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:互聯網

當前市場商業化仿真軟件已經遍地開花,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對有限元單元法理論要完全掌握。另外在我們實際仿真工作過程中,存在一個比較大的缺陷,仿真工程師在對結構離散過程中,忽視了對單元的合理選擇及單元選擇對仿真精度影響,因此本文重點對因單元選擇引起的誤差進行說明,以問答的方式進行闡述,使仿真工作者能夠對因單元引起的結果偏差找到原因、解決方法。

沙漏模式:

哪種單元出現:線性減縮積分單元的應力/位移場分析中;

何為沙漏模式:因線性減縮積分單元積分點較少,可能出現沒有剛度的零能量模式(沙漏模式),網格較粗時,零能模式會通過網格擴展出去,是計算結果無意義;

判斷:

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

方法2:result-history output,繪制ALLAE(偽應變能)和內能ALLIE曲線,

ALLAE占ALLIE的1%時,表明沙漏模式對計算結果影響不大;超過10%

時,分析認為無效。

沙漏控制:

沙漏控制:abaqus中的偽應變能或沙漏剛度主要用來控制沙漏變形能量;

措施:

細化網格:線性減縮積分單元要避免過于粗糙的網格,如結構發生彎曲變形,則在厚度方向上至少劃分4個單元;
設置沙漏控制:引入少量的人工“沙漏剛度”來限制沙漏模式的擴展。網格足夠細化時,方法非常有效,可獲得足夠精確的計算結果。enhanced、relax stiffness、stiffness、viscous、combined。
沙漏控制時,所設置的沙漏控制選項數值大于默認值,可能導致沙漏剛度過大而出現數值不穩定;
一般采用默認,默認出現沙漏模式,往往是由于網格太稀疏,最好修改網格。
選擇其他單元類型:非協調單元不會出現沙漏模式問題,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節點上。將點載荷或點上的邊界條件定義在一個包含該點的小區域上,有利于避免沙漏模式的擴展。