有限元 接触 有限滑移 小滑移

CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。

世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。

ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。

它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。

ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。

《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS 建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。

《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。

16.1.1点对面离散与面对面离散【常见问题16-1】在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis-cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surfacediscretization)，二者有何差别?『解答』在点对面离散方法中，从面(slavesurface)上的每个节点与该节点在主面(mastersurface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。

使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。

面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。

可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。

在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。

1）从面网格比主面网格细：点对面离散(图16-1a)和面对面离散(图16-2a)的分析结果都很好，没有发生穿透，从面和主面都发生了正常的变形。

煤炭科技 机电与信息化ABAQUS接触问题浅析宫龙颖(煤炭科学研究总院检测研究分院,北京市朝阳区,100013)摘 要 分别讨论了在ABAQU S两种求解器下解决接触问题的方法,并就其中容易引起分析结果不正确或者不收敛之处予以重点阐述,力图最大限度减少在分析此类问题时出现的错误,并加深对它的理解。

关键词 接触 非线性 有限元 ABAQU S中图分类号 T D40 文献标识码 BOn the use of ABAQUS for analyzing the problem of contactsGong Lo ng ying(T est Br anch of China Co al R esear ch Institute,Q ing niang ou Dong lu5,Beijing100013,China)Abstract Discussing t he methods to solve the problem o f contact s under2different solvers o f ABA QU S,this pa per fo cuses on t he points w her e w r ong r esult s o r abort ive analy sis ma y cro p out.T his paper also aims at minimi zing the po ssibility of mistakes during the course of analyzing and acquir ing a deepened co mpr ehension abo ut the use of finit e element as a to ol for analysis and the problem o f contacts pr oper.Key words contact,no n-linear,finite element,A BAQ U S1 概述在工程技术中,接触问题的应用十分普遍。

Abaqus基本操作中文教程目录1 Abaqus软件基本操作 (3)1.1 常用的快捷键 (3)1.2 单位的一致性 (3)1.3 分析流程九步走 (3)1.3.1 几何建模（Part） (4)1.3.2 属性设置（Property） (5)1.3.3 建立装配体（Assembly） (6)1.3.4 定义分析步（Step） (7)1.3.5 相互作用（Interaction） (8)1.3.6 载荷边界（Load） (10)1.3.7 划分网格（Mesh） (11)1.3.8 作业（Job） (15)1.3.9 可视化（Visualization） (16)1 Abaqus软件基本操作1.1 常用的快捷键旋转模型—Ctrl+Alt+鼠标左键平移模型—Ctrl+Alt+鼠标中键缩放模型—Ctrl+Alt+鼠标右键1.2 单位的一致性CAE软件其实是数值计算软件，没有单位的概念，常用的国际单位制如下表1所示，建议采用SI (mm)进行建模。

国际单位制SI (m) SI (mm)长度m mm力N N质量kg t时间s s应力Pa (N/m2) MPa (N/mm2)质量密度kg/m3t/mm3加速度m/s2mm/s2例如，模型的材料为钢材，采用国际单位制SI (m)时，弹性模量为2.06e11N/m2，重力加速度9.800 m/s2，密度为7850 kg/m3，应力Pa；采用国际单位制SI (mm)时，弹性模量为2.06e5N/mm2，重力加速度9800 mm/s2，密度为7850e-12 T/mm3，应力MPa。

1.3 分析流程九步走几何建模（Part）→属性设置（Property）→建立装配体（Assembly）→定义分析步（Step）→相互作用（Interaction）→载荷边界（Load）→划分网格（Mesh）→作业（Job）→可视化（Visualization）以上给出的是软件常规的建模和分析的流程，用户可以根据自己的建模习惯进行调整。

Abaqus基本操作中文教程目录1 Abaqus软件基本操作 (3)1.1 常用的快捷键 (3)1.2 单位的一致性 (3)1.3 分析流程九步走 (3)1.3.1 几何建模（Part） (4)1.3.2 属性设置（Property） (5)1.3.3 建立装配体（Assembly） (6)1.3.4 定义分析步（Step） (7)1.3.5 相互作用（Interaction） (8)1.3.6 载荷边界（Load） (10)1.3.7 划分网格（Mesh） (11)1.3.8 作业（Job） (15)1.3.9 可视化（Visualization） (16)1 Abaqus软件基本操作1.1 常用的快捷键旋转模型—Ctrl+Alt+鼠标左键平移模型—Ctrl+Alt+鼠标中键1.2 单位的一致性CAE软件其实是数值计算软件，没有单位的概念，常用的国际单位制如下表1所示，建议采用SI (mm)进行建模。

例如，模型的材料为钢材，采用国际单位制SI (m)时，弹性模量为2.06e11N/m2，重力加速度9.800 m/s2，密度为7850 kg/m3，应力Pa；采用国际单位制SI (mm)时，弹性模量为2.06e5N/mm2，重力加速度9800 mm/s2，密度为7850e-12 T/mm3，应力MPa。

1.3 分析流程九步走几何建模（Part）→属性设置（Property）→建立装配体（Assembly）→定义分析步（Step）→相互作用（Interaction）→载荷边界（Load）→划分网格（Mesh）→作业（Job）→可视化（Visualization）1.3.1 几何建模（Part ） 关键步骤的介绍： 部件（Part ）导入Pro/E 等CAD 软件建好的模型后，另存成iges 、sat 、step 等格式；然后导入Abaqus 可以直接用，实体模型的导入通常采用sat 格式文件导入。

部件（Part ）创建简单的部件建议直接在abaqus 中完成创建，复杂的可以借助Pro/E 或者Solidworks 等专业软件进行建模，然后导入。

Abaqus基本操作中文教程Abaqus根本操作中文教程目录1 Abaqus软件根本操作 (4)1.1 常用的快捷键 (4)1.2 单位的一致性 (4)1.3 分析流程九步走 (4)1.3.1 几何建模〔Part〕 (5)1.3.2 属性设置〔Property〕 (6)1.3.3 建立装配体〔Assembly〕 (7)1.3.4 定义分析步〔Step〕 (8)1.3.5 相互作用〔Interaction〕 (9)1.3.6 载荷边界〔Load〕 (11)1.3.7 划分网格〔Mesh〕 (13)1.3.8 作业〔Job〕 (16)1.3.9 可视化〔Visualization〕 (17)1 Abaqus软件根本操作常用的快捷键旋转模型—Ctrl+Alt+鼠标左键平移模型—Ctrl+Alt+鼠标中键缩放模型—Ctrl+Alt+鼠标右键1.2 单位的一致性CAE软件其实是数值计算软件，没有单位的概念，常用的国际单位制如下表1所示，建议采用SI (mm)进行建模。

国际单位制SI (m) SI (mm)长度m mm力N N质量kg t时间s s应力Pa(N/m2)MPa (N/mm2)质量密度kg/m3t/mm3加速度m/s2mm/s2例如，模型的材料为钢材，采用国际单位制SI (m)时，11N/m2，重力加速度9.800 m/s2，密度为7850 kg/m3，应力Pa；采用国际单位制SI (mm)时，5N/mm2，重力加速度9800 mm/s2，密度为7850e-12 T/mm3，应力MPa。

1.3 分析流程九步走几何建模〔Part〕→属性设置〔Property〕→建立装配体〔Assembly〕→定义分析步〔Step〕→相互作用〔Interaction〕→载荷边界〔Load〕→划分网格〔Mesh〕→作业〔Job〕→可视化〔Visualization〕1.3.1 几何建模〔Part 〕 关键步骤的介绍：➢部件〔Part 〕导入Pro/E 等CAD 软件建好的模型后，另存成iges 、sat 、step 等格式；然后导入Abaqus 可以直接用，实体模型的导入通常采用sat 格式文件导入。

有限元接触算法综述摘要：接触问题是一种高度的非线性问题，普遍存在于实际工程实践中。

本文对于接触问题的研究现状、求解特点以及接触模式等问题进行说明，并对接触问题的有限元算法进行概括，重点分析了直接迭代法（包括位移法和柔度法）、Lagrange乘子法、罚函数法和变分不等式法，对接触问题的有限元理论和实验研究提供一些建设性的参考意见。

关键字：接触问题，有限元，算法接触现象广泛存在于机械工程、土木工程等领域，如齿轮的齿间啮合，汽（气）轮机及发动机中叶片与轮盘的榫接，两物体的撞击（动态接触）等。

实际的工程结构系统往往分成几个非永久性连在一起的部分，这些部分之间的力是靠它们之间的挤压、甚至冲击来传递。

简单的弹性接触问题在19世纪末Hertz就已经开始研究，但只有在有限元方法及计算机出现以后，接触问题的研究才有了长足发展，并达到实用化程度。

接触问题的特点是其属边界非线性问题，边界条件不再是定解条件，而是待求结果；两接触体间接触面积与压力随着外载的变化而变化，并与接触体的刚性有关。

接触模式问题一般指描述两接触体间的力的传递和不同载荷下接触状态的变化，可以分为点对点（node-to-node）接触模式和点对面（node-to-surface）接触模式。

其中，前者将两接触体的接触面分成同样的网格，使结点组成一一对应的结点对，假定接触力的传递通过结点对实现，接触面上各局部区域的接触状态也相应地按结点对来判断，其优点是直观、简单、易于编程，缺点是对于复杂接触面情形，网格结点一一对应不易做到；后者先将两接触体人为地分为主动体（master body）与被动体（slave body），并假定主动体网格中的一个结点可与被动体表面上的任意一点（不一定是网格结点）相接触，其优点是两接触体可根据自身情况剖分网格，缺点是方法较复杂、编程难度大。

自二十世纪七十年代开始至今，有关的研究工作和成果一直不断，提出了多种求解方法或技巧。

总的看来，接触问题的有限元解法可分为两大类，一类以我们常用的有限元法(即能量泛函经变分后得到的方程组)为基础，另一类是数学规划法，它将这类问题视作能量泛函的极值问题而通过数学规划方法求解。

ABAQUS有限元接触分析的基本概念来源：机械工业出版社《ABAQUS有限元分析常见问题解答》CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。

世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。

ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。

它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。

ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。

《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。

《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。

16.1.1 点对面离散与面对面离散【常见问题16-1】在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis- cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surface discretization)，二者有何差别?『解答』在点对面离散方法中，从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。

使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。

面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。

可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。

第18章接触问题的有限元分析技术第1节基本知识接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行准确而有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。

接触问题存在两个较大的难点：其一，在求解问题之前，不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的、突然变化的，这些随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多数的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型可供挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。

一、接触问题分类接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触和半柔体─柔体的接触。

在刚体─柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触；另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。

ANSYS支持三种接触方式：点─点、点─面和平面─面。

每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。

二、接触单元为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个节点。

如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元。

有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元。

下面分类详述ANSYS使用的接触单元和使用它们的过程。

1．点─点接触单元点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）。

如果两个面上的节点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─与的接触问题的典型例子。

1、塑性材料和接触面上都不能用C3D20R和C3D20单元,这可能是你收敛问题的主要原因。

如果需要得到应力,可以使用C3D8I （在所关心的部位要让单元角度尽量接近90度），如果只关心应变和位移,可以使用C3D8R，几何形状复杂时，可以使用C3D10M.2、接触对中的slave surface应该是材料较软，网格较细的面。

3、接触面之间有微小的距离，定义接触时要设定“Adjust=位置误差限度“，此误差限度要大于接触面之间的距离,否则ABAQUS会认为两个面没有接触：＊Contact Pair， interaction="SOIL PILE SIDE CONTACT"， small sliding， adjust=0.2.4、定义tie时也应该设定类似的position tolerance：＊Tie, name=ShaftBottom， adjust=yes, position tolerance=0。

15、 msg文件中出现zero pivot说明ABAQUS无法自动解决过约束问题,例如在桩底部的最外一圈节点上即定义了tie，又定义了contact, 出现过约束。

解决方法是在选择tie或contact的slave surface时，将类型设为node region, 然后选择区域时不要包含这一圈节点（我附上的文件中没有做这样的修改）.6、接触定义在哪个分析步取决于你模型的实际物理背景，如果从一开始两个面就是相接触的，就定义在initial或你的第一个分析步中；如果是后来才开始接触的，就定义在后面的分析步中.边界条件也是这样。

7、我在前面上传的文件里用＊CONTROL设了允许的迭代次数18，意思是18次迭代不收敛时，才减小时间增量步（ABAQUS默认的值是12）。

一般情况下不必设置此参数,如果在msg文件中看到opening 和closure的数目不断减小（即迭代的趋势是收敛的)，但12次迭代仍不足以完全达到收敛，就可以用*CONTROL来增大允许的迭代次数。