Abaqus/Standard中的過約束檢查（一）

2016-10-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

通常情況下,過約束指的是施加在相同自由度上的多個約束。過約束分為一致的過約束和非一致的過約束,當(dāng)所有約束相互兼容時,即是一致的過約束,反之,約束相互不兼容時,則為非一致的過約束。一致的過約束也叫冗余約束,非一致的過約束也叫沖突約束。分析中,有很多模型有節(jié)點(diǎn)的某些自由度受到了過約束,這些過約束可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的求解,甚至不收斂。常見的可能導(dǎo)致過約束的情況包括(但不限于)以下:

接觸的從面節(jié)點(diǎn)同時定義了邊界條件或MPC約束;
定義了基于表面Tie約束的邊,同時又是接觸從面,或定義了對稱邊界條件;
施加了邊界條件的節(jié)點(diǎn),同時又包含在耦合約束或剛體約束中。

如上圖所示,中部的模型由三個分別劃分網(wǎng)格的區(qū)域組成,并使用基于表面的Tie約束連接在一起。這個變形體模型與下部的剛體塊定義了接觸作用,下部的剛體施加了剛體約束,剛體參考點(diǎn)固定。變形體左邊定義了對稱邊界條件,變形體與下部剛體之間定義了粗摩擦,可以看出該模型中的冗余約束有:

干涉的Tie約束:(A)處,三個點(diǎn)共享同一個位置,它們的相對運(yùn)動受到兩個基于表面的Tie約束(一個垂直的,一個水平的)的約束。只需要兩個約束(兩個非獨(dú)立點(diǎn)和一個獨(dú)立點(diǎn))即可完成約束這三個點(diǎn)的運(yùn)動,但內(nèi)部生成了三個約束(水平的一個Tie約束和垂直的兩個Tie約束),因此,此處存在一個冗余約束。
Tie約束和對稱邊界條件:(B)處,節(jié)點(diǎn)141和151受到對稱邊界條件約束,但它們的相對運(yùn)動也受到基于表面的Tie約束限制,因此,此處存在一個冗余約束。
粗摩擦和對稱邊界條件:(C)處,節(jié)點(diǎn)101受到對稱邊界條件約束,同時粗摩擦接觸作為邊界條件也作用在相同的方向上,因此,此處存在一個冗余約束。
Tie約束和接觸作用:(D)處,節(jié)點(diǎn)801和301處施加了基于表面的Tie約束,但在垂直方向又受到兩個接觸約束(一個節(jié)點(diǎn)一個)。因此,此處存在一個冗余約束。

盡管這是個簡單的模型,其中就有大量的冗余約束。如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?冗余約束可能導(dǎo)致收斂困難,甚至不收斂。更有甚者,這種情況下即使得到了解,所得的反作用力和接觸壓力大小可能也是不準(zhǔn)確的。為此,Abaqus/Standard提供了自動檢查以下情況引起的過約束:

檢查以下約束聯(lián)合使用導(dǎo)致的過約束:基礎(chǔ)運(yùn)動、邊界條件、接觸對、耦合約束、線性約束方程、網(wǎng)格獨(dú)立焊點(diǎn)、MPC約束、剛體約束、以及基于表面的Tie約束;
檢查因連接單元、耦合單元、特殊目的接觸單元、不可壓縮材料行為單元等引入動力學(xué)約束而引起的過約束;
通過詳細(xì)信息識別導(dǎo)致過約束的約束;
自動處理在模型前處理過程和Abaqus/Standard分析過程中檢測到的有限的一致的過約束集合;
使用等式求解器檢測不能自動處理的過約束;
可能有默認(rèn)行為修正。