ABAQUS中的沙漏模式与物理稳定性控制策略
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更新于2024-09-14
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ABAQUS是一款强大的有限元分析软件,其中涉及到的"沙漏"概念是指在某些特定条件下的非物理性数值行为。在有限元方法中,节点位移是基本变量,通过形函数插值计算单元内的应变和应力。然而,当单元变形导致内部形状变化,如正方形变为等腰梯形,尽管节点位移不为零,但形函数插值可能导致应变为零,形成零能量模式,这就是所谓的沙漏模式。这种模式在单点积分(中心积分)的处理中尤其可能出现,因为局部应变信息丢失。
为了防止沙漏模式,ABAQUS提供了几种策略。首先,可以通过控制单元边界的相对转动来间接控制沙漏,但这并不能确保完全的完备性。物理沙漏控制(也称为物理稳定性)依赖于材料性能的稳定性参数,如一阶稳定性的假设,但在不可压缩材料中可能不适用,因为它缺乏自锁效应。为了建立物理稳定性,需要假设单元内的旋转恒定且材料响应均匀。
LS-DYNA等其他数值模拟工具也提供多种算法来抑制沙漏,比如默认的算法(类型1)虽然便宜但可能效果不佳,而全积分或选择适当的减缩积分方程(S/R)单元可以完全消除沙漏,但代价可能是更高的计算成本、更大的不稳定性和可能的剪切锁死问题。
三角形壳和四面体单元理论上没有沙漏模式,但由于它们在某些应用中的刚度问题,可能仍存在类似问题。解决沙漏的一个常用方法是细化网格,但这往往受限于实际工程项目的复杂性和计算资源。此外,加载方式也会影响沙漏程度,施加压力载荷相比点载通常更为有效,因为它不易触发沙漏模式。
评估沙漏能量的工具包括在ABAQUS中设置*control_energy卡片的HGEN参数为2,并利用*database_glstat和*database_matsum卡片来观察系统和部件的沙漏能量。理想情况下,非物理沙漏能应远小于每个部件的峰值内能,一般来说,这一比例应小于10%。对于壳单元,可能需要采取额外措施来确保沙漏影响最小。
理解并管理ABAQUS中的沙漏模式是进行有效有限元分析的关键,这涉及到正确设置边界条件、选择合适的积分方法、细化网格和合理加载策略,以及准确评估和控制沙漏能量。
2022-06-16 上传
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jiayj007
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