全局質量縮放和局部質量縮放

對單元組指定定比例或變比例的質量縮放，用于對模型的局部區域進行質量縮放。對于指定的單元組，重復定義質量縮放方法時，局部定義將覆蓋全局定義。

Input File Usage:	Use either of the   following options: *FIXED MASS SCALING, ELSET=elset *VARIABLE MASS SCALING, ELSET=elset
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Semi-automatic   mass scaling, Scale: At beginning of step or Throughout step,   Region: Set: elset

 

分析步開始時進行質量縮放

定比例質量縮放僅用在分析步開始時指定質量縮放比例，并且通常縮放原始單元的質量。直接定義縮放因子時，用給定的縮放因子進行質量縮放。如果指定單元－單元穩態時間增量dt,基于該值進行質量縮放。如果縮放因子和單元－單元穩態時間增量都指定，首先用質量縮放因子進行縮放，再依據單元－單元穩態時間增量和所選的定比例縮放類型，決定是否再進行縮放。

局部的質量縮放針對特定的單元組定義。如果沒有指定單元組，將對模型中所有單元采用定比例質量縮放。每個單元組只允許使用一個定比例質量縮放。多個定比例縮放包含的單元組不能有重疊部分。對指定單元組定義的局部質量縮放會覆蓋全局質量縮放。

Input File Usage:	*FIXED MASS SCALING, FACTOR=factor, DT=dt,   TYPE=type, ELSET=elset
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Semi-automatic   mass scaling, Scale: At beginning of step, Scale by factor:   factor, Scale to target time increment of: dt

 

例：

對某個準靜態分析過程，對模型的所有單元，定義質量縮放因子為50.0。而且，假定定義了該縮放因子后，少數極小的或形狀極差的單元仍影響穩態時間增量，使之小于理想值。為了進一步加大穩態時間增量，用以下選項：

*FIXED MASS SCALING, FACTOR=50., TYPE=BELOW MIN, DT=.5E-6

指定的縮放因子使模型中所有單元的質量放大50倍。如果質量放大50倍之后，仍有單元的穩定時間增量小于0.5*10E-6，這些單元的質量將進一步放在，使得單元的穩態時間增量等于0.5*10E-6.

 

分析步中進行質量縮放

指定單元－單元穩態時間增量的變比例質量縮放方法，可用于分析步起始和整個分析步內。同時，必須指定頻率或間隔數，用來定義質量縮放執行的頻繁程度。不進行質量縮放的增量步中，使用的時間增量一般都不同于單元－單元穩態時間增量的給定值。

可以對特定的單元組定義局部質量縮放，并且每組單元只能定義一次。如果沒有定義單元組，將針對所有單元進行變比例縮放。多個變比例質量縮放所涵蓋的單元組不能重疊。局部質量縮放覆蓋全局質量縮放。

Input File Usage:	*VARIABLE MASS SCALING, DT=dt, TYPE=type,   ELSET=elset
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Semi-automatic   mass scaling, Scale: Throughout step, Scale to target time increment   of: dt

 

等增量步間隔進行質量縮放

用戶可以指定兩次質量縮放之間的增量步數。例如，指定頻率為5，表示執行質量縮放的時刻分別為分析步開始、第5、第10、第15個增量步。值得注意的是，選擇過小的頻率會會增加計算時間。

Input File Usage:	*VARIABLE MASS SCALING, TYPE=type, DT=dt,   FREQUENCY=n
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Semi-automatic   mass scaling, Scale: Throughout step, Scale to target time   increment of: dt, Scale: Every n increments

 

等時間間隔進行質量縮放

另外，可以指定執行質量縮放的時間間隔。例如，對歷時1.0秒的分析步指定時間間隔為5，表示執行質量縮放的時刻分別為分析步開始、0.2秒、0.4秒……、1.0秒。

Input File Usage:	*VARIABLE MASS SCALING, TYPE=type, DT=dt,   NUMBER INTERVAL=n
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Semi-automatic   mass scaling, Scale: Throughout step, Scale to target time   increment of: dt, Scale: At n equal intervals

 

分析步的開始和過程中采用不同的質量縮放

對于有些情況，理想的做法是在分析步之初采用一種質量縮放方法，而分析過程中進行修改。

Input File Usage:	采用以下兩個選項： *FIXED MASS SCALING, FACTOR=factor, TYPE=type,   DT=dt_init *VARIABLE MASS SCALING, TYPE=type, DT=dt_min,   FREQUENCY=n or   NUMBER INTERVAL=n
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Semi-automatic   mass scaling, Scale: At beginning of step Semi-automatic mass   scaling, Scale: Throughout step

 

舉例

動態沖擊分析中，網格中存在少數尺寸極小或形狀極差的單元，這些單元控制了穩態時間增量。分析步之初，可對這些單元進行質量縮放。此外，沖擊導致部分區域內的網格發生嚴重扭曲。穩態時間增量可能受沖擊區內的單元控制。

實質上，沖擊區內的單元相對于剛性表面是穩態的，選擇性地使用質量縮放方法可以保證整個動態響應不受影響。用指定的時間增量對這些單元進行質量縮放，可以有效地地減少計算時間。

例如，采用定比例質量縮放，指定模型中所有單元的穩態時間增量下限值為1.0E-6。此外，采用變比例質量縮放，指定沖擊區單元(elset1)的穩態時間下限值為0.5E-6。這樣，分析步開始時，檢查所有單元，如果單元的穩態時間增量小于1.0E-6，分別對這些單元進行質量縮放，使之達到1.0E-6。除單元組elset1之外，所有單元在隨后的分析過程中保持該質量縮放。在分析步中，變比例縮放影響單元組elset1，使其穩態時間增量不小于0.5E-6。由于分析過程中只對單元組elset1進行了質量縮放，可能會出現整個模型的穩態時間增量小于0.5E-6的情況。

 

多分析步中的質量縮放

從一個分析步轉到另一個分析步，質量縮放可以保留，也可以刪除，已經縮放過的單元質量也可以重新初始化。跨分析步應用質量縮放方法，應遵循以下規則：

• 如果新分析步中沒有重新定義變比例質量縮放方法，前一步定義的變比例質量縮放自動保留。

• 如果新分析步中沒有重新定義定比例質量縮放方法，前一步分析結束時，無論單元的質量是否經過縮放，都將保留下來。

多步分析中，除了第一步之外，分析步開始時由于使用了質量縮放，單元質量變化較大，可能會影響到質量的計算精度。當單元質量變化較大時，建議新分析步開始時，先用定比例縮放的方法把單元質量重新初始化（使之回到原始值），然后再定義必要的質量縮放方法。

 

刪除質量縮放

在當前分析步中定義變比例縮放方法，將刪除前一步中所有的變比例縮放。因此，為了將保留前一步中的變比例縮放，當前分析步中應重新對其進行定義。

Input File Usage:	*VARIABLE MASS SCALING
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Semi-automatic   mass scaling, Scale: Throughout step

 

舉例

假定在準靜態分析的第一步，單元經歷變形導致穩態時間增量急劇下降。此外，假定第二步的變形對穩態時間沒有明顯影響。

*VARIABLE MASS SCALING, TYPE=BELOW MIN, DT=1.E-5, FREQUENCY=10

*VARIABLE MASS SCALING

第一步，定義每10個增量步對模型中所有單元進行一次質量縮放，單元－單元穩態時間增量為1 × 10^–5。第二步，沒有進一步采用質量縮放，沿用第一步經過縮放后的單元質量。

重新初始化

對于第一個分析步之外的其他分析步，默認采用定比例縮放重新初始化單元質量，使之回到原始值。這樣，定比例質量縮放可用于防止縮放后的質量用于新的分析步。這種方法適用于從準靜態分析步（需要進行質量縮放）轉到動態分析步（無需進行質量縮放）。

當縮放新分析步中的質量時，可以指定合適的比例因子，或者指定合適的單元－單元穩態時間增量和縮放類型。當僅對部分單元進行質量縮放時，需定義單元組。

Input File Usage:	Use the following option   to reinitialize the mass of the entire model to its original value for a new   step: *FIXED MASS SCALING
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Reinitialize   mass

 

舉例

假定某個分析過程依次包括準靜態分析和動態分析兩步。在準靜態分析步中執行質量縮放，在動態分析步中關閉該功能。

*FIXED MASS SCALING, TYPE=BELOW MIN, DT=1.E-5

*FIXED MASS SCALING

第一個分析步中，定義分析步開始時整個模型的單元－單元穩態時間增量為1.0 × 10^–5.第二步中采用定比例縮放的方法將質量矩陣重新初始化。

 

質量縮放適用場合

質量縮放不會影響下列項目：

• 熱－力耦合中的熱響應結果

• 重力載荷，粘滯壓力載荷

• 絕熱分析

• 材料的狀態方程

• 流體單元和流體連接器單元

• 彈簧和阻尼器單元

與以上項目相關的密度保持不變。質量元、旋轉慣量元、無限體和剛性單元也可以進行質量縮放。然而，由于沒有這些單元沒有穩態時間增量，所以它們只能通過兩種方式進行質量縮放，一種是用戶指定比例縮放因子，另一種是施加非均勻的單元－單元穩態時間增量。如果采用后者，則至少有一個單元是有穩態時間增量的。殼和梁的旋轉慣性元就是基于質量縮放。

無限元可進行質量縮放，但是，與變形體相鄰的單元密度必須進行相同比例的縮放，否則邊界不安定。

 

金屬輥軋成形分析中的自動質量縮放

金屬輥軋成形通常是準靜態過程，但常采用ABAQUS/Explicit進行模擬。為了使求解過程省時，常人為增加產品質量。然而，必須優選質量縮放因子，使質量變化和對應的慣性力的變化不明顯改變計算結果。比例因子選擇過高會產生非準靜態解。選擇過低的比例因子，會導致運行時間過長。“輥軋變比例質量縮放”這一選項可以自動優先該過程的比例因子。

自動策略的基礎是半自動方法，縮放所有的單元質量使它們具有相等的穩態時間增量。該方法從輥軋過程的幾個參數自動計算合適的穩態時間增量目標值。該目標值，，由以下幾個參數確定：輥軋方向單元的平均長度，和送料速率V，以及產品截面上節點的個數n。送料速率是輥軋過程中穩態情況下的平均速度。分析過程中調整目標值，使它與實際的送料速率相匹配。因此，用戶必須指定平均速度的估計值，輥軋方向上單元的平均長度和截面節點的個數。

任何單元的質量都不得小于原始質量。這一點與等單元穩態時間增量的質量縮放方法有所不同。該強制條件意味著，把有慣性效果顯著的輥軋問題當作準靜態問題分析時，不自動調整單元質量。

為了獲得好的計算結果，建議：

采用二維截面拉伸的方法進行網格劃分

輥軋方向上單元長度變化盡可能小

初始的送料速率盡可能接近穩態送料速率

橫截面上的單元尺寸盡小于或等于輥軋方向的單元尺寸

除了輥軋自動變比例質量縮放之外，沒有其它的質量縮放方法

 

Input File Usage:	*VARIABLE MASS SCALING, ELSET=elset1, FREQUENCY=n,   TYPE=ROLLING,   FEED RATE=V, EXTRUDED LENGTH=,  CROSS   SECTION NODES=n
ABAQUS/CAE Usage:	Step module: Create Step: General,   Dynamic, Explicit or Dynamic, Temp-disp, Explicit: Mass   scaling: Use scaling definitions below: Create: Automatic   mass scaling, Feed rate: V, Extruded element length:, Nodes in cross section: n

 

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