abaqus中的漸進單元激活與model change
漸進單元激活相對于model change,可以對單元的激活進行更精確的控制。
1.Model change(單元以及接觸對的移除與重新激活)
· 可用于模擬從模型中刪除part,可以是暫時的或在剩下的分析中永久刪除;
· 允許單元在無應變或有應變的情況下重新激活;
· 當不需要接觸對時,可用于節省計算時間;
· 只能用于通用分析步;
· 只有在原始分析中使用或激活時,才能在重新啟動分析中使用。
您可以在通用分析步中從模型中刪除指定的單元。就在刪除的分析步之前,Abaqus/Standard存儲了被刪除區域在它們之間的邊界節點處對模型其余部分施加的力/通量。在刪除對應的分析步中,這些力降為零;因此,只有在刪除分析步結束時,刪除區域對模型其余部分的影響才完全消失。力逐漸下降,以確保刪除對模型的影響平滑。
2.Progressive element activation(漸進單元激活)
· 可用于在分析過程中激活單元;
· 可用于在單元激活過程中應用本征應變;
· 只能與實體和殼單元一起使用;
· 只能用于熱傳導或靜力分析。
可以在分析步的每個增量步中激活單元。必須首先定義在分析過程中可以激活的單元,然后在每個可以激活它們的分析步中引用它們。激活特性在一個分析步中被打開的單元可以通過在每個增量的開始為一個單元分配一個材料的體積分數來激活。
支持單元的完全和部分激活。對于完全激活,添加的材料體積分數必須等于0或1(也就是說,單元的狀態只能從不激活變為完全激活)。對于部分激活,加入的材料體積分數可以是任意的;然而,在實際應用中,一個單元的體積分數不能太小,從而不能避免數值奇異性問題。
在應力-位移分析中,假定加在單元上的材料是無應力的。因此,對于完全激活,單元被激活時的結構是無應力結構,用于計算材料響應的應變是從該結構中測量的。對于部分激活,新加入的材料和現有的材料處于不同的狀態。為了得到材料的響應,Abaqus/Standard使用混合物規則來計算均勻化狀態變量。
2.1定義激活的單元
必須首先定義可用于在模型中激活的單元,方法與定義常規單元相同。然后,必須將單元分配給特定的漸進式單元激活特性。
*ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, NAME=activation_name, ELSET=element_set_name
2.2在一個分析步中打開或關閉漸進單元激活
分配給特定漸進單元激活的單元,只能在功能被打開的分析步中被激活。
*ACTIVATE ELEMENTS, ACTIVATION=activation_name
默認情況下,在分析步中,漸進式單元激活是關閉的。可以在每個分析步中根據需要多次重復該選項以打開多個激活。
2.3激活單元
要在一個分析步中激活單元,必須將材料的體積分數分配給用戶子程序UEPACTIVATIONVOL中的單元,它在每個增量步的開始被調用。如果已為此激活指定了表集合,則可以從用戶子程序訪問參數表中的數據。
2.4控制沒有激活的單元的行為
默認情況下,非活動的單元不會對模型的整體響應做出貢獻,它們的自由度不是解的一部分(與活動單元共享的節點的自由度除外)。在應力-位移分析中,只有當位移相對較小時,這種方法才有效。如果不是這樣,非活性單元在被激活之前可能會過度扭曲,從而導致收斂困難或產生不良結果。這種情況下,您可以允許非活動單元跟隨變形,這可以防止單元過度變形。
*ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, FOLLOW DEFORMATION=YES/NO
2.4.1縮放未激活單元的材料屬性
當指定不活動的單元跟隨變形時,模型中的所有單元都會對響應做出貢獻。然而,您可以通過指定預激活系數來縮放非活動單元的材料屬性。如果標度系數足夠小,非活動單元的貢獻對解沒有顯著影響,同時單元隨變形而變化,不會發生過度變形。預激活系數的默認值為10-4。
*SECTION controls, PREACTIVATION SCALING=preactivation_coefficient
2.5施加初始溫度應變
當一個單元被激活時,初始熱應變都是根據初始溫度計算的。這可能會導致施加瞬時應變的大值,這相當于施加瞬時載荷。這樣的負載可能會導致收斂問題,這些問題無法通過減少時間增量來解決。Abaqus通過規定熱應變在默認情況下增加而不是瞬間施加來避免這些收斂問題。
根據公式,初始熱應變隨時間的增大而增大。

Eth是施加的熱應變。E0th是單元激活的增量步開始時的熱應變值,tact是激活的時間,Tth是用戶定義的膨脹時間常量。Tth的默認值是初試時間增量步的兩倍。指定Tth=0,導致熱應變是立刻施加的。
*ACTIVATE ELEMENTS, EXPANSION TIME CONSTANT=τth
2.6施加本征應變
本征應變是對熱應變、塑性應變、相變應變等非彈性應變的總稱。由于材料所承受的機械和熱負荷,這些應變會在焊接、熱機械處理或增材制造等各種制造過程中產生。如果已知這些本征應變的分布,就可以用來估計物體的變形和殘余應力。
在Abaqus中,本征應變可以在用戶子程序UEPACTIVATIONVOL中對添加到單元中的新材料進行指定。此外,對于實體單元,當單元第一次被激活時,可以更新局部方向。
就像在熱應變的情況下,本征應變的突然施加可能導致收斂問題。因此Abaqus允許本征應變按公式線性上升:

Eeig是施加的本征應變。E0eig 是單元被激活的增量步開始時,本征應變的值。Tact是激活的時間,Teig是用戶定義的時間常量,默認是0。
*ACTIVATE ELEMENTS, EIGEN TIME CONSTANT=τeig
2.7初始配置
在靜力分析中,活動單元和非活動單元共享的節點的位置,通常會在單元被激活之前改變。在這種情況下,單元激活時的配置與原始單元配置不同。假設這種新的配置是無應力的,這種結構產生的變形決定了單元的應力。
2.8初始條件
Abaqus允許指定單元中材料的初始體積分數。此外,在分析中使用漸進式單元激活時,初始溫度以一種特殊的方式處理。
2.8.1定義初始體積分數
可以為逐步激活的單元指定體積分數的初始值。體積分數必須等于0或1,這意味著單元在分析開始時可以是不活動的,也可以是完全活動的。
*INITIAL CONDITIONS, TYPE=ACTIVATION
2.8.2初始溫度
通常,當單元被激活時,它們的狀態被設置為分析開始時的狀態。然而,在傳熱分析中需要對溫度進行特殊處理。在這種情況下,積分點的溫度是從節點溫度中插值出來的。由于非活動單元和活動單元可能共享節點,節點溫度,因此,在積分點的溫度可能與指定的溫度初始值不同。在這種情況下,Abaqus在積分點產生一個體熱通量來補償這種差異。
2.9邊界條件
如果指定非活動單元跟隨變形,邊界條件將應用于非活動節點(因為這些節點的自由度是解的一部分)。否則,邊界條件不會應用于非活動節點,直到它們所屬的單元被激活。
2.10載荷
當一個單元處于非活動狀態時,不施加載荷;但是,只要一個單元被激活,它們就被施加。激活時的荷載大小有與激活時間對應的值,這意味著荷載大小可能會突然增大,這可能會導致收斂問題。
2.11單元
漸進單元激活只支持實體連續單元和殼單元。但是,對于殼單元只支持完全激活。如果將小于1的材料體積分數賦給一個殼單元,Abaqus會自動將值改為1。
2.12輸出
除了Abaqus/ standard中可用的標準輸出標識符(使用Abaqus/ standard輸出變量標識符),當指定漸進單元激活時,以下變量有特殊意義:
EACTIVE
當前單元中材料的體積分數。
EEIG
本征應變的所有分量。
UACT
所有物理位移分量,包括具有轉動自由度的節點的旋轉,從節點被激活時開始測量。
URACT
從節點被激活時開始測量的所有旋轉位移分量。
UTACT
從節點激活時起測量的所有平移位移分量。
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