等，便于管理和編輯。圖形窗口：顯示模型的圖形視圖，支持旋轉(zhuǎn)、縮放和平移操作。消息窗口：顯示操作反饋和分析結(jié)果信息。2.1.2基本功能ABAQUS提供了廣泛的功能，包括：幾何建模：支持2D和3D幾何體的創(chuàng)建和編輯。材料屬性定義：可以定義各種材料的彈性、塑性、熱學(xué)等屬性。邊界條件設(shè)置：包括固定、位移、力、壓力等邊界條件的設(shè)定。網(wǎng)格劃分：自動或手動劃分網(wǎng)格，支持不同類型的單元。分析設(shè)置：定義分析類型（如靜力、動力、熱分析等）、時間步長、載荷等。結(jié)果后處理：查看和分析仿真結(jié)果，包括應(yīng)力、應(yīng)變、位移等。2.2建立模型與網(wǎng)格劃分2.2.1建立模型在ABAQUS中建立模型通常包括以下步驟：創(chuàng)建部件：使用菜單欄中的“Part”選項，選擇“CreatePart”，然后選擇幾何形狀（如長方體、圓柱體等）。編輯幾何：使用“EditPart”功能，可以對幾何體進行修改，如切割、合并等。實例化部件：在“Assembly”中，將創(chuàng)建的部件實例化到模型中，可以設(shè)置部件的位置和方向。示例代碼#創(chuàng)建長方體部件

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

fromsectionimport*

frommaterialimport*

fromassemblyimport*

fromstepimport*

frominteractionimport*

fromloadimport*

frommeshimport*

fromjobimport*

fromsketchimport*

fromvisualizationimport*

fromconnectorBehaviorimport*

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

session.Viewport(name='Viewport:1',origin=(0.0,0.0),width=128.0,height=95.0)

session.viewports['Viewport:1'].makeCurrent()

session.viewports['Viewport:1'].maximize()

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,engineeringFeatures=ON)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.geometryOptions.setValues(

referenceRepresentation=ON)

#創(chuàng)建長方體

mySketch=session.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

mySketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

myPart=session.Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=20.0)2.2.2網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分是將模型分解為許多小的單元，以便進行數(shù)值計算。ABAQUS支持多種網(wǎng)格劃分方法：自動網(wǎng)格劃分：使用“Mesh”選項中的“AutoMesh”，軟件將自動為模型生成網(wǎng)格。手動網(wǎng)格劃分：可以指定網(wǎng)格的大小和類型，適用于需要精細(xì)控制的區(qū)域。示例代碼#手動網(wǎng)格劃分

myMesh=myPart.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

myMesh=myPart.generateMesh()2.3材料屬性與邊界條件設(shè)置2.3.1材料屬性定義在ABAQUS中，材料屬性的定義是通過“Material”選項進行的，可以定義彈性模量、泊松比等基本屬性。示例代碼#定義材料屬性

myMaterial=session.Material(name='Steel')

myMaterial.Elastic(table=((200e3,0.3),))2.3.2邊界條件設(shè)置邊界條件的設(shè)置包括固定邊界、位移邊界、載荷邊界等，通過“BoundaryConditions”和“Loads”選項進行。示例代碼#設(shè)置固定邊界條件

myInstance=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.instances['Part-1-1']

myBC=myInstance.Set(name='Fixed',nodes=myInstance.nodes.getByBoundingBox(0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0))

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-Fixed',createStepName='Initial',region=myBC,u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=ON,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#設(shè)置載荷

myLoad=myInstance.Set(name='Load',nodes=myInstance.nodes.getByBoundingBox(100.0,50.0,20.0,100.0,50.0,20.0))

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',region=myLoad,cf1=-1000.0,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)以上代碼示例展示了如何在ABAQUS中使用Python腳本進行模型創(chuàng)建、網(wǎng)格劃分以及材料和邊界條件的設(shè)置。通過這些步驟，可以為復(fù)雜的彈性力學(xué)問題建立仿真模型，進行精確的分析和預(yù)測。3彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS接觸問題分析與實踐3.1接觸對定義與類型3.1.1接觸對的基本定義在ABAQUS中，接觸對（ContactPair）是指兩個可能相互接觸的表面，其中一個表面被定義為主表面（MasterSurface），另一個表面被定義為從表面（SlaveSurface）。接觸對的定義是進行接觸分析的基礎(chǔ)，它允許軟件在模擬過程中計算兩個表面之間的相互作用力，包括摩擦力和正壓力。3.1.2主從面的設(shè)定主表面和從表面的設(shè)定對于接觸分析至關(guān)重要。主表面通常是指幾何形狀較為簡單、網(wǎng)格劃分較為精細(xì)的表面，而從表面則是與主表面接觸的另一表面。在ABAQUS中，設(shè)定主從面可以通過以下步驟完成：選擇主表面：在模型中選擇一個表面作為主表面。選擇從表面：選擇另一個可能與主表面接觸的表面作為從表面。定義接觸屬性：包括接觸類型、摩擦系數(shù)等。示例：定義接觸對#ABAQUSPythonScriptfordefiningacontactpair

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

frompartimport*

frommaterialimport*

fromsectionimport*

fromassemblyimport*

fromstepimport*

frominteractionimport*

fromloadimport*

frommeshimport*

fromjobimport*

fromsketchimport*

fromvisualizationimport*

fromconnectorBehaviorimport*

#創(chuàng)建模型

model=mdb.models['Model-1']

#定義主表面

masterSurface=model.parts['Part-1'].surfaces['MasterSurface']

#定義從表面

slaveSurface=model.parts['Part-2'].surfaces['SlaveSurface']

#創(chuàng)建接觸對

model.ContactProperty('Int-Prop-1')

eractionProperties['Int-Prop-1'].TangentialBehavior(

formulation=FINITE,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),))

eractionProperties['Int-Prop-1'].NormalBehavior(

pressureOverclosure=HARD,allowSeparation=ON,generateContactBetweenSelf=OFF)

#應(yīng)用接觸對

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',createStepName='Step-1',

master=masterSurface,slave=slaveSurface,sliding=FINITE,

interactionProperty='Int-Prop-1',adjustMethod=NONE,initialClearance=OMIT,

datumAxis=None,clearanceRegion=None)3.1.3接觸類型：面-面接觸與點-面接觸ABAQUS支持多種接觸類型，其中最常見的是面-面接觸（Surface-to-SurfaceContact）和點-面接觸（Point-to-SurfaceContact）。面-面接觸：適用于兩個表面之間的接觸，可以處理復(fù)雜的接觸情況，如滑動、摩擦等。點-面接觸：適用于點與面之間的接觸，通常用于模擬銷釘、螺栓等點接觸部件。示例：定義面-面接觸#ABAQUSPythonScriptfordefiningsurface-to-surfacecontact

#假設(shè)模型中已有兩個表面：'MasterSurface'和'SlaveSurface'

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',createStepName='Step-1',

master=masterSurface,slave=slaveSurface,sliding=FINITE,

interactionProperty='Int-Prop-1',adjustMethod=NONE,initialClearance=OMIT,

datumAxis=None,clearanceRegion=None)示例：定義點-面接觸#ABAQUSPythonScriptfordefiningpoint-to-surfacecontact

#假設(shè)模型中有一個點：'Point-1'和一個表面：'Surface-1'

model.PointOnSurfaceContactStd(name='Contact-2',createStepName='Step-1',

point=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].sets['Point-1'],

surface=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2'].surfaces['Surface-1'],

sliding=FINITE,interactionProperty='Int-Prop-2',adjustMethod=NONE,

initialClearance=OMIT,datumAxis=None,clearanceRegion=None)以上示例展示了如何使用ABAQUS的Python接口定義面-面接觸和點-面接觸。通過設(shè)定不同的接觸屬性和類型，可以精確模擬各種接觸情況，從而提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。4彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS接觸屬性設(shè)置4.1摩擦系數(shù)的設(shè)定在ABAQUS中，摩擦系數(shù)的設(shè)定對于接觸問題的準(zhǔn)確模擬至關(guān)重要。摩擦系數(shù)影響接觸面之間的滑動行為，特別是在動態(tài)和靜態(tài)分析中，它決定了接觸面之間的摩擦力大小。摩擦系數(shù)的設(shè)定通常在接觸屬性（ContactProperties）中完成，通過定義接觸對（ContactPair）的摩擦行為。4.1.1示例代碼#定義接觸屬性，設(shè)定摩擦系數(shù)

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#創(chuàng)建接觸屬性

myContactExp=myModel.ContactExp(name='FrictionalContact',createStepName='Initial')

myContactExp.frictionFormulation=STANDARD

myContactExp.friction=(0.3,)#設(shè)定摩擦系數(shù)為0.3

#定義接觸對

myContactPair=myModel.ContactPair(name='ContactPair-1',createStepName='Initial')

myContactPeraction=myContactExp

myContactPair.slave=myModel.parts['Part-1'].surfaces['Surface-1']

myContactPair.master=myModel.parts['Part-2'].surfaces['Surface-2']4.1.2描述上述代碼中，我們首先創(chuàng)建了一個接觸屬性myContactExp，并將其命名為FrictionalContact，設(shè)定在初始步（InitialStep）創(chuàng)建。接著，我們設(shè)定了摩擦公式為標(biāo)準(zhǔn)（STANDARD），并定義了摩擦系數(shù)為0.3。然后，我們創(chuàng)建了一個接觸對myContactPair，并將其命名為ContactPair-1，同樣設(shè)定在初始步創(chuàng)建。我們指定了接觸屬性myContactExp，并定義了從屬面（slave）和主面（master），分別對應(yīng)Part-1和Part-2的表面。4.2接觸剛度與間隙處理接觸剛度和間隙處理是ABAQUS接觸分析中的關(guān)鍵參數(shù)。接觸剛度決定了接觸區(qū)域的響應(yīng)，而間隙處理則影響接觸面之間的分離行為。在ABAQUS中，可以通過接觸屬性來設(shè)定這些參數(shù)，以確保模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。4.2.1示例代碼#定義接觸屬性，設(shè)定接觸剛度和間隙處理

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#創(chuàng)建接觸屬性

myContactExp=myModel.ContactExp(name='StiffnessGapContact',createStepName='Initial')

myContactExp.frictionFormulation=STANDARD

myContactExp.friction=(0.3,)#設(shè)定摩擦系數(shù)為0.3

myContactExp.normalStiffness=1e6#設(shè)定接觸剛度

myContactExp.gapTolerance=1e-6#設(shè)定間隙處理的公差

#定義接觸對

myContactPair=myModel.ContactPair(name='ContactPair-2',createStepName='Initial')

myContactPeraction=myContactExp

myContactPair.slave=myModel.parts['Part-1'].surfaces['Surface-1']

myContactPair.master=myModel.parts['Part-2'].surfaces['Surface-2']4.2.2描述在本例中，我們創(chuàng)建了一個名為StiffnessGapContact的接觸屬性，設(shè)定了摩擦系數(shù)為0.3，接觸剛度為1e6，以及間隙處理的公差為1e-6。接觸剛度的設(shè)定確保了接觸區(qū)域的響應(yīng)更加接近實際物理行為，而間隙處理的公差則控制了接觸面之間的分離，避免了過大的間隙導(dǎo)致的不真實接觸行為。4.3自接觸與小滑移接觸自接觸（Self-Contact）和小滑移接觸（SmallSlidingContact）是ABAQUS中處理復(fù)雜接觸問題的兩種方法。自接觸允許模型的同一部分內(nèi)部發(fā)生接觸，而小滑移接觸則適用于接觸面之間滑動量較小的情況，可以簡化計算，提高效率。4.3.1示例代碼#定義自接觸和小滑移接觸屬性

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#創(chuàng)建自接觸屬性

mySelfContact=myModel.ContactExp(name='SelfContact',createStepName='Initial')

mySelfContact.frictionFormulation=STANDARD

mySelfContact.friction=(0.3,)#設(shè)定摩擦系數(shù)為0.3

mySelfContact.smallSliding=ON#開啟小滑移接觸

#定義自接觸對

mySelfContactPair=myModel.ContactPair(name='SelfContactPair',createStepName='Initial')

mySelfContactPeraction=mySelfContact

mySelfContactPair.slave=myModel.parts['Part-1'].surfaces['Surface-1']

mySelfContactPair.master=myModel.parts['Part-1'].surfaces['Surface-2']4.3.2描述在上述代碼中，我們創(chuàng)建了一個名為SelfContact的接觸屬性，設(shè)定了摩擦系數(shù)為0.3，并開啟了小滑移接觸（SmallSlidingContact）。然后，我們定義了一個自接觸對mySelfContactPair，其中從屬面和主面都屬于Part-1的不同表面。自接觸的設(shè)定允許了Part-1內(nèi)部的接觸分析，而小滑移接觸的開啟則簡化了接觸面之間的滑動計算，適用于滑動量較小的接觸問題。通過這些接觸屬性的設(shè)定，我們可以更準(zhǔn)確地模擬彈性力學(xué)中的接觸問題，確保仿真結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。在實際操作中，根據(jù)具體問題的需要，合理選擇和設(shè)定接觸屬性是至關(guān)重要的。5彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：接觸算法與求解控制5.1接觸算法的選擇在ABAQUS中，接觸算法的選擇對于準(zhǔn)確模擬接觸界面的力學(xué)行為至關(guān)重要。軟件提供了多種接觸算法，包括表面-表面接觸、TIED接觸、嵌入接觸等，每種算法都有其適用場景和特點。5.1.1表面-表面接觸適用于兩個非連續(xù)體之間的接觸，如滑塊與滑軌的接觸。在ABAQUS中，需要定義主表面和從表面，主表面通常為固定或較少移動的表面，從表面則為移動或變形較大的表面。5.1.2TIED接觸用于模擬兩個表面完全粘合的情況，如焊接或膠合。在TIED接觸中，主從表面的位移和旋轉(zhuǎn)完全一致，無需定義接觸壓力。5.1.3嵌入接觸適用于模擬一個物體完全嵌入另一個物體的情況，如螺釘嵌入木材。嵌入接觸算法自動處理嵌入物體的邊界條件，簡化了模型的建立。5.1.4示例：表面-表面接觸#ABAQUSPythonScriptforSurface-SurfaceContact

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createamodel

modelName='ContactExample'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Definesurfaces

myModel.Surface(name='Master_Surface',side1Edges=edges1)

myModel.Surface(name='Slave_Surface',side1Edges=edges2)

#Definecontactinteraction

myModel.ContactProperty('IntProp')

myModel.Interaction(name='Contact_Interaction',createStepName='Initial')

myMeractions['Contact_Interaction'].includedPairs.setValuesInStep(

stepName='Step-1',useAllstar=ON)

myMeractions['Contact_Interaction'].contactPropertyAssignments.appendInStep(

assignments=((('Master_Surface','Slave_Surface'),('IntProp'),0.0),))

#Definecontactbehavior

myModel.BoundaryCondition(name='BC',createStepName='Step-1',region=Region(

faces=faces3),u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,ur3=UNSET)5.2求解控制參數(shù)的調(diào)整ABAQUS的求解控制參數(shù)允許用戶調(diào)整求解器的行為，以適應(yīng)不同類型的分析。關(guān)鍵參數(shù)包括時間步長、收斂準(zhǔn)則、線性化等。5.2.1時間步長時間步長控制分析的精度和效率。自動時間步長（AUTOMATIC）允許軟件根據(jù)模型的動態(tài)響應(yīng)自動調(diào)整步長，而固定時間步長（FIXED）則在整個分析中保持不變。5.2.2收斂準(zhǔn)則收斂準(zhǔn)則定義了求解器在迭代過程中停止的條件。ABAQUS提供了多種收斂準(zhǔn)則，如位移收斂、力收斂等，用戶可以根據(jù)分析類型選擇合適的準(zhǔn)則。5.2.3線性化線性化參數(shù)用于控制接觸算法的線性化過程，包括增廣拉格朗日、罰函數(shù)等方法。這些方法影響接觸問題的求解效率和精度。5.2.4示例：調(diào)整求解控制參數(shù)#ABAQUSPythonScriptforAdjustingSolutionControlParameters

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createamodel

modelName='ControlExample'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Defineanalysisstep

myModel.StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.1,maxNumInc=1000,

stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.005)

#Defineconvergencecriteria

myModel.steps['Step-1'].setValues(maxNumIterations=50,initialArcInc=0.01,

maxArcInc=0.1,minArcInc=0.001,

arcLength=ON,continueDampingFactors=ON)

#Definelinearizationmethod

myMeractions['Contact_Interaction'].contactStabilizationMethod=DAMPING_FACTOR

myMeractions['Contact_Interaction'].contactStabilizationMagnitude=0.0055.3收斂性問題的解決策略在ABAQUS中，接觸問題的收斂性是常見的挑戰(zhàn)。解決收斂性問題的策略包括細(xì)化網(wǎng)格、調(diào)整接觸算法、使用增廣拉格朗日方法等。5.3.1細(xì)化網(wǎng)格細(xì)化接觸區(qū)域的網(wǎng)格可以提高模型的精度，有助于收斂。但同時也會增加計算量，需權(quán)衡精度與效率。5.3.2調(diào)整接觸算法根據(jù)模型的具體情況選擇合適的接觸算法，如對于大變形問題，使用表面-表面接觸算法可能比TIED接觸更合適。5.3.3使用增廣拉格朗日方法增廣拉格朗日方法通過引入額外的約束來改善收斂性，適用于復(fù)雜的接觸問題。5.3.4示例：解決收斂性問題#ABAQUSPythonScriptforConvergenceIssues

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createamodel

modelName='ConvergenceExample'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Refinemeshincontactregion

myModel.parts['Part-1'].setMeshControls(regions=region1,technique=STRUCTURED,

size=0.01,allowMapped=False)

#DefinecontactinteractionwithAugmentedLagrangemethod

myModel.ContactProperty('IntProp')

myModel.Interaction(name='Contact_Interaction',createStepName='Initial')

myMeractions['Contact_Interaction'].contactStabilizationMethod=AUGMENTED_LAGRANGE

myMeractions['Contact_Interaction'].contactStabilizationMagnitude=0.005

#Adjustconvergencecriteria

myModel.steps['Step-1'].setValues(maxNumIterations=100,initialArcInc=0.001,

maxArcInc=0.01,minArcInc=0.0001,

arcLength=ON,continueDampingFactors=ON)以上示例展示了如何在ABAQUS中使用Python腳本來定義接觸算法、調(diào)整求解控制參數(shù)以及解決收斂性問題。通過這些策略，可以更有效地進行接觸問題的仿真分析。6ABAQUS接觸問題實例分析6.1平面接觸問題的建模與分析6.1.1原理在ABAQUS中，平面接觸問題通常涉及兩個或多個物體在特定區(qū)域內(nèi)的相互作用。接觸分析的核心在于定義接觸對，即接觸面和目標(biāo)面，以及接觸行為，如摩擦系數(shù)、接觸壓力等。平面接觸問題簡化了三維接觸問題的復(fù)雜性，使其在二維空間內(nèi)進行分析，適用于薄板、薄膜等結(jié)構(gòu)的接觸仿真。6.1.2內(nèi)容定義接觸對：在ABAQUS中，接觸對由接觸面和目標(biāo)面組成。接觸面是主動接觸的表面，目標(biāo)面是被動接觸的表面。在平面接觸問題中，這些表面通常定義在模型的邊界上。設(shè)置接觸屬性：包括定義接觸類型（如滑動或粘著）、摩擦系數(shù)、接觸壓力等。這些屬性決定了接觸面和目標(biāo)面之間的相互作用方式。施加邊界條件和載荷：為了模擬接觸行為，需要在模型中施加適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和載荷。例如，可以施加位移邊界條件來模擬物體的接觸和分離。網(wǎng)格劃分：合理的網(wǎng)格劃分對于接觸分析的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在接觸區(qū)域，通常需要更細(xì)的網(wǎng)格以捕捉接觸細(xì)節(jié)。分析和后處理：運行分析后，可以使用ABAQUS的后處理工具來查看接觸壓力分布、摩擦力、位移等結(jié)果。6.1.3示例假設(shè)我們有一個平面接觸問題，涉及兩個薄板的接觸。下面是一個使用Python腳本在ABAQUS中設(shè)置平面接觸問題的示例：#導(dǎo)入ABAQUS模塊

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#創(chuàng)建第二個薄板

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-2',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

#定義接觸對

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-1',side1Edges=p.edges.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-2',side1Edges=p.edges.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

#設(shè)置接觸屬性

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=FINITE,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),),shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,

fraction=0.005,elasticSlipStiffness=None)

#創(chuàng)建接觸對

mdb.models['Model-1'].SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',

createStepName='Initial',master='Surface-1',slave='Surface-2',

sliding=FINITE,thickness=ON,interactionProperty='IntProp-1')

#施加邊界條件和載荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=Region(p.sets['Set-1']),u1=0.0,u2=0.0,ur3=UNSET,amplitude=UNSET,

fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=Region(p.sets['Set-2']),cf1=100.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#網(wǎng)格劃分

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()

#分析設(shè)置

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

initialInc=0.1,maxNumInc=100,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,

adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=30,

deltmx=0.03,solutionTechnique=FULL_NEWTON,reformKernel=2,

convertSDI=OFF,utol=0.005,timePeriod=1.0,nlgeom=ON)

#運行分析

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(maxNumInc=100)

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()

#后處理

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=mdb.models['Model-1'])

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(DEFORMED,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step='Step-1',frame=1)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(STRESS,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setPrimaryVariable(variableLabel='S',

outputPosition=INTEGRATION_POINT,refinement=(COMPONENT,'S11'))在這個示例中，我們創(chuàng)建了兩個薄板，并定義了它們之間的接觸對。我們設(shè)置了接觸屬性，包括摩擦系數(shù)，并施加了邊界條件和載荷。最后，我們進行了網(wǎng)格劃分，設(shè)置了分析步驟，并運行了分析。后處理部分展示了如何查看應(yīng)力結(jié)果。6.2維接觸問題的仿真與結(jié)果解釋6.2.1原理三維接觸問題在ABAQUS中更為復(fù)雜，因為它涉及到三維空間內(nèi)的接觸分析。與平面接觸問題類似，三維接觸問題也需要定義接觸對，但接觸面和目標(biāo)面可以是三維實體的表面。此外，三維接觸問題還可能涉及接觸面的傾斜、旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜情況。6.2.2內(nèi)容定義接觸對：在三維模型中，接觸面和目標(biāo)面的定義更為復(fù)雜，可能需要使用實體表面或曲面。設(shè)置接觸屬性：三維接觸問題的接觸屬性設(shè)置與平面接觸問題類似，但可能需要考慮更多的物理參數(shù)，如接觸面的傾斜角度。施加邊界條件和載荷：三維模型中，邊界條件和載荷的施加需要考慮三維空間的方向。網(wǎng)格劃分：三維模型的網(wǎng)格劃分通常比平面模型更密集，尤其是在接觸區(qū)域，以確保分析的準(zhǔn)確性。分析和后處理：三維接觸問題的分析結(jié)果可能包括接觸壓力、摩擦力、位移、應(yīng)力和應(yīng)變等。6.2.3示例考慮一個三維接觸問題，其中包含一個球體和一個平面的接觸。下面是一個使用Python腳本在ABAQUS中設(shè)置三維接觸問題的示例：#創(chuàng)建球體

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.ConstructionLine(point1=(0.0,-100.0),point2=(0.0,100.0))

a.ConstructionLine(point1=(-100.0,0.0),point2=(100.0,0.0))

a.CircleByCenterPerimeter(center=(0.0,0.0),point1=(50.0,0.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a,depth=100.0)

#創(chuàng)建平面

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

a.rectangle(point1=(-100.0,-100.0),point2=(100.0,100.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-2',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.BaseShell(sketch=a)

#定義接觸對

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-1',side1Faces=p.faces.findAt(((0.0,0.0,50.0),),))

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-2',side1Faces=p.faces.findAt(((0.0,0.0,0.0),),))

#設(shè)置接觸屬性

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=PENALTY,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),),shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,

fraction=0.005,elasticSlipStiffness=None)

#創(chuàng)建接觸對

mdb.models['Model-1'].SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',

createStepName='Initial',master='Surface-1',slave='Surface-2',

sliding=FINITE,thickness=ON,interactionProperty='IntProp-1')

#施加邊界條件和載荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=Region(p.sets['Set-1']),u1=0.0,u2=0.0,ur3=UNSET,amplitude=UNSET,

fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=Region(p.sets['Set-2']),cf3=-100.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#網(wǎng)格劃分

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()

#分析設(shè)置

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

initialInc=0.1,maxNumInc=100,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,

adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=30,

deltmx=0.03,solutionTechnique=FULL_NEWTON,reformKernel=2,

convertSDI=OFF,utol=0.005,timePeriod=1.0,nlgeom=ON)

#運行分析

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(maxNumInc=100)

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()

#后處理

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=mdb.models['Model-1'])

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(DEFORMED,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step='Step-1',frame=1)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(STRESS,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setPrimaryVariable(variableLabel='S',

outputPosition=INTEGRATION_POINT,refinement=(COMPONENT,'S11'))在這個示例中，我們創(chuàng)建了一個球體和平面，并定義了它們之間的接觸對。我們設(shè)置了接觸屬性，包括摩擦系數(shù)，并施加了邊界條件和載荷。最后，我們進行了網(wǎng)格劃分，設(shè)置了分析步驟，并運行了分析。后處理部分展示了如何查看應(yīng)力結(jié)果。6.3復(fù)雜接觸問題的高級分析技巧6.3.1原理復(fù)雜接觸問題可能涉及多個接觸對、非線性材料行為、大變形、熱效應(yīng)等。在ABAQUS中，解決這類問題需要更高級的分析技巧和更精細(xì)的模型設(shè)置。6.3.2內(nèi)容多接觸對分析：在模型中定義多個接觸對，以模擬復(fù)雜的接觸場景。非線性材料模型：使用非線性材料模型，如塑性、超彈性等，以更準(zhǔn)確地模擬材料行為。大變形分析：在接觸分析中考慮大變形效應(yīng)，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。熱效應(yīng)分析：考慮接觸過程中的熱效應(yīng)，如摩擦熱，這對于熱機械耦合問題尤為重要。高級后處理技巧：使用ABAQUS的高級后處理工具，如路徑分析、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等，以更深入地理解分析結(jié)果。6.3.3示例考慮一個包含多個接觸對的復(fù)雜接觸問題，其中涉及一個帶有螺紋的螺栓和一個孔的接觸。下面是一個使用Python腳本在ABAQUS中設(shè)置復(fù)雜接觸問題的示例：#創(chuàng)建螺栓模型

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.CircleByCenterPerimeter(center=(0.0,0.0),point1=(10.0,0.0))

a.Line(point1=(0.0,0.0),point2=(0.0,50.0))

a.Line(point1=(0.0,50.0),point2=(20.0,50.0))

a.Line(point1=(20.0,50.0),point2=(20.0,0.0))

a.Line(point1=(20.0,0.0),point2=(0.0,0.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a,depth=100.0)

#創(chuàng)建孔模型

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

a.CircleByCenterPerimeter(center=(0.0,0.0),point1=(12.0,0.0))

a.Line(point1=(0.0,0.0),point2=(0.0,100.0))

a.Line(point1=(0.0,100.0),point2=(200.0,100.0))

a.Line(point1=(200.0,100.0),point2=(200.0,0.0))

a.Line(point1=(200.0,0.0),point2=(0.0,0.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-2',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-2']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a)

#定義接觸對

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-1',side1Faces=p.faces.findAt(((10.0,0.0,50.0),),))

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-2',side1Faces=p.faces.findAt(((12.0,0.0,50.0),),))

#設(shè)置接觸屬性

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=PENALTY,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),),shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,

fraction=0.005,elasticSlipStiffness=None)

#結(jié)果后處理與分析

##結(jié)果可視化

在ABAQUS中，結(jié)果可視化是通過其后處理模塊**Viewer**實現(xiàn)的。這不僅包括基本的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等結(jié)果的顯示，還涵蓋了接觸狀態(tài)的可視化，如接觸壓力、接觸面積、接觸分離等。以下是一個如何在ABAQUSViewer中可視化接觸壓力的例子：

```python

#加載結(jié)果文件

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#打開ODB文件

odb=openOdb('mySimulation.odb')

#創(chuàng)建一個Viewer窗口

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=odb)

#顯示接觸壓力

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(pl