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自适应网格功能允许单元网格独立于材料移动,从而在大变形分析过程中也能始终保证高质置的网格。
自适应网格主要用于ABAQUS/Explicit, 以及ABAQUS/Standard中的表面磨损过程模拟。在一般的 ABAQUS/Standard分析中尽管也可以设定自适应网格,但不会起到明显的作用。
点击Step 功能模块的主菜单Other——Adaptive Mesh Domain可以设定自适应网格的有效区域,点击 主菜单Other——Adaptive Mesh Controls可以设置自适应网格的参数。ABAQUS的自适应网格不改变网格的拓扑结构(单元和连接关系),它结合了纯拉格朗日分析(网格跟随材料终动)和欧拉分析(网格位置固定,材料在网格中流动),被称为“任意拉格朗日- 欧拉(ALE) 分析”。 它通常比纯拉格朗日分析更有效、更精确和更稳定。
对于ABAQUS/Standard 的通用分析步,可以点击Step功能模块的主菜单 Other—General Solution Controls来控制收敛算法和时间积分精度。对于静力问题的通用分析步和线性摄动分析步,以及稳态传热问题,可以点击主菜单Other->Solver Controls 来控制迭代线性方程求解器的参数。
? 设定几何非线性(Nlgeom)
进行弹塑性分析时,如果模型的位移较大,则设定几何非线性为on。当然弹塑性分析中并不一定要考虑几何非线性,几何非线性的含义是位移的大小对结构的响应发生影响,例如大位移、大转动、初始应力、几何刚性化和突然翻转等。 ? 分析控制
? 为Abaqus/Explicit分析定义自适应网格区域和自适应网格控制。
? 为接触问题定制求解控制。
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? 定制一般求解控制,用于控制Abaqus中的收敛控制参数和时间积分精度算法。 5 选择监视自由度
在分析过程中,可以有效的显示求解历程,为求解过程提供简单的指示。选定某个自由度,指示当前解的位置。比如在结构突变分析过程中,监控选定薄板拱形结构的中点。 6 建立交互作用(接触、约束)
ABAQUS/CAE中的接触分析主要包括 以下建模步骤: 1) 在Interaction功能模块、Assembly功能模块或 Load功能模块中定义各个接触面。
2) 在Interaction功能模块中定义接触属性(包括法向接触属性和切向的摩擦属性)。
3) 在Interaction功能模块中定义接触(包括主面、从面、滑动公式、从面位置调整、接触属性、接触面距离和接触控制等 )。
4) 在Load功能模块中定义边界条件,保证消除模型的刚体位移。
在Interaction功能模块中,主要可以定义模型的以下相互作用:
(1) 主菜单Interaction定义模型的各部分之间或模型与外部环境之间的力学或热相互作用,例如接触、弹性地基、热辐射等。
(2) 主菜单Constraint 定义模型各部分之间的约束关系。
(3) 主菜单 Connector 定义模型中的两点之间或模型与地面之间的连接单元,用来模拟固定连接、铰接、恒定速度连接、止动装置、内摩擦、失效条件和锁定装置等。
(4) 主菜单Special—Inertia 定义惯量(包括点质量/ 惯量、非结构质量和热容 )。
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(5) 主菜单Special—Crack 定义裂纹。
(6) 主菜单Special—Springs/Dashpots 定义模型中的两点之间或模型与地面之间的弹簧和阻尼器。
(7) 主菜单Tools常用的菜单项包括Set (集合)、Surface (面) 和Amplitude (幅值) 等。 ? 接触
接触分析中的关键问题是定义接触属性、接触面和接触关系。
即使两个实体之间或一个装配件的两个区域之间在空间位置上是互相接触的,ABAQUS/CAE也不会自动认为它们之间存在着接触关系,需要使用 Interaction 模块中的主菜单Interaction来定义这种接触关系。相互作用与分析步有关,必须规定相互作用是在哪些分析步中起作用。
在必要的时候,利用接触管理器激活/不激活接触,以分析其区别。
在三维模型中可以使用自动约束探测快捷方便地定义接触和绑定约束。
接触对中的 slave surface 应该是材料较软,网格较细的面。
接触面之间有微小的距离,定义接触时要设定“Adjust=位置误差限度”,此误差限度要大于两触面之
间的距离,否则ABAQUS 会认为个面没有接触。由于模型中存在数值误差,所以一般要设置这个位置误差限度(0.02)。
小滑移问题的接触压强总是根据未变形时的接触面积来计算的,有限滑移问题的接触压强则是根据变化的接触面积来计算。
如果模型中有塑性材料,或分析过程中会发生很大的位移或局部变形,或施加载荷后会使接触状态发生很大的变化,则应设置较小的初始时间增量步。
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在对分析步的定义中可以使用下面关键词*CONTACT PRINT将接触信息输出到DAT文件(ABAQUS/CAE不支持)。CPRESS和CFN的区别是:CPRESS是从面各个节点上各自的接触压强,而CFN代表接触面所有节点接触力的合力,它包含四个变量:CFNM、CFN1、CFN2和CFN3。接触面所有节点在垂直于接触面方向上接触力的合力称为法向接触力。如果接触面是曲面,就无法由CFN直接得到法向接触力,这时可以通过各个从面节点的CPRESS来计算法向接触力
法向接触力=从面上所有节点的CPRESS之和 X 从面的面积/从面上的节点数
摩擦力=法向接触力 X 摩擦系数
利用MSG文件可以查看分析迭代的详细过程,从面节点有开放和闭合两种接触状态。如果在一次迭代中节点的接触状态发生了变化,称为“严重不连续迭代(SDI)”。如果分析能够收敛,每次严重不连续迭代中CLOSURES和OPENINGS的数目会逐渐减少,最终所有从面节点的接触状态都不再发生变化,就进入平衡迭代,直至收敛。如果CLOSURES和OPENINGS的数目逐渐减少,但最终不断重复出现“0 CLOSURES,1OPENINGS”和“1 CLOSURES,0 OPENINGS”(此处的数字也可以大于1),即所谓“振颤”。如果CLOSURES和OPENINGS的数目逐渐减少,但减小的速度很慢,达到第12次严重不连续迭代后,ABAQUS就自动减小增量步长,重新开始迭代。如果增大这个最大次数,允许ABAQUS多进行几次迭代,就有可能达到收敛。操作方法:进入Step模块,主菜单Other→General Solution Controls→Edit,选择相应的分析步,点击Continue,选中Specify,点击Time Incrementation标签页,点击第一个More,把Is由默认的12改为适当的
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值,然后点击OK。
如果希望在MSG文件中看到更详细的接触分析信息,可以在Step模块中选择菜单Output→Diagnostic Print然后选中Contact。其相应的关键词是*PRINT, CONTACT=YES。
定义主面和从面的一般规则为:
(1)选取刚度大的面作为主面。这里的“刚度”指材料特性和结构刚度。解析面或由刚性单元构成的面必须作为主面,从面则必须是柔体上的面(可以是施加了刚性约束的柔体)。
(2)若两接触面刚度相似,则选取粗糙网格的面作为主面。
(3)如果能使两接触面的网格节点位置一一对应,则能使结果更精确。
(4)主面必须是连续的,由节点构成的面不能作为主面。如果是有限滑移,主面在发生接触的部位必须是光滑的,即不能有尖角。
(5)若主面在发生接触的部位存在尖锐的凹角或凸角,应该在此尖角处把主面分为两部分来分别定义,即定义为两个面。对于有单元构成的主面,ABAQUS会自动进行平滑处理。
(6)若是有限滑移,则在整个分析过程中,都尽量不要让从面节点落到主面之外(尤其不要落在主面的背面),否则容易出现收敛问题。
(7)一对接触面的法线方向应该相反,都指向实体的外部。一般来说,对于三维柔性实体,ABAQUS会自动选择正确的法线方向,而在使用梁单元、壳单元、膜单元、绗架单元或刚体单元来定义接触面时,用户往往需要自己制订法线方向,就容易出现错误。
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