Abaqus案例10 | 硬度计压头赫兹接触

本案例是接触分析开篇，主要介Abaqus做接触的基本过程，以常见的赫兹接触为例。

问题描述

平面问题，二维建模；结构形态如下图所示。

弹性触头与刚性基体接触，解析刚体以参考点RP加以控制（仅有六个自由度），计算效率高。

材料信息

Aluminum；杨氏模量：70GPa；泊松比：0.3；

工作目录

选择File > Set Work Directory设定工作目录

几何模组

单击Open，从工作目录选择HalfCylinder.cae并打开

属性模组

装配模组

直接完成组装。说到组装这里其实有一个小技巧，建模的时候先将所有轮廓线画出来存起来（进入Sketch模块），然后再进行建模导入草图，每一个模型只选择需要的草图，这样就能提前将零部件的位置确定好，装配简单。

分析步模组

分析程序选择Static, General。设定初始增量为0.05。（接触是典型的非线性问题，建议初始增量设定为5%，甚至更小）

交互模组

在初始分析步建立面面接触关系

注意：两个接触件刚度大者作为主面（Master Surface），如上图所示，选择解析刚体作为主面，进一步选择黄色对立一边为接触面，从面（Slave Surface）已经建立集合（Set）。

从面类型选择为Surface，多数时候面（Surace）总是优于节点（Node），从求解精度上讲。

每一对接触都要有接触属性，控制接触行为的，接触属性可以在建立接触对前建立或者建立接触对中建立。

点击上图按钮进入接触属性创建界面

注意观察截图，我们这里选择第一个项Contact。截图还有很多其他信息，可以发现很多传热的条件也是在这里设置。无需过多设置，直接点击OK，就完成默认属性设置。

默认接触属性随着接触的种类发生变化，此处面面接触的基本属性为：法向为硬接触、切向为无摩擦。定义好接触就会看到如下：

荷载模组

切换至Load模组

• 定义荷载

对弹性接触触头上侧边线施加Pressure，大小为60E6。

• 定义边界

解析刚体被完全约束，弹性触头左侧边线施加对称约束。

网格模组

切换至Mesh模组，注意网格划分与单元分配是处在同一个模组下。

网格没有经过很好的布置，关于赫兹接触网上有很多布置网格的例子，大家可以参考。使用的单元类型为CPE4R。

分析任务

切换至Job模组，新建分析任务，直接提交即可。

可视化模组

切换至Visualization模组

• Mises

• 路径图（Path）

想知道沿着接触边界的地方接触压力是怎么样分布的，这里绘制路径图。首先从菜单栏Tools > Path > Create创建一条路径：

通过最短路径选择你要的边线

选择输出量为接触压力CPRESS

路径选择比较粗糙，所以也是造成曲线图不平滑的一个原因，另外就是布置网格密度和形状。

有兴趣可以自己对比一下理论计算的路径图与软件模拟的。因为这个涉及很多公式符号，编辑多有不便，请自行尝试，可以使用Excel绘图。

作者：SimulationX

精选：王华军

编辑：刘义美 | 校对：栗夏

排版：李俊苗