Abaqus有限元——在ABAQUS分析中考虑非线性

2013-08-14 by:CAE中心-Abaqus有限元组来源:仿真在线

Abaqus有限元——在ABAQUS分析中考虑非线性

我们现在讨论怎样在ABAQUS分析中考虑非线性,主要关注的是几何非线性。

8.3.1 几何非线性

将几何非线性的效应引入到分析中,仅需要对ABAQUS/Standard模型做微小的修改。你要确认在分析步的定义中考虑了几何非线性的效应,而这对于ABAQUS/Explicit是默认的设置。在ABAQUS/Standard的分析步中,你还可以指定所允许的增量步的最大数目。如果完成分析步所需要的增量步数目超过了这个限制,ABAQUS/Standard将中止分析并给出错误信息。对于一个分析步,默认的增量步数目是100;如果在模拟中出现了显著的非线性,有可能需要更多的增量步进行分析。用户指定ABAQUS/Standard可以采用的增量步数目的上限,而不是它必须使用的增量步数目。

在非线性分析中,一个分析步是发生于一段有限的“时间”内的;除非惯性效应或率相关行为是重要的因素,否则这里的“时间”并没有实际的物理含义。在ABAQUS/Standard中,用户指定了初始时间增量和分析步的总时间。在第一个增量步中,初始时间增量与分析步总时间的比值确定了载荷施加的比例。初始载荷增量给出为:

在ABAQUS/Standard的某些非线性模拟中,初始时间增量的选择可能是非常关键的,但是对于大多数分析,介于分析步总时间的5%至10%之间的初始增量值通常是足够的。为了方便,在静态模拟时通常设置分析步的总时间为1.0,除非在模型中包含了率相关材料效应或阻尼器等特例。采用分析步的总时间为1.0时,所施加载荷的比例总是等于当前的时间步;即,当分析步时间是0.5时,施加了总体载荷的50%。

尽管在ABAQUS/Standard中你必须指定初始增量值,ABAQUS/Standard将自动地控制后续的增量值。这种增量值的自动控制是适合于大多数应用ABAQUS/Standard进行的非线性模拟计算,然而对于增量值的进一步控制也是可能的。如果由于收敛性问题引起了增量值的过度减小,使其低于最小值,ABAQUS/Standard将会中止分析。默认的最小容许时间增量DT_min为10^-5乘以分析步的总时间。除了分析步的总时间之外,ABAQUS/Standard默认没有增量值的上限值DT_max。根据你的ABAQUS/Standard模拟,你可能希望指定不同的最小和/或最大的容许增量值。例如,如果你意识到若施加了过大的载荷增量,模拟计算可能会难以得到解答,这可能是由于模型经历了塑性变形,所以你可能希望减小DT_max的值。

局部方向

在几何非线性分析中,在每个单元中的局部材料方向可以随着变形而转动。对于壳、梁和桁架单元,局部的材料方向总是随着变形而转动。对于实体单元,仅当单元中提供了非默认的局部材料方向时,它的局部材料方向才随着变形而转动;否则,默认的局部材料方向在整个分析中将始终保持不变。

定义在节点上的局部方向在整个分析中保持不变;它们不随变形而转动。关于进一步的详细内容,请查阅ABAQUS分析用户手册的第2.1.5节“Transformed coordination systems”。

对后继分析步的影响

一旦在一个分析步中包括了几何非线性,在所有的后继分析步中就都会考虑几何非线性。如果在一个后继分析步中没有要求几何非线性的效应,ABAQUS会发出警告,声明几何非线性已经被包含在任何分析步中。

其它的几何非线性效应

当考虑几何非线性效应时,在模型中的大变形并不是要考虑的唯一重要的几何非线性效应。ABAQUS/Standard也包括由于施加荷载引起的单元刚度计算项,称为载荷刚度。这些项改善了收敛性行为。另外在对横向载荷的响应中,在壳中的薄膜荷载以及在缆索和梁中的轴向载荷,都会对这些结构的刚度做出很大的贡献。通过包含几何非线性,在对横向荷载的响应中也考虑了薄膜刚度。

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