接触概述

接触分类

适用范围

• 接触中包含解析几何刚性面或者刚性面由用户子程序定义；

• 接触包含由节点定义的面或者三维beam单元的表面；

• 小滑移的接触或者tie约束的接触；

• 有限滑移中节点对面的接触计算；

• 脱层或者Cohesive接触属性；

• 分析中没有位移自由度的表面接触，如热传导。

• 表面可以扩展到不连接的实体；

• 允许多个表面有公共边线，例如shell中的T-section；

• 表面可以同时包含柔性体和刚性体；

• 表面可以包含混合单元类型；

接触形成

• 接触的离散方式（Discretization Method）
• 接触的约束施加方式（Constraint enforcement method）
• 接触的追踪方式（Tracking method）

1、点对面（Node to Surface）

• 从面节点不允许穿透主面，但原则上，主面节点可穿透从面；

• 接触方向为主面法向；

• 从面的法向方向与曲率并不重要，只需指定从面位置且与节点关联，故从面可定义为基于节点集的面。

• 从面和主面都被看作是连续的面，接触方向为从面法向；

• 从面节点有可能穿透主面，但主面节点不会穿透从面；

• 接触对定义所使用的面由节点定义时，不适用Surface to Surface离散。

（a） 点对面（Node to Surface）

接触的约束施加方式(Constraint enforcement method)

• 直接(Direct),即拉格郎日乘数法；

• 罚刚度(Penalty)的罚函数；

• 增广拉格郎日乘数法(Augmented Lagrange)；

  
  

• 
  
  

  （a）接触压力 VS 接触距离

  （b）接触行为属性定义

  图6-4接触的约束方式
  注意：当Abaqus/Standard硬接触行为为：通用接触、有限滑移的面对面接触对、CAE自动搜索定义的接触对时，默认为罚函数；3D零件的点对面离散自接触时，则默认为增广拉格朗日接触；其它情形默认为直接拉格朗日方式。
  Abaqus/Standard中，针对常用的直接约束和罚约束综合比较见表6-1。
  表6-1直接约束VS罚函数约束

  直接约束		罚函数约束
  优势	缺点	优势	缺点
  接触刚度大，与实际情况符合，穿透量小	增加方程求解计算量，存在潜在的收敛困难，难以处理过约束问题	收敛效率高，求解计算量小，有效处理过约束问题	穿透量大，有时候需要调整罚刚度

  在Abaqus/Explicit中的接触约束方式有：罚函数和动态接触算法（Kinematic contact algorithm）。动态接触算法只有接触对(Contact pairs)定义时可用，而罚函数算法的接触约束严格性低于动态接触算法，大多情况下，两种算法的分析结果几乎一致。

  接触的追踪方式(Tracking method)

  在Abaqus/Standard中提供两种接触的追踪方式计算接触表面之间的相对滑移：有限滑移（Finite sliding）和小滑移（Small sliding）。

  1、有限滑移（Finite sliding）

  如图6-5所示，有限滑移的节点位置更新以主面的真实形状反映，当接触约束产生，从面节点（Slave node 2）将被约束在沿主面形状的路径上滑移，无论其方向与变形的改变，允许相互接触的部件大变形、转动和大位移滑动。

  
  
  

  （a）接触的滑移

  （b）有限滑移的路径

  图6-5有限滑移
  Abaqus/Standard中亦提供两种追踪算法：基于路径的追踪算法(Path-based)和基于状态的追踪算法(State-based)。基于路径的追踪算法只适用于有限滑移、面对面的接触，且为其默认算法，特别是自接触，此算法更为有效；基于状态的追踪算法对大多数的有限滑移的分析都适用，当接触为有限滑移、点对面的接触时，或者解析刚体为主面的接触时，其为唯一适用的算法。
  在Abaqus/Standard中有限滑移为默认方式，且为通用接触的唯一适用方式，接触对接触则可选小滑移方式。

  2、小滑移(Small sliding)

  图6-6（a）为小滑移追踪方式示意。

接触定义SOP