實例1∶帶孔方板的接觸分析實例
5.1 實例1∶ 帶孔方板的接觸分析從下面的這個簡單實例中
可以學習 ABAQUS的以下功能。
1）定義剛體部件和參考點。
2）定義默認的接觸屬性。
3）定義接觸面。
4）定義接觸關係。
5）在 Visualtzation功能模塊中，通過延展平面應力單元來構造等效的三維視圖，查看接觸壓強（CPRESS）和接觸狀態（COPEN），繪製接觸面的法線。
5. 1. 1 問題的描述
在第2.3 節中介紹了帶孔平板的應力分析實例，下面將保持此 I/4 模型的幾何尺寸和邊界條件不變，在模型中增加一個剛硬的（無彈性和塑性變形）圓形薄片，圓片的頂部與平板圓弧部分的頂部恰好相接觸（見圖5-1），在圓片上沿Y軸方向施加6kN的力。接觸面潤滑良好，無摩擦。除了圓片的接觸力之外，平板不承受其他載荷。要求分析模型的受力狀態。
☆ 提示∶增加了圓片和載荷後，此模型不再具有關於X軸的對稱性，但為簡單起見，本實例保持第2.3 節中模型的幾何尺寸和邊界條件不變，以便簡化建模步驟，並使讀者更容易地比較這兩個實例的區別和聯繫。因此本實例的分析對象就不再是帶孔平板的1/4 模型，而只是如圖5-1 所示的平板模型。
建模要點
1）此問題研究的是結構的靜態響應，所以分析步類型應為 Statie，General（使用 ABAQUS/Standard 作為求解器）。
2）在接觸分析中，如果接觸屬性為默認的"硬接觸"（hard conact），則應儘可能使用一階單元，本實例中選用CPS41單元（平面應力4節點四邊形雙線性非協調單元）。
3）圓片很剛硬，且幾何形狀簡單，可以用解析剛體（aalytical rigid part）來模擬。☆提示;如果一個部件很剛硬，而且它的變形和應力情況不是所關心的重點，就可以把它作為剛體部件來建模，從而減小模型的規模。
本實例將以第2.3 節中的模型為基礎。為提高分析結果精度，需要對圓孔邊緣的網格進行局部細化，在隨書光碟中可以找到完成後的模型資料庫文件
\Demo2-PlateWithHole\CAE Model\PlateWithHole-Refined. cae將此文件複製到硬碟中，去掉其只讀屬性，改名為Plate-Contact.cae，然後在 ABAQUS/ CAE中打開。屏幕上會出現如圖5-2 所示的提示信息，直接點擊 Dismiss 即可。
☆ 提示;由光碟上複製而來的文件都是只讀文件，應首先去掉其只讀屬性。
☆ 提示∶此模型在圓孔邊緣有8個單元，如果看望得到更精確的應力結果，應在此處劃分更細的網格。
5.1.2 創建部件
（1）創建剛性圓片 進入 Part 功能模塊，點擊山（Create Pan），在Name 後面輸入 Cylinder，將Modeling Space 設為2D Planar（二維平面），將Type設為Analtical rigid（解析剛體），點擊 Continue點擊左側工具區中的一，輸入圓心坐標（0，0.35），按回車鍵，再輸入圓弧的起點坐標（0，5），按回車鍵，最後輸人圓弧的終點坐標（4.65，0.35），按回車鍵，就繪製了圓片截面的1/4 圓弧。類似地，再繪製圓形截面的以下3 段圓弧。
1）圓心坐標（0，0.35），圓弧起點坐標（4.65，0.35），圓孤終點坐標（0，-4.3）;
2）圓心坐標（0，0.35），圓弧起點坐標（0，-4.3），圓弧終點坐標（-4.65，0.35）;
3）圓心坐標（0，0.35），圓弧起點坐標（-4.65，0.35），圓弧終點坐標（0.5）。
最後，在視圖區中連續點擊滑鼠中鍵來退出繪圖操作。
☆提示∶不能使用左側工具區中的O來直接給制整個圓，否則會看到如下錯誤信息∶"Anlytic rigid shellsection may contain only lines,arcs of less than 180 degres,and parboles Erwr∶Section containsa circle"（解析剛體截面的圖形中只能包含線段、小於180°的弧和拋物線。錯誤∶截面圖形中包含圓）。
（2）指定剛體部件的參考點（reference poin） 用戶必須為剛體部件指定一個參考點。
剛體部件上的邊界條件和載荷都要施加在此參考點上，在分析過程中，整個剛體部件各處的位移都和此參考點的位移相同。具體方法是∶在主菜單中選擇Tooks→ Reference Point，然後點擊圓形截面底部的點（圖5-1 中的受力點）。參考點在視圖區中顯示為一個黃色的叉子，旁邊標以 RP。
5.1.3 定義裝配件
進人Assembly 功能模塊，點擊（Instance Parn），在彈出的Create Instance 對話框中選中部件 Cylinder，然後點擊 OK。兩個部件的位置都已經是正確的，不需要再重新定位。
☆提示∶關於如何在Assembly 功能模塊中為實體定位，將在第10.1.4節中作詳細介紹。
5.1. 4 設置單元類型
進入Mesh 功能模塊，在窗口頂部的環境欄中把Object 選項設為Part;Plael。點擊監（Assign Elemcmt Type），將Geometrie Order 設為Linear（線性單元），選中Incompatible modes（非協調模式），看到對話框底部顯示單元類型為CFS4I（平面應力4節點四邊形雙線性非協調單元），點擊 OK。
☆ 提示∶圓片是解析剛體部件，不需要為其劃分網格和設置單元類型，也不需在 Proper-ty 功能模塊中為其指定材料和截面屬性。
5.1.5 設置分析
本模型中將包含以下分析步。1）初始分析步 initial∶ 定義邊界條件。2）第一個分析步InConaer∶在圓片上施加一個很小的力（10N）。3）第二個分析步Apby Load∶將圓片上的作用力改為6000N。
☆提示∶在接觸分析中，如果在第一個分析步中就把全部載荷施加到模型上，有可能分析無法收斂。建議讀者像上面這樣，先定義一個只有很小載荷的分析步，讓接觸關係平穩地建立起來，然後在下一個分析步中再施加真實的載荷。這樣雖然，分析步的數目增多了，但減小了收斂的困難，計算時間可能反而會縮短。
具體操作步驟如下。
（1）在原有的分析步Al Load之前插入一個新的分析步 InContad 進入 Step功能模塊，點擊（Create Siep），在Name後面輸人/Contad，把Insert new step afer 設為hi- aial（在初始分析步inial後面插入新的分析步），類型為默認的Statie，General，點擊Con- tinue，再點擊OK。
在主菜單中選擇Step-Manager,彈出StepManager對話框，可以看到已有的各個分析步驟，如 5-3所示
在彈出的 Edit Interaction 對話框中（見圖5.5），不改變默認的參數 Sliding formula- tion∶ Finie sliding（有限滑移），直接點擊 OK。
☆ 提示∶解析剛體的面或由剛性單元構成的面必須作為主面。在第5.2.2 節中將詳細介紹主面和從面的具體含義和定義方法。
在主菜單中選擇Interaction→Manager，在彈出的Interaction Manager 對話框中選中已定義的接觸/m-/後面的 Created，再點擊Edit，可以查看接觸面的位置是否正確。
5.1.7 定義邊界條件和載荷
下面將保持平板的邊界條件不變，去掉其原有的拉伸載荷，約束圓片在X方向的位移 U/ 和面內的轉動 UR3，並施加 Y 方向的載荷。（1）為圓片的參考點創建集合 進入 Load功能模塊，在主菜單中選擇 Toots→ Set→ Manager，點擊 Crente，在Name後面輸人Sd-Cylindr-Rg，點擊Continue。點擊圓片的參考點 RP，在視圖區中點擊滑鼠中鍵來確認。（2）在圓片的參考點上定義邊界條件 在主菜單中選擇BC→Mamager，點擊Create，在Name 後面輸入BC-Gylinde，將Step 設為lniial，將Types for Selected Step設為Diplac- ment/Rotation，點擊Continue。在Region Section對話框中，選中集合Sa-Ctinde-Rf，然後點擊Continue。在彈出的Edit Boundary Condition對話框中，選中U/和UR3，然後點擊OK
本文由宏新環宇編輯，摘抄自《ABAQUS有限元分析實例詳解》作者：(石亦平、周玉蓉著)