接触滑移的深度探讨

蓝血儿

滑移有两种方式：小滑移（small sliding）、有限滑移（finite sliding）。最简单的也是最常见的解释就是说：小滑移滑动量小，有限滑移滑动较大。最初接触到这个问题的时候在想：既然一个是小滑移，另外一个为什么不是大滑移呢？而是有限滑移呢？现在看来真有点意思，首先介绍一下我试验的例子：
例子很简单，两个立方体，一大一小，小的放在大的上方的正中央，大的下边的面固支，小的上边面施加0.1MPa的面载荷，如图：

接触的大小面之间建立接触，这样所有的约束关系建好了。注意，小的方块并没有施加除了接触之外的任何约束，因为接触本身就是一种约束，他们的初始位形是接触的，在分析开始便建立了接触约束，预计是可行的。对于不同的接触面离散方式（S-T-S和N-T-S）、滑移方式和摩擦。得出了一下结果，列出表格便于观察：

	离散方式	滑移方式	有无摩擦	是否收敛
1	S-T-S	Finite	无	否
2	N-T-S	Finite	无	否
3	S-T-S	Small	无	是
4	N-T-S	Small	无	是
5	S-T-S	Finite	有	是

由上表可以看出，当使用有线滑移方式且无摩擦的时候，不论何种离散方式均不能收敛，而一旦使用小滑移的时候，结果很快就收敛了。另外在施加摩擦的时候也很容易的收敛了，另外还有一个实验是在接触面的小面得中间节点上施加两个方向（平面上）的平移约束，结果也很容易收敛了。
    由此我得出这样的结论，由于小方块没有施加额外的约束，一旦接触约束不能满足足够的约束，问题就不能得到解决。当然这个问题有一定的特殊性，接触约束必须提供足够的约束。上面的比较就涉及到了两种滑移的不同，它们不仅仅是滑移大小的问题。
下面对滑移方式的讨论均以node-to-surface的离散方式，至于这种离散方式和surface-to-surface之间的区别在这里不做更多的讨论，它们之间有很大的相似之处，对于较平滑的规则的接触面来说，无论是收敛性还是接触力，之间的差距都不大。1、有限滑移允许表面的任意的分离、滑移、和转动。有限滑移常常涉及到大的变形和转动，所以常常包含几何非线性。在有限滑移分析中，接触表面间的传力路径和接触方向在更新。这就是为什么在我上面的例子中用有限滑移不能收敛，一旦滑移，整个模型就缺少了自由度约束，就不可能得出结果。
2、在小滑移中，从属节点投影到主面上与之相关的局部切面上，这个投影点叫做锚点（anchor point）。锚点的选择使用模型的初始构型，接触力就这样传递，并且保持不变。这就是为什么在上面的例子中用小滑移问题就得到了解决。
    在三维问题中小滑移可以大量的节省计算量，但是对于大多数问题中，一旦在切向产生一定量的变形，小滑移还使用初始构型的传力路径，就使问题变得不够准确，所以大多数的问题还是使用了有限滑移。而上面我的例子只是一个特例，但是我认为还是有很大的参考价值，分析在整个分析过程中的接触、摩擦和边界条件这些可以带来的约束，保证整个模型有足够的自由度约束。不仅可以使问题得以顺利解决，还可以去掉可以不施加的约束，还原真实的模型状态。

逝水流

小滑移一般要求相对位移要小于一个单元长度吧，小滑移一般是不是用在两个物体的正面碰撞上啊？？

seawideyp

恭喜lz转正啦
1和2都相当于欠约束了

zsq-w

同意ls。
abaqus里面，很多欠约束的模型在小变形（NLGEOM为off）and 小滑移的时候，还是可以收敛的。
但是改为非线性或者有限滑移，往往是不收敛的。

laoyu1026

版主，向你求助一个问题了 ，就是模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移状态，一个立方体混凝土试块，中心有一个钢筋，进行拔出试验全过程   。  怎么去定义这个接触，在哪个地方弄啊  初学 很不解   还有是不是材料里面也要做像别人说的塑性模型 界定啊 期待回音  QQ 261841400

guohan1989

帮顶一下  虽然不懂······

ustm

学习了，感谢lz分享！

teanawlf

有点疑问，楼主的受力是垂直的，按力学知识来讲，不会产生切向的运动，两接触面之间的不会出现分离、滑移、和转动，那为何还会约束不够而不能收敛呢？

kkk1999

挺好，学习

xw蒲公英

我最近在做的一个仪表板接触的分析就不收敛，增量算到0.7后就出现最小增量步。。。也不清楚什么原因

leon.zju205

有限滑移是通常应该采用的方式，如果切向没有约束（像楼主例子中接触面为平面、不加摩擦系数），相当于约束不完全。在你能确定某个接触中滑移量相对很小时，可以设置为小滑移，这样可以加快计算速度。
至于这个“滑移量相对很小”的判断标准，粗糙的来说一般可根据单元边长来确定，具体而言，小滑移相对于有限滑移的不同就在于，小滑移接触中用于接触计算的节点是分析一开始就确定的，往后的增量/迭代中不变，因此如果你认为接触中两个面的相对滑移量不足以使接触节点发生改变，那么就可以使用小滑移接触。

tjlinyun

LZ，这篇很有学习价值

tjlinyun

LZ，还有较复杂点的接触分析吗