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ABAQUS軟件教程|幾何非線性開關(guān)的設(shè)置與自適應(yīng)技術(shù)

來源: | 作者:thinks | 發(fā)布時間: 2023-07-18 | 2032 次瀏覽 | 分享到:

幾何非線性開關(guān)的作用是什么?在何時應(yīng)將其打開

 

幾何非線性開關(guān) (NIgeom) 將決定在分析過程中是否考幾何非線性對計算結(jié)果的影響。如果在某個分析步中會出現(xiàn)大位移、大轉(zhuǎn)動、初始應(yīng)力、幾何剛化或突然翻轉(zhuǎn) (snapthrough) 等問題,就需要在這個分析步中將幾非線性開關(guān)打開(將 Ngeom 設(shè)為 0N),否則,即使分析能夠順利完成,得到的結(jié)果也是錯誤的。

 

對于:ABAQUS/Explicit 分析,幾何非線性開關(guān)默認處于開啟狀態(tài) (ON);對于 ABAQUS/Standard 分析,幾何非線性開關(guān)默認處于關(guān)閉狀態(tài) (OFF),需要根據(jù)具體問題進行設(shè)置如果在某個分析步中將 NIgeom 設(shè)為 ON,在隨后的分析步中,NIgeom 將一直保持為 ON。

 

ABAQUS 提供了哪幾種自適應(yīng)技術(shù)?其適用范圍怎樣?各自有何特點和優(yōu)點?

 

為提高分析精度,ABAQUS 提供了以下三種自適應(yīng)技術(shù) (其區(qū)別見表 6-2):

 

1)ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格。其全稱為“任意的拉格朗日-歐拉自適應(yīng)網(wǎng)格” (Arbitrary Lagrangian Eulerian adaptive meshing)。它不改變原有網(wǎng)格的拓撲結(jié)構(gòu)(單元與節(jié)點的數(shù)目和連接關(guān)系不會變化),而是在單個分析步的求解過程中逐步改善網(wǎng)格的質(zhì)量。它的適用范圍請參見

 

Step 功能模塊的菜單 0ther 下有三個以ALE 開頭的菜單項,可以定義 ALE自適應(yīng)網(wǎng)格。

 

2)自適應(yīng)網(wǎng)格重劃 (adaptive remeshing)。它通過多次重劃網(wǎng)格達到所要求的求解精度,只適用于 ABAQUS/Standard 分析,并且只能在 ABAQUS/CAE 中實現(xiàn),其具體操作步驟為:

 

1.Mesh 功能模塊中選擇菜單 Adaptivity-Ferneshing ruie-Create,定義需要進行網(wǎng)格重劃的區(qū)域、誤差因子 (error indicator) 的相關(guān)變量和目標,以及網(wǎng)格重劃的控制參數(shù)。需要注意的是,對于三維實體模型,必須使用四面體單元網(wǎng)格 (tet);對于二維模型,必須使用三角形單元(tri)或以階算法 (advancing front)生成的四邊形單元網(wǎng)格 (quad),否則在提交分析時將會看到以下錯誤信息:

 

有限元分析 

 

2.Job 功能模塊中選擇菜單 Adaptivity-Manage,在彈出的 Adaptivity Process Manager對話框中單擊 Create 按,創(chuàng)建自適應(yīng)分析作業(yè)系列 (adaptivity process),指定最大重復(fù)次數(shù)(Maximum iterations),然后單擊這個對話中的 Submit 按提交分析(注意不是通常所使用的 Job Manager 對話中的 Submit 按鈕)。

 

3ABAQUS/CAE 會自動完成以下自適應(yīng)網(wǎng)格重劃過程:首先提交一個基于當前網(wǎng)格的分析作業(yè),在分析完成后,根據(jù)得到的結(jié)果計算誤差因子,根據(jù)這個誤差因子重新生成網(wǎng)格(在 Job 功能模塊中可以看到新的網(wǎng)格),然后重新提交分析。以上過將會自動重復(fù),直到達到步驟D中設(shè)定的網(wǎng)格重劃目標或在步驟2中設(shè)定的最大重復(fù)次數(shù)。

 

3)網(wǎng)格間的求解變換(mesh-to-mesh solution mapping)。它是用一個新的網(wǎng)格代替因變形過大而嚴重扭曲的原有網(wǎng)格,把原來的分析結(jié)果自動映射到新網(wǎng)格上,然后繼續(xù)分析。這種方法僅適用于大變形問題的 ABAQUS/Standard 分析,只能通過在 INP 文件中使用關(guān)鍵詞*MAP SOLUTION 實現(xiàn)。

 

關(guān)于以上三種自適應(yīng)技術(shù)的詳細介紹,請參見 ABLQUS 6.7 幫助文《ABAQUS Analysis User's Manual》第12.1.1節(jié)“Adaptivity techniques”。

 

[常問題6-12]

Abqus/Standard 和 ABAQUS/Explicit 分析中都可以定義 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格,二者有何區(qū)別?使用過程中需要注意哪些問題?

 

[解 答]

ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格主要用于 ABAQUS/Explicit 的大變形分析,以及 ABAQUS/Standard 中的聲疇 (acoustic domain)、沖蝕 (ablation) 和磨損問題。在 ABAQUS/Standard 的大變形分析中,盡管也可以設(shè)定 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格,但不會起到明顯的作用。

 

雖然在 ABAOUS/Standard 和 ABAOUS/Explicit 分中都可以定義 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格,而且定義的界面是相似的,但是二者的功能卻有很大的差異 (見表 6-3)。

 

有限元分析 

 

使用 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格時,還需要注意下列問題:

1) ABAQUS/Explicit 中分析超彈性材料和泡材料時,最好采用增強沙控制 (en-hanced hourglass control) 的方法控制單元的變形,而不要采用 ALE自適應(yīng)網(wǎng)格。

2)INP 文件中,可以使用下面的關(guān)鍵詞定義多個 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域:

*ADAPTIVE MESH,ELSET = elset_name

但是,在 ABAQUS/CAE 中,每個分析步只能定義一個 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域。

 

 

 

3)不使用 ALE適應(yīng)網(wǎng)格時,在過中單網(wǎng)格隨料一起運動,每個節(jié)點和每個單元的輸出變量都與材料點一一對應(yīng),在 Visualization 功能模塊中看到的單元變形和材料運動情況就是真實解。

 

使用 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格時,隨著單元形的增加,ABAOUS 解器將逐更新節(jié)點和單元的位置,以避免單元過度變形,同時求解變量也將從舊的單元網(wǎng)格變換到新的單元網(wǎng)格中。此時網(wǎng)格的位置和材料點的位置不再保持一致,在 Visualization 功能模塊中查看計算結(jié)果時,應(yīng)注意這一問題。

 

關(guān)于 ALE 自適應(yīng)網(wǎng)格的詳細介紹,請參見 ABAQUS 67 幫助文《ABAQUS AnalysisUser's Manual》 第12.2 節(jié)“ALEadaptive meshing”。


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