請打開隨書光盤以下文件夾中的模型文件：

contact-example-2wrongContact-Example-2-Wrong. cae模型中的兩個剛體分別受到50N的載荷，與下面的方形彈性殼體發(fā)生接觸，殼體的兩條側(cè)邊上定義了固支邊界條件(如圖16-25 所示)。此模型的分析目的是得到殼體在豎直方向的最大位移。

提交分析作業(yè)后，分析無法收斂，在MSG文件Job-Contact-Exam-ple-2-Wrong.msg的結(jié)尾看到如下錯誤信息：

***ERROR：TOO MAY ATTEMPTS MADE FOR THIS INCREMENT(嘗試次數(shù)過多)

請讀者找出錯誤原因并加以更正

圖 16-25兩個剛體分別受到50N的載荷作用與下面的方形殼體發(fā)生接觸

提示：在后處理時如果看不到完整的剛體，只看到剛體的截面，應(yīng)單擊菜單Vicw-0D1選擇 Sweep/Extide 標(biāo)簽頁，選中Extude ana1cnes。

解 答

上述“TOOMANYATTEMPTSMADEFORTHISINCREMENT(嘗試次數(shù)過多)”是ABAQUS/Standard 分析中最常見的錯誤信息之一，它只是告訴用戶分析無法收斂,“嘗試次數(shù)過多”是不收斂的具體表現(xiàn)，而不是造成不收斂的原因。很多用戶一看到這類錯誤信息，首先想到的是修改初始增量步長或最大增量步數(shù)，在大多數(shù)時候這樣做并不能真正解決問題，因為不收斂往往是模型本身存在問題，對于一個錯誤的模型，無論怎樣設(shè)置增量步都是無法收斂的。

本實例中的模型問題比較多，下面逐個加以分析：

1)接觸面的法向。在MSG 文件中看到大量關(guān)于“過盈量太大”的信息:CONTACT PAIR(ASSEMBLY_SURF-SHELL,ASSEMBLY RIGID-A-1 SURF-RIGID-A)NODE SHELL.

1.101 IS OVERCLOSED BY 5.11618 WHICH IS TOO SEVERE.在【常見問題16-2】中詳細(xì)討論了出現(xiàn)這類問題的可能原因，在本實例中，這種“過盈量太大”的信息反復(fù)出現(xiàn)，而且無論ABAQUS/Standard 如何通過“折減”來縮小增量步也都無法收斂。這說明模型確實存在“過盈量太大”的問題，而造成這種問題的最常見原因就是沒有選擇正確的接觸面法向方向。

在 Visualization 功能模塊中單擊興(Common Options)按鈕，在 Normals 標(biāo)簽頁下選中Show normals 和 On suraces，在未變形圖的模式下，可以看到如圖16-26 所示的接觸面法向。一對接觸面的法向應(yīng)該是互相指向?qū)Ψ降模瑘D16-26中左側(cè)剛體的法向是錯誤的。

圖 16-26顯示接觸面的法向

左側(cè)剛體面的名稱為Sunf-Rigid-A，應(yīng)該重新定義這個面，在定義時選擇發(fā)生接觸的那一側(cè)，其顏色為Purple(紫色)。

2）約束剛體位移。完成上述修改后，重新提交分析，發(fā)現(xiàn)仍然無法收斂，在MSG文件中看到如下警告信息：

***WARNING:SOLVER PROBLEM,ZERU PIVOT WHEN PROCESSING NODE 124 INSTANCERIGID-B-I D.O.F.2

OVERCONSTRAINT CHECKS: An overconstraint was detected at node 124 INSTANCE RIGID-B-I出現(xiàn)這種“零主元”和“過約束”警告信息的原因與第16.2.1節(jié)和第16.2.2節(jié)的實例是類似的。在初始狀態(tài)下，模型中的兩個剛體和殼體還沒有發(fā)生接觸，在y方向沒有定義邊界條件，因此沒有接觸力或支反力來與外載荷形成靜力平衡，會出現(xiàn)不確定的剛體位移。

正確的做法是，在施加力載荷的分析步之前增加一個分析步，先不定義力載荷，而是在兩個剛體參考點上分別定義一個臨時的位移邊界條件，使剛體和殼體之間產(chǎn)生微小的過盈量(例如0.0001)，然后在下一個分析步再去掉這個臨時邊界條件，施加力載荷。在計算剛體和殼體之間的距離時，涉及殼體厚度的問題。如果希望考慮殼體厚度，在定義接觸時應(yīng)該像圖16-21那樣，選擇有限滑移(Finitesliding)、面對面離散(Surfacetosur-face)，并且不要選擇Exclude shell/membrane element thickness。

在Property功能模塊中查看殼體的截面屬性(section)，可以看到殼體厚度為0.2mm。模型中的殼體平面是殼的中性面，在考慮殼的厚度時，如果希望在初始狀態(tài)下殼體平面和剛體底面恰好接觸，應(yīng)該在模型中讓二者的距離為0.1mm(即殼體厚度的一半)。綜上所述，應(yīng)該在Assembly功能模塊中移動兩個剛體的位置，使它們的底面和殼體平面相距0.1mm。

在第一個分析步中為剛體參考點定義臨時邊界條件U2=-0.0001，就可以使剛體和殼體之間產(chǎn)生微小的過盈量。注意，這個過盈量要非常小，以免產(chǎn)生過大的位移和應(yīng)力，影響最終的計算結(jié)果。

3）幾何非線性。模型在分析過程中會出現(xiàn)較大的位移，應(yīng)該在Step功能模塊中打開幾何非線性開關(guān)(將Nlegeom設(shè)為ON)。

4）主面的尖角。接觸對的主面是剛體表面，此模型的剛體出現(xiàn)了尖角，剛體表面在尖角處的法線方向是奇異的，會導(dǎo)致收斂問題。應(yīng)該根據(jù)工程實際繪制一定的過渡圓角，同時要保證從面始終處在主面法線覆蓋范圍內(nèi)，圖16-27給出了錯誤的和正確的做法。

圖16-27 定義主面時需要注意的問題a)錯誤：主面上出現(xiàn)了尖角b)錯誤:從面超出了主面法線的覆蓋范圍c)正確：保持主面兩側(cè)的豎直邊(這樣從面始終處在主面法線的蓋范圍內(nèi))，并且使用了過渡圓角

一個從面和兩個主面接觸。此模型中的整個殼體是從面，它同時和兩個主面接觸這雖然也可以收斂，但會增大計算量。在第16.2.1節(jié)中介紹過定義接觸面的一個原則，從面應(yīng)該盡可能地小，不要包含那些不可能發(fā)生接觸的區(qū)域。在本實例中，應(yīng)該將殼體分割為兩部分，分別定義兩個從面，各自與其上方的剛體構(gòu)成接觸對。6)網(wǎng)格密度。本實例的分析目的是得到殼體在豎直方向的最大位移，因此不需要在應(yīng)力集中區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格，但如圖16-25所示的網(wǎng)格仍然太粗糙了，應(yīng)該再細(xì)化幾倍。

7）對稱性。此模型是關(guān)于XY平面對稱的，應(yīng)該只取一半建模，在對稱面上定義對稱邊界條件。盡管此模型已經(jīng)有了足夠的邊界條件，不一定要靠對稱邊界條件來約束各個自由度，但建議讀者養(yǎng)成良好的建模習(xí)慣，模型具有對稱性時，應(yīng)盡可能利用對稱性進(jìn)行建模。

隨書光盤的以下文件夾中提供了正確的模型文件：

contact-example-2correctContact-Example-2-Correct. cae e

（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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