Abaqus中的分析步和接觸

2016-12-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、 ABAQUS中的分析步

模擬計算的加載過程包含單個或多個步驟,所以要定義分析步。它一般包含分析過程選擇,載荷選擇,和輸出要求選擇。而且每個分析步都可以采用不同的載荷、邊界條件、分析過程和輸出要求。例如:步驟一:將板材夾于剛性夾具上。步驟二:加載使板材變形。步驟三:確定變形板材的自然頻率。增量步是分析步的一部分。在非線性分析中,一個分析步中施加的總載荷被分解為許多小的增量,這樣就可以按照非線性求解步驟來進行計算。當(dāng)提出初始增量的大小后,ABAQUS會自動選擇后繼的增量大小。每個增量步結(jié)束時,結(jié)構(gòu)處于(近似)平衡狀態(tài),結(jié)果可以寫入輸出數(shù)據(jù)庫文件、重啟動文件、數(shù)據(jù)文件或結(jié)果文件中。選擇某一增量步的計算結(jié)果寫入輸出數(shù)據(jù)庫文件的數(shù)據(jù)稱為幀。迭代步是在一增量步中找到平衡解的一種嘗試。如果模型在迭代結(jié)束時不是處于平衡狀態(tài),ABAQUS將進行另一輪迭代。隨著每一次迭代,ABAQUS得到的解將更接近平衡狀態(tài);有時ABAQUS需要進行許多次迭代才能得到一平衡解。當(dāng)平衡解得到以后一個增量步才完成,即結(jié)果只能在一個增量步的末尾才能獲得。

step,increment,attempt,iteration,的關(guān)系
1)step 分析步
2)increment 時間增量步
3)attempt 減小增量步的嘗試,即“cutback”
4)iteration 迭代
在一個計算中有可能用到多步分析,比如建一個土石壩,每激活(add)一個填筑層就是一個分析步step;
在每個step中,如果考慮非線性,step就會分成幾個增量步(increment)進行計算;
在每個increment中,會有減小增量步的嘗試(attempt),在每個attemp中,要進行迭代計算(iteration)。
如果迭代收斂,則在下一個increment中會增大時間增量步(比如第一個increment=0.2,則下一個會增大為0.3)
如果迭代無法達到收斂,則ABAQUS會自動減小時間增量步(減小increment),即所謂的“cutback”,如果仍然不能收斂,則會繼續(xù)減小時間增量步,默認(rèn)的cutback最大次數(shù)為5次,也就是attempt最大=5,如果5次之后仍不能收斂則ABAQUS會停止分析,顯示錯誤:too many attempts made for this increment:analysis terminated.
increment時間增量步有最小值,默認(rèn)的是1e-5,如果increment減小到比這還小,ABAQUS就會停止分析,出現(xiàn)錯誤:time increment required is less than the minimum specified.
increment的值可以在關(guān)鍵字*static中修改:
*static 1., 1., 1e-05, 1.
分別為初始增量步,分析時間步,最小增量步,最大增量步
可以用關(guān)鍵字*Step設(shè)定一個分析步中increment的最大步數(shù),如:
*Step,INC=600 (the maximum number of increments in a step,默認(rèn)的是100 )
*static和*Step中的increment是相同的,*Step,INC默認(rèn)為100,而*static中默認(rèn)為1e-5,并不是100*(1e-5)=1,這兩個數(shù)都是限值,即number of increments最大為100,而increment最小為1e-5。

二、 ABAQUS中接觸

1. 點對面離散與面對面離散

在點對面離散方法中,從面(slave surface)上的每個節(jié)點與該節(jié)點在主面(master surface)上的投影點建立接觸關(guān)系,每個接觸條件都包含一個從面節(jié)點和它的投影點附近的一組主面節(jié)點。使用點對面離散方法時,從面節(jié)點不會穿透(penetrate)主面,但是主面節(jié)點可以穿透從面。面對面離散方法會為整個從面(而不是單個節(jié)點)建立接觸條件,在接觸分析過程中同時考慮主面和從面的形狀變化?？赡茉谀承┕?jié)點上出現(xiàn)穿透現(xiàn)象,但是穿透的程度不會很嚴(yán)重。

在如圖l和圖2所示的實例中,比較了兩種情況。

a)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格細(xì):沒有發(fā)生穿透,從面和主面都發(fā)生了正常的變形

b)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格粗:從面節(jié)點沒有進入主面,但主面節(jié)點進入了從面,

穿透現(xiàn)象和嚴(yán)重,從面和主面的變形都不正常

a)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格細(xì):沒有發(fā)生穿透,從面和主面都發(fā)生了正常的變形

b)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格粗:從面節(jié)點沒有進入主面,但有少量主面節(jié)點進

入了從面,出現(xiàn)了輕微的穿透現(xiàn)象,從面和主面的變形比較正常

1)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格細(xì):點對面離散(圖1a)和面對面離散(圖2)的分析結(jié)果都很好,沒有發(fā)生穿透,從面和主面都發(fā)生了正常的變形。

2)從面網(wǎng)格比主面網(wǎng)格粗:點對面離散(圖1b)的分析結(jié)果很差,主面節(jié)點進入了從面,穿透現(xiàn)象很嚴(yán)重,從面和主面的變形都不正常;面對面離散(圖2b)的分析結(jié)果相對較好,盡管有輕微的穿透現(xiàn)象,從面和主面的變形仍比較正常。

從上面可以看出,在為接觸面劃分網(wǎng)格時需要慎重,無論使用點對面離散還是面對面離散,都應(yīng)盡量保證從面網(wǎng)格不能比主面網(wǎng)格粗。

選用離散方法時,還應(yīng)考慮以下因素。

1)一般情況下,面對面離散得到的應(yīng)力和壓強的結(jié)果精度要高于點對面離散。

2)面對面離散需要分析整個接觸面上的接觸行為,其計算代價要高于點對面離散。一般情況下,二者的計算代價相差不是很懸殊,但在以下情況中,面對面離散的計算代價將會大很多:

① 模型中的大部分區(qū)域都涉及到接觸問題。

② 主面的網(wǎng)格比從面的網(wǎng)格細(xì)化很多。

③ 接觸對中包含了多層殼,一個接觸對中的主面是另一接觸對中的從面。

3)如果從面是基于節(jié)點的(即從面類型為Node Region,而不是Surface),則不能使用面對面離散化方法。

1. 有限滑動和小滑動

在ABAQU S/Standard分析中定義接觸時,有兩種判斷接觸狀態(tài)的跟蹤方法可供選擇:

1)有限滑動。如果兩個接觸面之間的相對滑動或轉(zhuǎn)動量較大(例如,大于接觸面上的單元尺寸),就應(yīng)該選擇有限滑動,它允許接觸面之間出現(xiàn)任意大小的相對滑動和轉(zhuǎn)動。在分析過程中,ABAQUS將會不斷地判斷各個從面節(jié)點與主面的哪一部分發(fā)生了接觸,因此計算成本較高。

在使用有限滑動、點對面離散時,應(yīng)盡量保證主面是光滑的,否則主面的法線方向會出現(xiàn)不連續(xù)的變化,容易出現(xiàn)收斂問題。在主面的拐角處應(yīng)使用過渡圓弧,并在圓弧上劃分足夠數(shù)量的單元。

在使用點對面離散時,如果主面是變形體或離散剛體的表面,ABAQUS/Standard會自動對不光滑的主面做平滑(Smoothing)處理,默認(rèn)的平滑系數(shù)為0.2。面對面離散則沒有這種平滑功能,因此如果工程實際要求主面必須有尖角,使用點對面離散可能會比面對面離散更容易收斂。

2)小滑動。如果兩個接觸面之間的相對滑動或轉(zhuǎn)動量很小(例如,小于接觸面上單元尺寸的20%),就可以選擇小滑動。在分析開始時刻,ABAQUS就確定了各個從面節(jié)點與主面是否接觸、與主面的哪個區(qū)域接觸,并在整個分析過程中保持這些關(guān)系不變,因此計算成本較低。

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