Abaqus基础教程第14讲｜面面接触、通用接触、自接触的设置

高级有限元接触设置：单一大型管道与多个小型管件的集成优化


引言

在机械工程和结构分析领域，实体几何的集成是设计过程的一项重要任务。本文将详细探讨如何采用有限元方法，将单一大型管道整合至一个复杂的系统中，与三个水平管件和一个斜向管件形成一个整体连接。尤其针对特殊情况，即所述斜管穿过了大管道的侧面，本文旨在提供有效的几何处理和接触设定策略，以确保模拟时网格划分不影响整体性能分析，实现真实物理行为的精准再现。

几何处理与网格划分挑战


几何处理

面对所描述场景，基于装配中的几何合并是一种直观的解决方案，其目的是将小型管件（包括水平的和斜向的）与大型管道视为一个统一系统进行处理。然而，该操作可能会引入特定的技术挑战，尤其是与网格划分和目标区域划分相关的问题。主要难点在于合并过程中可能产生的几何变形、重叠区域以及不影响其他区域网格划分的前处理需求。

接触分析与整体性设定




接触分析设计

在设置接触分析以确保小型管件与大型管道之间形成理想的整体接触时，应采取以下步骤：

1. 接触类型选择：首先，根据管件之间的物理特性与预期交互模式选择适当的接触类型。在这个案例中，考虑到水平和斜向管件与大型管道之间的紧密连接，过约束接触(Volumetric Contact)可能是一个合适数学模型，确保接触点间有足够约束以模拟实际情况，同时也降低了接触面与体积的交互复杂的数学处理。

2. 接触参数配置：配置接触参数，包括接触惩罚、滑动关系和摩擦系数等，以反映材料特性及预期的物理行为。对于金属管件，通常参考适用的行业标准进行参数选取，以确保分析结果的准确性。

3. 接触领域界定：在大型管道与小型管件的接触区域应用局部加密网格，弥补合并操作带来的潜在网格划分问题。局部加密能更准确地捕捉接触面附近的变形细节，同时保证总体计算效率。

4. 几何预处理：预处理步骤中，对合并体进行精细化的工程准备。对于斜穿过大管道侧面的斜管来说，可能需要采用“洞洞接触”（Hole in Contact）或者类似接触类型，以直接处理穿过平面的问题，确保与大管道接触的准确性和连贯性。

结果验证与收敛性评估


验证方法与后续步骤

仿真结果解析：通过逐步物理实例的仿真，对比关键参数下的压力分布、应变以及位移成果，确保接触设定的效果符合预期物理现象。

收敛性评估：进行网格细化和网格粗化实验，评估不同网格密度对结果的影响，以确保实践中的仿真结果达到了足够的精度和可靠度。

性能比较与优化：与原始无接触模型或其他已知标准模型进行性能比较，评估接触设定对整体结构行为的影响，进一步完善模型参数以优化性能。