仿真过程中单元合理选取高级精髓

2017-03-20 by:CAE仿真在线来源:互联网

当前市场商业化仿真软件已经遍地开花,但其都是基于有限单元法理论,这就要求我们仿真工程能够对有限元单元法理论要完全掌握。另外在我们实际仿真工作过程中,存在一个比较大的缺陷,仿真工程师在对结构离散过程中,忽视了对单元的合理选择及单元选择对仿真精度影响,因此本文重点对因单元选择引起的误差进行说明,以问答的方式进行阐述,使仿真工作者能够对因单元引起的结果偏差找到原因、解决方法。

沙漏模式:

哪种单元出现:线性减缩积分单元的应力/位移场分析中;

何为沙漏模式:因线性减缩积分单元积分点较少,可能出现没有刚度的零能量模式(沙漏模式),网格较粗时,零能模式会通过网格扩展出去,是计算结果无意义;

判断:

方法1:查看单元的变形情况,如果单元变成交替出现的梯形形状,就可能出现沙漏模式,如下图:

方法2:result-history output,绘制ALLAE(伪应变能)和内能ALLIE曲线,

ALLAE占ALLIE的1%时,表明沙漏模式对计算结果影响不大;超过10%

时,分析认为无效。

沙漏控制:

沙漏控制:abaqus中的伪应变能或沙漏刚度主要用来控制沙漏变形能量;

措施:

细化网格:线性减缩积分单元要避免过于粗糙的网格,如结构发生弯曲变形,则在厚度方向上至少划分4个单元;
设置沙漏控制:引入少量的人工“沙漏刚度”来限制沙漏模式的扩展。网格足够细化时,方法非常有效,可获得足够精确的计算结果。enhanced、relax stiffness、stiffness、viscous、combined。
沙漏控制时,所设置的沙漏控制选项数值大于默认值,可能导致沙漏刚度过大而出现数值不稳定;
一般采用默认,默认出现沙漏模式,往往是由于网格太稀疏,最好修改网格。
选择其他单元类型:非协调单元不会出现沙漏模式问题,适用于abaqus/standard各种分析;
避免将载荷或边界条件只定义在一个节点上。将点载荷或点上的边界条件定义在一个包含该点的小区域上,有利于避免沙漏模式的扩展。