仿真過程中單元合理選取高級精髓

2017-03-20 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

當(dāng)前市場商業(yè)化仿真軟件已經(jīng)遍地開花,但其都是基于有限單元法理論,這就要求我們仿真工程能夠?qū)τ邢拊獑卧ɡ碚撘耆莆铡Ａ硗庠谖覀儗?shí)際仿真工作過程中,存在一個(gè)比較大的缺陷,仿真工程師在對結(jié)構(gòu)離散過程中,忽視了對單元的合理選擇及單元選擇對仿真精度影響,因此本文重點(diǎn)對因單元選擇引起的誤差進(jìn)行說明,以問答的方式進(jìn)行闡述,使仿真工作者能夠?qū)σ騿卧鸬慕Y(jié)果偏差找到原因、解決方法。

沙漏模式:

哪種單元出現(xiàn):線性減縮積分單元的應(yīng)力/位移場分析中;

何為沙漏模式:因線性減縮積分單元積分點(diǎn)較少,可能出現(xiàn)沒有剛度的零能量模式(沙漏模式),網(wǎng)格較粗時(shí),零能模式會通過網(wǎng)格擴(kuò)展出去,是計(jì)算結(jié)果無意義;

判斷:

方法1:查看單元的變形情況,如果單元變成交替出現(xiàn)的梯形形狀,就可能出現(xiàn)沙漏模式,如下圖:

方法2:result-history output,繪制ALLAE(偽應(yīng)變能)和內(nèi)能ALLIE曲線,

ALLAE占ALLIE的1%時(shí),表明沙漏模式對計(jì)算結(jié)果影響不大;超過10%

時(shí),分析認(rèn)為無效。

沙漏控制:

沙漏控制:abaqus中的偽應(yīng)變能或沙漏剛度主要用來控制沙漏變形能量;

措施:

細(xì)化網(wǎng)格:線性減縮積分單元要避免過于粗糙的網(wǎng)格,如結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲變形,則在厚度方向上至少劃分4個(gè)單元;
設(shè)置沙漏控制:引入少量的人工“沙漏剛度”來限制沙漏模式的擴(kuò)展。網(wǎng)格足夠細(xì)化時(shí),方法非常有效,可獲得足夠精確的計(jì)算結(jié)果。enhanced、relax stiffness、stiffness、viscous、combined。
沙漏控制時(shí),所設(shè)置的沙漏控制選項(xiàng)數(shù)值大于默認(rèn)值,可能導(dǎo)致沙漏剛度過大而出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定;
一般采用默認(rèn),默認(rèn)出現(xiàn)沙漏模式,往往是由于網(wǎng)格太稀疏,最好修改網(wǎng)格。
選擇其他單元類型:非協(xié)調(diào)單元不會出現(xiàn)沙漏模式問題,適用于abaqus/standard各種分析;
避免將載荷或邊界條件只定義在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。將點(diǎn)載荷或點(diǎn)上的邊界條件定義在一個(gè)包含該點(diǎn)的小區(qū)域上,有利于避免沙漏模式的擴(kuò)展。