搜索Abaqus/Standard中的过约束检查（一）
2016-10-26 by:CAE仿真在线 来源:互联网
通常情况下,过约束指的是施加在相同自由度上的多个约束。过约束分为一致的过约束和非一致的过约束,当所有约束相互兼容时,即是一致的过约束,反之,约束相互不兼容时,则为非一致的过约束。一致的过约束也叫冗余约束,非一致的过约束也叫冲突约束。分析中,有很多模型有节点的某些自由度受到了过约束,这些过约束可能导致不准确的求解,甚至不收敛。常见的可能导致过约束的情况包括(但不限于)以下:
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接触的从面节点同时定义了边界条件或MPC约束;
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定义了基于表面Tie约束的边,同时又是接触从面,或定义了对称边界条件;
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施加了边界条件的节点,同时又包含在耦合约束或刚体约束中。
如上图所示,中部的模型由三个分别划分网格的区域组成,并使用基于表面的Tie约束连接在一起。这个变形体模型与下部的刚体块定义了接触作用,下部的刚体施加了刚体约束,刚体参考点固定。变形体左边定义了对称边界条件,变形体与下部刚体之间定义了粗摩擦,可以看出该模型中的冗余约束有:
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干涉的Tie约束:(A)处,三个点共享同一个位置,它们的相对运动受到两个基于表面的Tie约束(一个垂直的,一个水平的)的约束。只需要两个约束(两个非独立点和一个独立点)即可完成约束这三个点的运动,但内部生成了三个约束(水平的一个Tie约束和垂直的两个Tie约束),因此,此处存在一个冗余约束。
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Tie约束和对称边界条件:(B)处,节点141和151受到对称边界条件约束,但它们的相对运动也受到基于表面的Tie约束限制,因此,此处存在一个冗余约束。
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粗摩擦和对称边界条件:(C)处,节点101受到对称边界条件约束,同时粗摩擦接触作为边界条件也作用在相同的方向上,因此,此处存在一个冗余约束。
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Tie约束和接触作用:(D)处,节点801和301处施加了基于表面的Tie约束,但在垂直方向又受到两个接触约束(一个节点一个)。因此,此处存在一个冗余约束。
尽管这是个简单的模型,其中就有大量的冗余约束。如果不进行适当的处理,冗余约束可能导致收敛困难,甚至不收敛。更有甚者,这种情况下即使得到了解,所得的反作用力和接触压力大小可能也是不准确的。为此,Abaqus/Standard提供了自动检查以下情况引起的过约束:
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检查以下约束联合使用导致的过约束:基础运动、边界条件、接触对、耦合约束、线性约束方程、网格独立焊点、MPC约束、刚体约束、以及基于表面的Tie约束;
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检查因连接单元、耦合单元、特殊目的接触单元、不可压缩材料行为单元等引入动力学约束而引起的过约束;
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通过详细信息识别导致过约束的约束;
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自动处理在模型前处理过程和Abaqus/Standard分析过程中检测到的有限的一致的过约束集合;
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使用等式求解器检测不能自动处理的过约束;
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可能有默认行为修正。
根据所涉及约束的复杂程度,ABAQUS可以有三种方式识别一致或非一致的过约束。
(1)在模型前处理其中检测过约束
很多相对简单的过约束可以通过检查单个节点的约束情况进行识别。如果检测出一个一致的过约束,ABAQUS会自动消除不必要的约束,并给出一条警告信息。如果检测的过约束的非一致的,则分析会停止,并生成一条错误信息。
(2)在分析过程中检查过约束
一些包含在接触关系中的约束,在分析过程中,由于接触状态的改变,可能变成过约束。这种情况下,Abaqus/Standard可以检测出部分过约束情况,并自动进行清除,同时给出一条相应的信息。
(3)通过等式求解器检测过约束
很多过约束涉及到不同的约束定义以及不同的单元类型之间的复杂相互作用,Abaqus/Standard不太可能自动进行相应的处理。这种情况下,等式求解器将检测出过约束,并且会列举出导致问题出现的潜在原因的详细信息。
Abaqus/Standard处理过约束时有相应的优先级,由于篇幅限制,请关注下一篇博文《Abaqus/Standard中的过约束检查(二)——过约束自动修正中约束的优先级》查看详细的信息。
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