lecture5-contact

接触和约束第五讲L5.2IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit概述•约束•Tie约束•刚体•壳到实体耦合•接触•定义通用接触•定义双面接触•定义面的规则•局部表面行为•接触问题中点的相对滑动•接触问题中调整初始节点位置•接触输出•习题4：密封圈接触约束L5.4IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit约束•什么是约束？•约束允许模型在节点之间传递运动关系•这些关联在模型中的自由度定义•相反的，装配约束仅仅是定义各部件之间的初始位置•例如:•绑定约束Tie•多点约束MPC•壳-实体的耦合Shell-to-solidcoupling•刚体约束等L5.5IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit约束•绑定约束•允许将两个区域绑定，即使两个区域的网格不协调绑定约束用于连接包含六面体和四面体单元的网格L5.6IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit约束•壳-实体的耦合约束•将壳的边与实体的面的运动耦合L5.7IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit约束•刚体约束•允许将装配体中的部分区域的运动约束到一个参考点上RollingofasymmetricI-sectionRollersaremodeledasrigidL5.8IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit约束•多点约束(MPCs)•节点之间可以说是线性或非线性的约束•线性方程是MPC的一种形式无限大平板的淬火问题110ibotuubotithnode线性方程约束用于有右边所有节点，以模拟广义平面应变的条件绑定约束L5.10IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit绑定约束•在Abaqus中，通过捆绑约束定义完全的约束行为。•捆绑约束可以以简单的方式，将表面永久的捆绑在一起。•容易进行网格过渡。•使用主-从公式定义基于表面的约束。•该约束防止从属表面和主控表面分离或产生相对滑动绑定约束L5.11IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit绑定约束•句法：*TIE,NAME=name,ADJUST=[YES|NO],[POSITIONTOLERANCE|TIENSET]SLAVE,MASTER•POSITIONTOLERANCE参数定义被绑定从属表面节点与主控表面间距的容差。在此容差范围之内的从属表面上的节点将被绑定。•如果从属表面上的节点与主控表面的间距大于该距离，从属表面上的节点将不被捆绑。•另外，可以使用TIENSET参数，将包含从属表面节点的节点集绑定到主控表面。•如果节点在从属表面上，但不在该节点集中，这些节点将不被绑定.L5.12IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit绑定约束•ADJUST参数是可选的。•设置该参数为YES，在初始构型中，将移动主控表面中所有的从属节点（由可选的POSITIONTOLERANCE参数选项定义的距离），并不产生任何附加应变。•从属节点的状态（张开或接触）将打印在输出(.dat)文件中。•在打印输出文件中，对于捆绑约束中没有与主控表面接触的从属节点将给出警告信息。•默认情况下，平动和转动自由度将都被约束。•如果不需要约束旋转自由度，可以使用NOROTATION参数.L5.13IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit绑定约束•对捆绑约束中的从属节点不要使用边界条件、约束方程或多点约束。这将引起从属节点的过渡约束，并导致分析过程中的错误。•症状：•Abaqus/Standard信息(.msg)文件中零主元警告•Abaqus/Explicit中变形波速错误刚体L5.15IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•Abaqus具有一般刚体的功能•刚体是节点和单元的集合，刚体的运动由一个节点，即它的参考节点控制•任何实体或部分实体都可以被定义为刚体•刚体可以承受任意大的刚体运动•刚体的计算效率较高•不超过六个自由度，就可以完全描述刚体的运动。•对于组成刚体的单元，不进行单元计算•对于两个相互接触的物体，如果其中一个物体比另外的物体刚硬许多，可以将较为刚硬的物体指定为刚体；例如，金属成型过程中的砧L5.16IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•三种方式定义刚体:•定义离散刚体和使用*RIGIDBODY选项将单元分派为刚体.•任何形式的几何外形•定义解析刚体表面•有限种类的几何外形•用户子程序RSURFU(Abaqus/Standardonly)L5.17IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•刚体定义最多可以包括：•1个单元集•1个捆绑节点集•1个销节点集•1解析表面•1参考节点•每个刚体定义必须唯一。•刚体定义中不可以共享节点、单元或参考节点.L5.18IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•离散刚体•大多数单元类型可以作为刚体的一部分.•比如，如果使用*RIGIDBODY选项将单元分派为刚体，实体单元和刚体单元可以模拟同样的效果。•包含实体单元定义刚体的例子：*ELEMENT,TYPE=C3D8R,ELSET=SOLID1...*SOLIDSECTION,ELSET=SOLID1,MATERIAL=STEEL*MATERIAL,NAME=STEEL*ELASTIC200.0E9,0.3*DENSITY7800.0,*RIGIDBODY,REFNODE=10000,ELSET=SOLID1L5.19IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•销节点vs.捆绑节点•每个刚体从属节点可以被指定为以下两种类型之一：销节点或捆绑节点•当刚体中包含单元时，可以定义附加的节点集，为可变形单元提供更多的连接点.*RIGIDBODY,REFNODE=10000,PINNSET=,TIENSET=L5.20IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/ExplicitRigidBodies可变形刚体逆时针旋转45°后的最终构型捆绑节点销节点初始构型•销节点只有平动自由度同刚体相关联.•通过销节点连接的刚体和变形体单元之间只传递位移和力.•捆绑节点的平动和转动自由度均同刚体相关联.•通过捆绑节点连接的刚体和变形体单元之间，除了传递位移和力之外，还传递转动和弯矩.L5.21IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•如果节点与多个类型的单元相连，默认情况下为“捆绑”约束。比如，如果节点与CPE3和B21单元连接，默认情况下，该节点为捆绑节点。•可以通过在销节点集或捆绑节点集包含同样的节点，覆盖默认的节点类型。*RIGIDBODY,REFNODE=node,ELSET=elementset,PINNSET=nodeset,TIENSET=nodesetthicknessL5.22IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•解析刚体表面•使用*SURFACE选项，有三种可用的解析表面：•使用TYPE=SEGMENTS定义二维刚体表面。•使用TYPE=CYLINDER定义三维刚体表面，在垂直于平面方向无限延伸。•使用TYPE=REVOLUTION定义旋转的三维表面.L5.23IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•解析刚体表面不能自动平滑。然而，平滑表面的接触计算将更加容易。•使用FILLETRADIUS参数提供导角半径，用于平滑解析刚体表面的各个部分。•使用*RIGIDBODY选项将刚体指定为表面，并分派参考节点.L5.24IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•解析刚体表面的输入句法:*SURFACE,TYPE=SEGMENTS,NAME=SRIGIDSTART,15.0,5.0CIRCL,10.0,0.0,10.0,5.0LINE,5.0,0.0*RIGIDBODY,ANALYTICALSURFACE=SRIGID,REFNODE=10000通过定义s，利用线段的顺序定义法向n。n=z×s，其中z为平行于z-轴的单位向量，接触发生在n方向。TYPE=SEGMENTSL5.25IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•刚体的运动•刚体的运动由刚体参考节点的运动控制—可以是边界条件，也可以是施加在刚体上的力。•形成刚体的其它节点被称为“刚体从属节点”。形成刚体的节点L5.26IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•刚体参考点的位置•用户可以将刚体的参考节点放在模型中的任何位置。•如果在分析过程中，刚体在所施加载荷下自由移动，参考节点的位置是非常重要的；这样的情况下，参考节点应该放在刚体的质心。•Abaqus可以自动计算质心，并重新确定参考节点的位置.L5.27IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•Abaqus通过组成刚体单元的质量分布确定质心•如果参考节点被重新放置于刚体的质心，在打印输出文件的结尾处，参考节点的新坐标将被输出。•句法:*RIGIDBODY,REFNODE=node,ELSET=elementset,POSITION=CENTEROFMASSL5.28IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•刚体的惯性属性•基于单元的贡献，可以计算划分网格刚体的质量和转动惯量；或者可以使用刚体从属节点或刚体参考节点定义的MASS和ROTATYI单元指定质量和转动惯量。•每个刚体的质量、质心和关于质心的惯性矩将出现在打印输出(.dat)文件中.L5.29IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•出于确认的目的，可以指定部分的模型为刚体，借以帮助分析。•比如，在复杂模型中，不能预测所有潜在的接触条件。可以把距离所关心区域较远的区域的单元作为刚体，这样在建立模型时，可以加速运行时间。•当用户满意模型和接触对的定义之后，可以将刚体定义删除，使用精确的可变形单元对模型进行描述.L5.30IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit刚体•以刚体作为验证目的的例子网球拍撞击网球最关心的是球与线之间的相互作用。因为框非常刚硬，出于计算效率的考虑，开始时把框模拟为刚体。在球与线之间的分析完成之后，将刚体定义删除，使球拍成为可变形体壳到实体耦合L5.32IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit壳到实体耦合•允许从壳单元过渡到实体单元•适用于部分模型需要定义3D单元其他部分模型需要定义为壳单元的情况•是将壳模型某条边上的节点运动和实体面上的节点集的运动耦合到一起•可用节点集来定义分布耦合约束L5.33IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit壳到实体耦合•定义壳到实体