1. 引言：什么是面面接触？
表面间接触是 Abaqus 中模拟结构相互作用最常见的方式。它定义了两个表面（一个可变形，另一个可为可变形或刚性）在受力过程中的相互作用关系。在 Abaqus 中，接触表面主要分为四类：
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基于单元的可变形与刚性表面。
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基于节点的可变形与刚性表面。
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解析刚性表面。
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Abaqus/Explicit 中的欧拉材料表面。
良好的接触定义是获得准确仿真结果的关键。
2. 主表面与从表面
在定义接触对时，必须指定一个表面为 主表面，另一个为 从表面。
2.1 基本规则
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解析刚性表面 和 基于单元的刚性表面 必须作为主表面。
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基于节点的表面 只能作为从表面，且始终使用节点对面接触离散化。
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从表面必须附着于可变形体或被定义为刚性的可变形体上。
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接触对中的两个表面不能都是刚性表面（被定义为刚性的可变形表面除外）。
2.2 选择最佳实践
当两个表面都是基于单元的可变形表面时，选择主从需谨慎：
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尺寸原则：通常，较小的表面应作为从表面。
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刚度与网格原则：若尺寸相近，则将较刚硬或网格较粗糙的物体表面定义为主表面。
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注意：应考虑结构整体刚度，而非单一材料属性。例如，一块薄钢板可能比一大块橡胶更柔韧。
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对结果的影响：在节点对面离散化中，主从角色的选择对结果影响显著（从节点不能穿透主表面，反之则允许）。而在面面离散化中，影响通常较小，但若两个表面网格疏密差异巨大，将较粗糙的表面设为从表面会显著增加计算成本。
3. 滑动公式：有限滑动与小滑动
滑动公式决定了算法如何追踪表面间的接触状态。
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有限滑动：允许表面之间发生任意的分离、滑动和旋转。算法会持续追踪从节点相对于主表面的位置变化。计算成本较高，适用于大位移、大转动问题。
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小滑动：假设在整个分析过程中，从节点仅与主表面上一个局部区域相互作用。虽然允许表面发生大转动，但相对滑动很小。计算效率远高于有限滑动，特别适用于三维接触问题。
4. 离散化方法：节点对面 vs. 面面
离散化方法决定了接触约束的施加方式。
4.1 节点对面离散化
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原理：每个从节点与主表面上的一个投影点建立接触约束。
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特点：
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从节点被约束不得穿透主表面，但主节点可能穿透从表面。
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接触方向基于主表面的法向。
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从表面可以是一组节点（基于节点的表面）。
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4.2 面面离散化
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原理：在从节点周围的一个区域内平均地施加接触约束，同时考虑主从表面的形状。
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特点：
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能有效避免主节点大幅穿透从表面的情况，对网格疏密差异不敏感，结果更平滑。
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接触方向基于从节点周围从表面的平均法向。
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不能与基于节点的表面一同使用。
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5. 接触相互作用属性
接触属性定义了表面间相互作用的物理行为，主要包括力学、热学和电学属性。在结构分析中，力学接触属性最为关键。
5.1 切向行为
定义接触面间的摩擦模型。
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无摩擦：默认选项，表面间无切向阻力。
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粗糙：无限大摩擦系数，完全阻止相对滑动。
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罚函数与拉格朗日乘子：用于定义有限摩擦系数。
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罚函数：允许微小的“弹性滑移”，计算效率高。
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拉格朗日乘子：精确施加“粘着”约束，无相对滑移，但计算成本更高。
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静动摩擦指数衰减：可定义静态和动摩擦系数，并通过指数曲线平滑过渡。
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用户自定义：通过用户子程序定义复杂的摩擦行为。
5.2 法向行为
定义接触压力与过盈量之间的关系。
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“硬”接触：最常见的模型，接触时传递任意压力，分离时压力为零。零穿透条件根据约束执行方法严格或近似执行。
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“软化”接触：压力与过盈量呈线性、指数或分段线性关系，用于模拟软材料或避免数值收敛困难。
5.3 约束执行方法
决定了如何强制满足接触条件。
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直接法：严格满足指定的压力-过盈关系，无近似。但对“硬”接触可能导致过约束问题。
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罚函数法：通过刚度近似“硬”接触，允许微小穿透。计算稳定，能缓解过约束。
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增广拉格朗日法：在罚函数法基础上，通过迭代修正将穿透驱近于零。兼顾了精度和稳定性，是许多情况下的默认选择。
默认方法选择：
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对于“硬”接触的有限滑动面面接触，默认使用罚函数法。
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对于三维自接触（节点对面离散化），默认使用增广拉格朗日法。
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其他情况通常默认使用直接法。
6. 总结与建议
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组织与命名：为复杂的多接触装配体中的每个接触对进行清晰命名，是管理模型的基础。
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主从选择：遵循尺寸、刚度和网格原则，尤其在节点对面离散化中至关重要。
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公式选择：根据预期的相对运动大小选择有限滑动或小滑动，以平衡精度与效率。
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离散化选择：面面离散化通常能提供更稳健、更精确的结果，尤其适用于网格不匹配或需要平均接触应力的情况。
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属性定义：合理定义摩擦（切向行为）和接触刚度（法向行为）是模拟真实物理交互的核心。
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约束执行：理解直接法、罚函数法和增广拉格朗日法的优缺点，根据问题的非线性程度和收敛性要求进行选择。
通过系统掌握上述面面接触的设置要点，分析人员能够更高效、更准确地建立 Abaqus 接触模型，从而确保结构有限元分析结果的可靠性。
延伸学习：
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欲了解更高级的接触话题，请参阅《Abaqus 分析用户手册》。
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SIMULIA 官方频道提供了关于使用接触对建模的详细视频教程。
