Abaqus有限元——在ABAQUS分析中考慮非線性

2013-08-14 by:CAE中心-Abaqus有限元組來源:仿真在線

Abaqus有限元——在ABAQUS分析中考慮非線性

我們現(xiàn)在討論怎樣在ABAQUS分析中考慮非線性,主要關(guān)注的是幾何非線性。

8.3.1 幾何非線性

將幾何非線性的效應(yīng)引入到分析中,僅需要對ABAQUS/Standard模型做微小的修改。你要確認(rèn)在分析步的定義中考慮了幾何非線性的效應(yīng),而這對于ABAQUS/Explicit是默認(rèn)的設(shè)置。在ABAQUS/Standard的分析步中,你還可以指定所允許的增量步的最大數(shù)目。如果完成分析步所需要的增量步數(shù)目超過了這個限制,ABAQUS/Standard將中止分析并給出錯誤信息。對于一個分析步,默認(rèn)的增量步數(shù)目是100;如果在模擬中出現(xiàn)了顯著的非線性,有可能需要更多的增量步進(jìn)行分析。用戶指定ABAQUS/Standard可以采用的增量步數(shù)目的上限,而不是它必須使用的增量步數(shù)目。

在非線性分析中,一個分析步是發(fā)生于一段有限的“時間”內(nèi)的;除非慣性效應(yīng)或率相關(guān)行為是重要的因素,否則這里的“時間”并沒有實際的物理含義。在ABAQUS/Standard中,用戶指定了初始時間增量和分析步的總時間。在第一個增量步中,初始時間增量與分析步總時間的比值確定了載荷施加的比例。初始載荷增量給出為:

在ABAQUS/Standard的某些非線性模擬中,初始時間增量的選擇可能是非常關(guān)鍵的,但是對于大多數(shù)分析,介于分析步總時間的5%至10%之間的初始增量值通常是足夠的。為了方便,在靜態(tài)模擬時通常設(shè)置分析步的總時間為1.0,除非在模型中包含了率相關(guān)材料效應(yīng)或阻尼器等特例。采用分析步的總時間為1.0時,所施加載荷的比例總是等于當(dāng)前的時間步;即,當(dāng)分析步時間是0.5時,施加了總體載荷的50%。

盡管在ABAQUS/Standard中你必須指定初始增量值,ABAQUS/Standard將自動地控制后續(xù)的增量值。這種增量值的自動控制是適合于大多數(shù)應(yīng)用ABAQUS/Standard進(jìn)行的非線性模擬計算,然而對于增量值的進(jìn)一步控制也是可能的。如果由于收斂性問題引起了增量值的過度減小,使其低于最小值,ABAQUS/Standard將會中止分析。默認(rèn)的最小容許時間增量DT_min為10^-5乘以分析步的總時間。除了分析步的總時間之外,ABAQUS/Standard默認(rèn)沒有增量值的上限值DT_max。根據(jù)你的ABAQUS/Standard模擬,你可能希望指定不同的最小和/或最大的容許增量值。例如,如果你意識到若施加了過大的載荷增量,模擬計算可能會難以得到解答,這可能是由于模型經(jīng)歷了塑性變形,所以你可能希望減小DT_max的值。

局部方向

在幾何非線性分析中,在每個單元中的局部材料方向可以隨著變形而轉(zhuǎn)動。對于殼、梁和桁架單元,局部的材料方向總是隨著變形而轉(zhuǎn)動。對于實體單元,僅當(dāng)單元中提供了非默認(rèn)的局部材料方向時,它的局部材料方向才隨著變形而轉(zhuǎn)動;否則,默認(rèn)的局部材料方向在整個分析中將始終保持不變。

定義在節(jié)點上的局部方向在整個分析中保持不變;它們不隨變形而轉(zhuǎn)動。關(guān)于進(jìn)一步的詳細(xì)內(nèi)容,請查閱ABAQUS分析用戶手冊的第2.1.5節(jié)“Transformed coordination systems”。

對后繼分析步的影響

一旦在一個分析步中包括了幾何非線性,在所有的后繼分析步中就都會考慮幾何非線性。如果在一個后繼分析步中沒有要求幾何非線性的效應(yīng),ABAQUS會發(fā)出警告,聲明幾何非線性已經(jīng)被包含在任何分析步中。

其它的幾何非線性效應(yīng)

當(dāng)考慮幾何非線性效應(yīng)時,在模型中的大變形并不是要考慮的唯一重要的幾何非線性效應(yīng)。ABAQUS/Standard也包括由于施加荷載引起的單元剛度計算項,稱為載荷剛度。這些項改善了收斂性行為。另外在對橫向載荷的響應(yīng)中,在殼中的薄膜荷載以及在纜索和梁中的軸向載荷,都會對這些結(jié)構(gòu)的剛度做出很大的貢獻(xiàn)。通過包含幾何非線性,在對橫向荷載的響應(yīng)中也考慮了薄膜剛度。

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