ABAQUS6.12有限元分析：接触属性的编辑

启动ABAQUS/CAE，打开本节示例文件夹中的ex5.1.cae模型数据库，数据库中有如图5-1所示的已完成装配的三个部件。

进入相互作用模块，单击按钮，弹出图5-2所示的“创建相互作用属性”对话框，该对话框包括两个部分：

●名称：在该栏内输入相互作用属性的名称，默认为IntProp-n（n表示第n个创建的相互作用属性）。

●类型：该列表用于选择相互作用属性的类型，包括接触、膜条件、空腔辐射、Fluid cavity（流体腔）、Fluid exchange（流体交换）、声学阻抗、入射波和激励器/传感器。

选择“通用接触”，单击“继续”，弹出图5-3所示的“编辑接触属性”对话框。

图5-1 齿轮轴模型

图5-2 创建相互作用

图5-3 编辑接触属性

该对话框与定义材料属性的编辑材料对话框类似，包括接触属性选项列表和各种接触参数的设置区域，下面分别进行介绍。

■接触属性选项

该选项组用于选择接触属性的类型，选择的接触属性会依次出现在列表中。其中包括三个下拉菜单。

力学

●切向行为（Tangential Behavior）：选择定义摩擦系数、剪应力极限和弹性滑动等摩擦属性。

●法向行为（Normal Behavior）：选择定义接触刚度等法向接触属性。

●阻尼（Damping）：选择定义对接触面相对运动的阻尼。

●损伤（Damage）：定义接触损伤模型。

●断裂准则（Fracture criterion）：定义裂纹生长方向等参数。

●粘性行为（Visco）：定义两个接触面之前的粘连、牵引等行为。

●几何属性（Geometric Properties）：选择定义附加的几何属性。 热学

●热传导（Thermal Conductance）：选择定义接触面间的热传导率。

●生热（Heat Generation）：选择定义由接触面的相互作用导致生热的能量损耗分数，适用于热-力耦合分析（Coupled temperature-displacement）或热-电耦合分析（Coupled thermal-electrical）。

●热辐射（Radiation）：选择定义邻近的接触面间的热辐射属性。 电

●电导系数（Conductance）：设置接触面之间的电导系数，可以产生热。

■数据区（Data field）

出现在Contact Property Options的下方，在该选项组内设置相应的接触属性值。这里主要介绍力学分析中常用的切向行为（Tangential Behavior）和法向行为（Normal Behavior），其他类型的接触属性请读者参见系统帮助文件。

切向行为（Tangential Behavior）

主要设置摩擦公式（Friction formulation），共有6个选项。

●无摩擦（Frictionless）：此为默认选项，用于定义无摩擦的接触面。

●罚（Penalty）：该选项用于定义罚函数摩擦公式，包含3个页面。

摩擦（Friction）：主要用于定义摩擦系数。

●Directionality（方向性）：该栏用于选择摩擦的方向，有“各向同性”和“各向异性”两个选项。各向同性（Isotropic），仅输入一个统一的摩擦系数，为默认选项；各向异性（Anisotropic），需要设定两个正交方向的摩擦系数，仅适用于ABAQUS/Standard。(www.xing528.com)

●使用基于滑动率的数据（Use slip-rate-dependent data）：勾选该选项表示摩擦系数与滑动速度相关，在数据表中出现Slip Rate栏。

●使用依赖接触压力的数据（Use contact-pressure-dependent data）：勾选该选项表示摩擦系数与接触压力相关，在数据表中出现Contact Pressure栏。

●使用与温度相关的数据（Use temperature-dependent data）：勾选该选项表示摩擦系数与温度相关，在数据表中出现Temp栏。

●场变量个数（Number of field variables）：该选项用于设置与摩擦系数相关的场变量的数目，在数据表中出现场1、场2……场n栏（n为场变量的数目），默认值为0。 对话框下部的数据表用于设置摩擦系数及相关参数。

■剪应力（Shear Stress）：用于设置对剪应力的限制。 无限制（No limit）：此为默认选项，在滑动前，不限制接触面的剪应力。 指定（Specify）：该选项用于指定剪应力极限，当剪应力达到该极限值时，开始滑动。

■弹性滑动（Elastic Slip）：分别设置ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中的弹性滑动。

●指定最大弹性滑移（Specify maximum elastic slip）：用于设置最大弹性滑动距离，仅适用于ABAQUS/Standard，包括表面特征尺寸百分比和绝对距离两个单选项。表面特征尺寸百分比（Fraction of characteristic surface dimension）为默认选项，以特征接触面长度的最小分数作为允许的最大弹性滑动，默认值为0.005；绝对距离（Absolute distance）是直接输入允许的最大弹性滑动距离。

●弹性滑动刚度（Elastic slip stiffness）：用于设置弹性滑动刚度，仅适用于ABAQUS/Explicit，包括无限（无滑移）和指定两个单选项。无限（无滑移）（Infinite（no slip））为默认选项，指定无弹性滑动；指定（Specify）选项用来指定剪应力与弹性滑动关系曲线的斜率。

●静摩擦—动摩擦指数衰减（Static-Kinetic Exponential Decay）：该选项用于指定静/动摩擦系数和弹性滑动，包含两个界面。

摩擦（Friction）：主要用于设置静摩擦系数和动摩擦系数的指数衰减关系，包括两种方式。

●系数（Coefficients）：直接指定静摩擦系数、极限滑动速度下的动摩擦系数和衰减系数来定义静摩擦系数和动摩擦系数的指数衰减关系。

●试验数据（Test data）：设置静摩擦系数、指定滑动速度和对应的动摩擦系数、极限滑动速度下的动摩擦系数。 弹性滑动（Elastic Slip）：与罚函数（Penalty）的选项完全相同。

●粗糙（Rough）：该选项用于定义无限大的摩擦系数，一旦接触，则不发生相对滑动。

●拉格朗日乘子（Lagrange Multiplier）：使用拉格朗日乘子来加强接触面的粘性约束，仅适用于ABAQUS/Standard。该摩擦公式的设置包含两个界面，摩擦（Friction）和剪应力（Shear Stress），界面设置与罚函数（Penalty）完全相同。

●用户定义（User-defined）：该选项用于选择用户子程序FRIC（ABAQUS/Standard）或VFRIC（ABAQUS/Explicit）进行分析。该对话框包含两个选项。

状态相关变量的个数（Number of state-dependent variables）：用于指定与输入相关的状态变量的数量。

摩擦属性（Friction Properties）：该数据表用于输入用户子程序中需要的摩擦系数。

Normal Behavior（法向属性）

主要用于设置接触压力与过盈的关系。

约束执行方法（Constraint enforcement method）：该栏用于选择约束增强方法。

Default：此为默认选项，采用接触压力与过盈的关系。此时，用户可以通过压力过盈（Pressure-Overclosure）栏选择硬接触和4种软接触，下面分别进行介绍。

●“硬”接触（“Hard”Contact）：在ABAQUS/Standard中采用拉格朗日乘子方法或在ABAQUS/Explicit中采用罚函数方法来加强接触约束。此时，有一个选项允许接触后分离（Allow separation after contact），默认选择该选项；若不选择该选项则表明一旦接触后，接触面不再分离。

●指数（Exponential）：该选项用于指定接触压力与过盈的指数关系。用户需要在数据表中输入零间距时的接触压力值和零接触压力时的间距。另外，最大刚度（Maximum stiffness）栏可以设置模型的最大接触刚度，仅适用于ABAQUS/Explicit；默认选项为无限制，表示在运动接触中最大接触刚度为无限大，在罚函数接触中最大接触刚度为默认罚函数刚度；若选择指定，则用户指定最大接触刚度。

●线性（Linear）：该选项用于指定接触压力与过盈的线性关系。用户需要在接触刚度（Contact stiffness）栏输入接触刚度，即接触压力-过盈关系曲线的斜率，该值必须为正。

●表（Tabular）：以表格形式指定分段线性的接触压力-过盈关系。用户需要在数据表中输入接触压力与对应的过盈量，接触压力和过盈量必须是单调递增的，且必须以零压力开始；当过盈量大于表中的最大过盈量时，接触压力-过盈关系以用户定义的最后斜率外推。

●标量因子（通用接触）（Scale Factor（General Contact））：以缩放默认接触刚度的公式指定分段线性的接触压力-过盈关系，仅适用于ABAQUS/Explicit中的通用接触（General Contact）。用户需要在过盈（Overclosure）栏输入正值的过盈量，可以选择系数（factor，输入最小单元尺寸的分数）和度量（measure，直接输入过盈量）两种方式。用户还需要在接触刚度比例系数（Contact stiffness scale factor）栏输入大于1 的默认接触刚度的放大因子，当过盈超过过盈栏中指定的过盈量时，接触刚度乘以该放大因子。另外，用户可以选择在初始刚度比例因子（Initial stiffness scale factor）栏输入初始刚度的比例因子，该比例因子必须大于0，默认值为1。

●增广Lagrange（Augmented Lagrange（Standard））：采用增广拉格朗日方法，仅适用于ABAQUS/Standard。此时，仅能选择“硬接触”（“Hard”Contact）。

●允许接触后分离（Allow separation after contact）：默认选择该选项，接触后接触面可分离。若不选择该选项则表明一旦接触后，接触面不再分离。

●接触刚度（Contact stiffness）：该栏用于指定接触刚度。默认选项为使用默认（Use default），ABAQUS自动计算出罚函数接触刚度；用户可以选择指定，输入正值的接触刚度。

●接触刚度的比例因子（Contact stiffness scale factor）：该栏用于输入接触刚度的比例因子，该比例因子必须大于0，默认值为1。

●接触压力为零时的过盈（Clearance at which contact pressure is zero）：该栏用于输入接触压力为零时主面和从面的间距，默认值为0。

●罚（Penalty（Standard））：采用罚函数方法，仅适用于ABAQUS/Standard。此时，仅能选择硬接触（“Hard”Contact）。其界面设置与增广的拉格朗日方法（Augmented Lagrange）相同。

设置完成后，单击“确定”按钮。用户可以修改接触属性，方法为：单击工具区中的“创建相互作用”按钮右侧的“相互作用属性管理器”工具，选择需要编辑的接触属性，单击“编辑”按钮；或执行相互作用、属性、编辑命令后，在下级菜单中选择需要编辑的接触属性。