abaqus非线性有限元方法在结构接触分析中与应用

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1、.非线性有限元方法在结构接触分析中的应用ABAQUSwww.xncae.com范瑞娟ApplicationofNonlinearFiniteElementMethodonStructureContactAnalysisFANRuijuan摘要：针对某型机缝翼结构中所遇到的接触问题，应用ABAQUS有限元分析软件，对其进行了边界非线性有限元分析。利用ABAQUS的接触算法，真实的模拟了缝翼滑轨和滚柱之间的接触关系，进而得到真实的传力路经和应力分布。关键词：边界非线性；有限元分析；接触1引言在有限元结构力学模拟中，非线性的来源有三种:材料非线性、边界非线性和几何非线性。材料非线性是指高应变时材料

2、发生屈服，其应力-应变关系成为非线性；边界非线性是指边界条件随着载荷的变化而发生变化；几何非线性是指在模型分析中位移的大小影响到结构响应的情况。飞机结构设计中遇到的接触关系属于边界非线性问题。在有限元结构分析过程中，接触条件是一类特殊的不连续约束，它允许力从模型的一部分传递到另一部分。因为只有当两个表面发生接触时才会有约束产生，而当两个接触的面分开时，就不存在约束关系了，所以这种约束是不连续的。下面结合飞机前缘缝翼滑轨设计中所遇到的接触问题，就如何应用ABAQUS软件，对.页脚....其进行边界非线性有限元分析予以介绍。2缝翼滑轨设计中的接触问题飞机的前缘缝翼是民用客机中机翼常用的增升活动面

3、，常规缝翼是通过滑轨在滑轮组架中的运动来改变机翼的翼型，以达到增加升力的目的。缝翼滑轨在滑轮组架滚柱上的支持就是一个典型的接触问题，如图1所示。滑轮组架内在每根滑轨的安装位置沿滑轨法向和侧向各布置了两组滚柱。当缝翼翼面上的载荷传到滑轨上时，滑轨受力变形，其上下表面就会有滚柱与滑轨表面发生接触，从而限制滑轨的法向运动；其左右两侧也会有滚柱与滑轨腹板表面发生接触，从而限制滑轨的侧向运动。在结构受载过程中，究竟是哪一个或哪些滚柱与滑轨发生接触，从而为其提供边界约束呢？这就是边界非线性有限元分析所要考虑的主要问题。滚柱与滑轨法向接触滚柱与滑轨侧向接触图1滑轨与滚柱之间的接触关系3接触类问题边界非线性

4、有限元分析方法.页脚....ABAQUS是国际上先进的大型通用有限元计算分析软件之一。特别是它的非线性力学（几何、材料、接触）分析功能有世界领先水平，应用此软件，使得该类接触问题的简便求解成为可能。ABAQUS软件应用Newton-Raphson算法迭代求解非线性问题。ABAQUS中的接触计算过程如图2所示。图中p表示从属节点上的接触压力；h表示从属节点侵入主控表面的距离。开开始增量确定接触状态撤消约束加上约束执行迭代检查接触的变化检查平衡点脱开：迭代点接触：迭代h〉0〈0P〈0没有变化收敛脱开接触不收敛结束增量步图2接触逻辑3.1模型简化缝翼本体有限元模型主要为板杆结构，模型网格较粗，主要

5、用来施加载荷。滑轨和滚柱简化为细网格四面体单元，目的是分析滑轨受力变形后与滚柱的接触状态及滑轨的应力。缝翼加强肋连接耳片与滑轨之间用耦合元（coupling）连接.页脚....，使得载荷由缝翼本体传给滑轨。缝翼有限元网格见图3，2-1滑轨和滚柱有限元网格见图4。2-1滑轨及滚轮2-2滑轨及滚轮2-3滑轨及滚轮图3缝翼有限元网格图42-1滑轨及滚柱有限元网格.页脚....3.2接触定义在ABAQUS软件中，在两个结构之间定义接触首先是要创建表面（surfaces）,再创建接触相互作用，使两个可能发生互相接触的表面成队,然后定义控制发生接触表面行为的力学性能模型。ABAQUS软件中的接触对包括主

6、面和从面，一般来说，材料较硬的构件定义为主面，材料较软的构件定义为从面。缝翼滑轨材料为钛合金，滚柱材料为钢。因此，滚柱定义为主面，滑轨定义为从面，滑轨与滚柱之间的接触关系为无磨擦的硬接触。模型中接触关系定义如图5所示。在原始数据文件中以下述格式给出：*Surface,type=ELEMENT,name=_PickedSurf190,internal_PickedSurf190,_S3,S3_PickedSurf190,_S2,S2　_PickedSurf190,_S4,S4_PickedSurf190,_S1,S1*Surface,type=ELEMENT,name=_PickedSurf1

7、91,internal_PickedSurf191,_S3,S3_PickedSurf191,_S2,S2　_PickedSurf191,_S4,S4_PickedSurf191,_S1,S1**Interaction:Int-1*ContactPair,interaction=IntProp-1_PickedSurf191,_PickedSurf190**INTERACTIONPROPERTIES*Surf