Abaqus分析中的沙漏效應(yīng)

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1. 沙漏的定義

沙漏(hourglassing)的產(chǎn)生是一種數(shù)值問題,是單元自身存在的一種數(shù)值問題。一般出現(xiàn)在采用縮減積分單元的情況下:

比如一階四邊形縮減積分單元,該單元有四個(gè)節(jié)點(diǎn) “o”,但只有一個(gè)積分點(diǎn)“*”。而且該積分點(diǎn)位于單元中心位置,此時(shí)如果單元受彎曲或者受剪切作用,則必然會(huì)發(fā)生變形,如下圖所示。

對(duì)于單積分點(diǎn)線性單元,單元雖然受力后產(chǎn)生變形,但并沒有產(chǎn)生應(yīng)變能--也叫零能量模式。在這種情況下,單元沒有剛度,所以不能抵抗變形,顯然這樣的結(jié)論是不合理的,所以必須避免這種情況的出現(xiàn),需要加以控制,既然沒有剛度,就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴(kuò)展---人為加的沙漏剛度就是這么來的。

2.沙漏的控制方法

目前常用的沙漏控制算法大致分為兩類:粘性阻尼算法和彈性剛度算法。這兩種算法分別通過引入沙漏變形方向上的阻尼約束力和剛度約束力來控制沙漏變形。

由于引入了沙漏控制力,同時(shí)就會(huì)產(chǎn)生沙漏能量損失,對(duì)于系統(tǒng)的能量平衡產(chǎn)生影響。在某些工程問題中,采用沙漏控制方法并不能完全解決沙漏問題,對(duì)于這類問題,可采用多點(diǎn)積分的單元來解決,當(dāng)然計(jì)算成本也會(huì)大大增加。

3.ABAQUS中沙漏的設(shè)置

在ABAQUS/CAE中,可以方便地在Element Type界面下進(jìn)行沙漏的設(shè)置。

1、Distortion control:只用于explicit分析。

當(dāng)選擇 YES時(shí),激活防止負(fù)體積單元出現(xiàn)或其他可壓縮材料的過度變形,這對(duì)超彈材料是默認(rèn)的。Distortion control參數(shù)對(duì)線性動(dòng)力學(xué)不可用,并且不能防止單元由于時(shí)間不穩(wěn)定、沙漏不穩(wěn)定或不切實(shí)際的物理變形造成的扭曲。

2、Hourglass control:

當(dāng)選擇Enhanced選項(xiàng),則使用基于假定的增強(qiáng)應(yīng)變方法來控制沙漏;

當(dāng)選擇Relax stiffness選項(xiàng),則使用整合的粘彈性形式控制沙漏;

當(dāng)選擇Stiffness選項(xiàng),則對(duì)于standard分析除了超彈材料和修正的四面體和三角形外的單元默認(rèn),為所有減縮積分單元定義沙漏控制是嚴(yán)格的彈性;

當(dāng)選擇Viscous選項(xiàng),則為縮減積分單元定義沙漏阻尼;

當(dāng)選擇Combined選項(xiàng),則定義沙漏控制的單元粘性-剛度形式。

3、Scaling factor:

對(duì)于沙漏剛度的比例因子,只應(yīng)用在explicit求解器中,影響小應(yīng)變殼單元的超出平面的移動(dòng)自由度。如果為空,默認(rèn)值是1.0。建議范圍是0.2~3。

Linear bulk viscosity 表示線性體積粘度的比例系數(shù)。如果為空,默認(rèn)值是1.0,建議范圍是0.0~1.0。

Quadratic bulk viscosity 表示二次體積粘度的比例系數(shù)。如果為空,默認(rèn)值是1.0,建議范圍是0.0~1.0。

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