ABAQUS熱-應(yīng)力分析的單元選擇

2016-10-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

對于結(jié)構(gòu)響應(yīng)和熱響應(yīng),它們各自單元選擇的控制因素是不同的。

對于熱響應(yīng):一階傳熱單元通常適合應(yīng)用于包含不連續(xù)溫度梯度的問題(如潛在熱源引起),以及不光滑的非線性問題。二階傳熱單元更適合光滑的響應(yīng)分析。

對于結(jié)構(gòu)響應(yīng),在熱-應(yīng)力分析中常見的變形模式為彎曲。所以熱-應(yīng)力分析主要考慮的是彎曲變形下的單元選擇。

一般來說,結(jié)構(gòu)單元(梁和殼)對彎曲為主的問題,是高效經(jīng)濟(jì)的解決方式。連續(xù)體單元也可以用于模擬彎曲變形,并且在某些情況下是必須的:

(1)厚度方向上的應(yīng)變需要精確分析。

(2)梁或殼理論不適用,如厚重的結(jié)構(gòu)。

(3)使用連續(xù)體單元分析彎曲為主的問題,對于單元類型和網(wǎng)格劃分必須有特殊的考慮。

有限元法模擬彎曲時(shí)有以下假定:

(1)橫截面在變形過程中始終保持為平面。

(2)軸向應(yīng)變沿著厚度線性變化。

(3)如果泊松比為 0,則厚度方向的應(yīng)變等于0。

(4)沒有薄膜剪切應(yīng)變。

因此,采用二階實(shí)體單元模擬彎曲變形時(shí),軸向應(yīng)變等于初始水平線長度的改變,厚度方向的應(yīng)變?yōu)榱?剪切應(yīng)變?yōu)榱恪?

使用二階實(shí)體單元模擬彎曲

使用使用一階完全積分實(shí)體單元模擬彎曲變形,該單元在積分點(diǎn)處探測到剪切應(yīng)變。由于部分能量用于剪切變形而非彎曲變形,因此造成過于剛硬的材料行為,即通常稱為剪切自鎖。

使用一階完全積分實(shí)體單元模擬彎曲

ABAQUS提供的一階減縮積分單元模擬彎曲時(shí),可以消除剪切自鎖。由于這種單元只在形心處有一個(gè)積分點(diǎn),因此厚度方向不能探測到彎曲引起的應(yīng)變,即產(chǎn)生沙漏問題。這種單元中的每個(gè)單元都可以捕捉到軸向的拉伸或壓縮應(yīng)變,但不會(huì)在一個(gè)單元同時(shí)捕捉到這兩種應(yīng)變,軸向應(yīng)變可以被準(zhǔn)確度量,厚度方向和剪切應(yīng)變都是零,是廉價(jià)高效的單元類型。

非協(xié)調(diào)模式單元是模擬彎曲為主的問題中性價(jià)比最高的實(shí)體單元。厚度方向上只需一個(gè)單元即可模擬彎曲變形。

在做熱-應(yīng)力分析時(shí),由于單元的選擇不合適,或網(wǎng)格布置不合適,常會(huì)產(chǎn)生不真實(shí)的結(jié)果。因此,需要結(jié)合實(shí)際謹(jǐn)慎選擇。同時(shí),對熱-應(yīng)力分析的模型網(wǎng)格劃分,還有如下建議:

(1)溫度梯度很大的區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加密網(wǎng)格,以精確捕捉產(chǎn)生的熱應(yīng)變梯度。

(2)為了避免結(jié)構(gòu)的過約束,在單元選擇和邊界條件施加時(shí)應(yīng)特別小心。

上述內(nèi)容不僅適合于順序熱-應(yīng)力分析以及絕熱分析,也適合于完全耦合分析中的溫度-位移耦合分析。

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