ABAQUS中的質(zhì)量縮放

2016-11-14 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

準(zhǔn)靜態(tài)分析或某些動(dòng)態(tài)分析中,少數(shù)尺寸較小的單元控制穩(wěn)態(tài)時(shí)間增量,為提高計(jì)算效率,經(jīng)常采用質(zhì)量縮放的方法。

顯示動(dòng)態(tài)過(guò)程常用于解決以下兩類(lèi)問(wèn)題:瞬時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算和含復(fù)雜非線(xiàn)性效應(yīng)(最常見(jiàn)的是復(fù)雜的接觸條件)的準(zhǔn)靜態(tài)模擬。由于求解動(dòng)態(tài)方程時(shí)采用了顯示中心差分法,平衡方程中離散的質(zhì)量矩陣對(duì)計(jì)算效率和精度都起到了關(guān)鍵性的影響。如果恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用質(zhì)量縮放方法,可以在保證計(jì)算精度的情況下,大大提高計(jì)算效率。然而,最適合于準(zhǔn)靜態(tài)模擬的質(zhì)量縮放技術(shù)與動(dòng)態(tài)分析中必須采用的質(zhì)量縮放方法存在很大差異。

1、準(zhǔn)靜態(tài)分析

對(duì)于應(yīng)變率無(wú)關(guān)材料的準(zhǔn)靜態(tài)分析,自然時(shí)間并不重要。為節(jié)省計(jì)算時(shí)間,有效的辦法是有兩種:減少分析的時(shí)間步長(zhǎng)或人為地增加模型的質(zhì)量(質(zhì)量縮放)。對(duì)于率無(wú)關(guān)材料,這兩種方法產(chǎn)生的效果相同;但如果模型中含有率相關(guān)材料,首選質(zhì)量縮放方法,因?yàn)樵摲椒ūＡ袅俗匀粫r(shí)間。

準(zhǔn)靜態(tài)分析的質(zhì)量縮放方法通常用于整個(gè)模型上執(zhí)行。然而,當(dāng)模型各部分的剛度和質(zhì)量不同時(shí),常選中模型的某部分進(jìn)行質(zhì)量縮放或?qū)γ坎糠址謩e進(jìn)行縮放。任何情況下,都沒(méi)有必要減小模型質(zhì)量的實(shí)際值,并且隨意地增加質(zhì)量通常都會(huì)影響到計(jì)算精度。對(duì)于大多數(shù)準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題,一定程度的質(zhì)量縮放可以增加ABAQUS/Explicit時(shí)間增量,從而減小計(jì)算時(shí)間。然而,必須保證質(zhì)量的改變和隨之增加的慣性力對(duì)計(jì)算結(jié)果沒(méi)有顯著影響。

2、動(dòng)態(tài)分析

動(dòng)態(tài)分析中,自然時(shí)間度量非常重要,為了獲得瞬態(tài)響應(yīng),必須精確地表示模型的實(shí)際質(zhì)量和慣性。然而,許多復(fù)雜的動(dòng)態(tài)模型包含了一些尺寸極小的單元,使顯示動(dòng)態(tài)分析采用很小的時(shí)間增量。這些小尺寸單元通常是在生成復(fù)雜網(wǎng)格時(shí)形成的。通過(guò)在分析步起始時(shí)對(duì)這些控制單元的質(zhì)量進(jìn)行縮放,可以顯著地增加穩(wěn)態(tài)時(shí)間增量,而對(duì)整個(gè)模型的動(dòng)態(tài)行為的影響可以忽略不計(jì)。

對(duì)真正的動(dòng)態(tài)問(wèn)題,只能對(duì)少數(shù)單元進(jìn)行質(zhì)量縮放,并且不允許明顯地增加整個(gè)模型的質(zhì)量,否則會(huì)降低動(dòng)態(tài)結(jié)果的精度。

3、模型中引入質(zhì)量縮放

顯示動(dòng)態(tài)分析中有兩種質(zhì)量縮放方法:定比例質(zhì)量縮放和變比例質(zhì)量縮放。兩種方法可以分開(kāi)使用,也可以結(jié)合起來(lái)使用。質(zhì)量縮放可用于整個(gè)模型,也可以用在單元組上。

—定比例質(zhì)量縮放

定比例縮放方法是對(duì)組裝成全局節(jié)點(diǎn)質(zhì)量陣的單元質(zhì)量進(jìn)行縮放,該方法在分析步起始時(shí)執(zhí)行?？s放后的質(zhì)量陣接著用于該分析步的每個(gè)增量步,除非同時(shí)采用了變比例縮放。如果接下來(lái)的分析步中沒(méi)有重新定義質(zhì)量縮放,定比例縮放方法將延續(xù)下去。

定比例縮放的兩種基本方法:直接定義質(zhì)量縮放因子,或者用戶(hù)定義最小的穩(wěn)態(tài)時(shí)間增量,由顯示動(dòng)態(tài)分析過(guò)程來(lái)確定質(zhì)量縮放因子。

定比例縮放方法簡(jiǎn)單,在分析步起始時(shí)修改準(zhǔn)靜態(tài)模型的質(zhì)量,或修改動(dòng)態(tài)模型少數(shù)單元的質(zhì)量,使它們不控制穩(wěn)態(tài)時(shí)間增量的大小。由于只在分析步起始時(shí)執(zhí)行一次質(zhì)量縮放,因此該方法的計(jì)算效率很高。

—變比例質(zhì)量縮放

在分析步中變比例縮放方法同期性地縮放單元質(zhì)量。當(dāng)采用此類(lèi)型的質(zhì)量縮放方法時(shí),需定義最小的穩(wěn)態(tài)時(shí)間增量:質(zhì)量縮放比例因子自動(dòng)計(jì)算,并按要求施加到單元上。

當(dāng)分析步中控制穩(wěn)態(tài)時(shí)間增量的剛度變化劇烈時(shí),變比例縮放非常有用。準(zhǔn)靜態(tài)體積成形分析和單元壓縮量很大的動(dòng)態(tài)分析中常會(huì)出現(xiàn)這樣的情形。

—直接定義質(zhì)量縮放因子

對(duì)于動(dòng)能必須保持很小的準(zhǔn)靜態(tài)分析中,直接定義質(zhì)量縮放因子很有用。用戶(hù)可以對(duì)指定單元組內(nèi)的所有單元定義一個(gè)固定的質(zhì)量縮放因子。這些單元的質(zhì)量在分析步開(kāi)始時(shí)被縮放,并將在整個(gè)分析步中保持不變,除非通過(guò)變比例質(zhì)量因子進(jìn)一步修改質(zhì)量。

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