Abaqus分析中的沙漏效應

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

1. 沙漏的定義

沙漏(hourglassing)的產生是一種數值問題,是單元自身存在的一種數值問題。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,該單元有四個節(jié)點 “o”,但只有一個積分點“*”。而且該積分點位于單元中心位置,此時如果單元受彎曲或者受剪切作用,則必然會發(fā)生變形,如下圖所示。

對于單積分點線性單元,單元雖然受力后產生變形,但并沒有產生應變能--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,同時就會產生沙漏能量損失,對于系統(tǒng)的能量平衡產生影響。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,對于這類問題,可采用多點積分的單元來解決,當然計算成本也會大大增加。

3.ABAQUS中沙漏的設置

在ABAQUS/CAE中,可以方便地在Element Type界面下進行沙漏的設置。

1、Distortion control:只用于explicit分析。

當選擇 YES時,激活防止負體積單元出現(xiàn)或其他可壓縮材料的過度變形,這對超彈材料是默認的。Distortion control參數對線性動力學不可用,并且不能防止單元由于時間不穩(wěn)定、沙漏不穩(wěn)定或不切實際的物理變形造成的扭曲。

2、Hourglass control:

當選擇Enhanced選項,則使用基于假定的增強應變方法來控制沙漏;

當選擇Relax stiffness選項,則使用整合的粘彈性形式控制沙漏;

當選擇Stiffness選項,則對于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,為所有減縮積分單元定義沙漏控制是嚴格的彈性;

當選擇Viscous選項,則為縮減積分單元定義沙漏阻尼;

當選擇Combined選項,則定義沙漏控制的單元粘性-剛度形式。

3、Scaling factor:

對于沙漏剛度的比例因子,只應用在explicit求解器中,影響小應變殼單元的超出平面的移動自由度。如果為空,默認值是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。如果為空,默認值是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。如果為空,默認值是1.0,建議范圍是0.0~1.0。

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