ABAQUS/Standard接觸分析中的警告信息

《實(shí)例詳解》第5.2.8節(jié)“解決接觸分析中的收斂問題”介紹了 ABAQUS/Standard 接觸分析不收斂時(shí)的解決方法，下面再簡(jiǎn)單列一下其中的要點(diǎn)：

1)檢查所定義的接觸面、接觸參數(shù)和邊界條件是否正確。

2)在靜力分析中，必須定義足夠的約束條件，以保證它們?cè)诟鱾€(gè)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度上都不會(huì)出現(xiàn)不確定的剛體位移。

3)避免過約束(overconstraint)。

4)合理地定義接觸面、接觸參數(shù)和過盈接觸。

5)使用足夠細(xì)化的網(wǎng)格。

6 )不要在接觸面上使用C3D20、C3D20R和C3D10等單元類型

7)在接觸對(duì)上設(shè)置微小的過盈量，以保證在分析一開始就已經(jīng)建立起接觸關(guān)系。

8)施加臨時(shí)邊界條件，以保證在接觸關(guān)系建立之前，模型也不會(huì)出現(xiàn)剛體位移。

9)將分析過程分解為多個(gè)分析步完成，讓各個(gè)載荷分別在不同的分析步中逐步施加到模型上，避免接觸狀態(tài)發(fā)生劇烈的改變而引起收斂困難。

下面將討論一些 ABAQUS/Standard 接觸分析中的重要警告信息，這些警告信息并不是接觸分析所獨(dú)有的，但在接觸分析中經(jīng)常出現(xiàn)，而且往往是解決接觸分析收斂問題的關(guān)鍵。

數(shù)值奇異

缺乏邊界條件約束是ABAQUS/Standard 靜力分析中最容易犯的錯(cuò)誤之一，這時(shí)往往會(huì)在 MSG 文件中出現(xiàn)數(shù)值奇異(numerical singulariy)或零主元(zero pirot)的警告信息，本節(jié)著重介紹數(shù)值奇異的相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)讀者高度重視這方面的問題。在《實(shí)例詳解》第11.2.1節(jié)“數(shù)值奇異(Numerical Singularity)”中簡(jiǎn)單介紹了相關(guān)內(nèi)容，可以作為參考。

本書的光盤中提供了一個(gè)ABAQUS/Standard靜力分析的實(shí)例：

singularity-displacement wrong Si:gularity-Displacement-Wrcng. Cae

此模型是一個(gè)二維平面應(yīng)變問題(如圖16-7所示)，包含兩個(gè)彈性體，即圓筒和平板。在圓簡(jiǎn)中心的圓孔內(nèi)壁上定義了固支邊界條件，在平板頂部中央的A點(diǎn)上給定了位移 U2=-2，希望使平板向正下方移動(dòng)，和圓簡(jiǎn)發(fā)生接觸。

提交分析后，計(jì)算可以完成，但在分析結(jié)果中看到平板發(fā)生了異常的位移，偏移到了一側(cè)(如圖16-8所示)，這是什么原因引起的?

圖16-7 定義了位移載荷的模型

圖16-8后處理時(shí)看到平板發(fā)生了異常的位移

讀者應(yīng)注意養(yǎng)成這樣的習(xí)慣，在提交分析作業(yè)后一定要查看DAT文件中是否出現(xiàn)了錯(cuò)誤信息(error)，MSG文件中是否出現(xiàn)了警告信息(warning)。對(duì)于ABAQUS/Explicit 分析還應(yīng)查看 STA 文件中的信息:

打開本實(shí)例的 MSG 文件 Job-Singularity-Displacement-Wrong.msg，可以看到如下警告信息：

***WARNING:SOLVER PROBLEM, NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODEPLATE-1.69 D.O.F,IRATIO =4.65212E+013.

***WARNING:SOLVER PROBLEM, NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODEPLATE-1.69 D.0.F.2RATI0=2.31813E+014.

其含義為，平板(PLATE-1)在自由度1和2上都出現(xiàn)了數(shù)值奇異。這說明平板在這兩個(gè)方向上都缺乏邊界條件的約束。

對(duì)于三維模型，每個(gè)部件都有3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度;對(duì)于二維模型，每個(gè)部件都有2個(gè)平動(dòng)自由度和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。在建立靜力分析模型時(shí)，必須在模型每個(gè)實(shí)體的所有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度上定義足夠的邊界條件，以避免它們出現(xiàn)不確定的剛體位移，否則就會(huì)在MSG文件中看到上述警告信息，這時(shí)分析往往無法收，即使能夠收斂，結(jié)果也往往是錯(cuò)誤的。

本實(shí)例中兩個(gè)部件實(shí)體的邊界條件為：

1）圓筒--在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上定義了固支邊界條件，因此不會(huì)出現(xiàn)剛體位移。

2）平板--在x方向上沒有定義任何邊界條件，因此在x方向上的剛體位移是不確定的;在y方向上，只在一個(gè)節(jié)點(diǎn)(A點(diǎn))上給定了位移U2，這時(shí)整個(gè)平板仍然可以繞A點(diǎn)做剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，即除了A點(diǎn)之外，平板上的其他節(jié)點(diǎn)的U2都是不確定的。

盡管整個(gè)模型并沒有使平板發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或x方向平動(dòng)的載荷，直觀感覺上此模型似乎是沒問題的，但這樣的模型不符合有限元分析的要求。這種“因?yàn)闆]有受力，所以不會(huì)移動(dòng)的因果關(guān)系，只是我們根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)在頭腦中進(jìn)行邏輯分析時(shí)的思路，而ABACUS/Slardard的求解過程恰恰與此相反，其過程是:迭代嘗試各種可能的位移狀態(tài)，檢驗(yàn)它們是否能夠滿足靜力平衡方程。

（內(nèi)容、圖片來源：《ABAQUS有限元分析常見問題解答》，侵刪）

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