晶體塑性顯式vumat計算模擬------案例二十七

首先根據abaqus指導手冊確定顯式動力學分析適用的問題類型如下:

一,高速動態事件

顯式動力學方法最初是為了分析高速動態事件而開發的,使用隱式程序(例如Abaqus/Standard)進行分析的成本可能非常高。作為這種模擬的一個例子,在材料中分析了鋼板上短時爆炸載荷的影響。由于載荷作用迅速且非常劇烈,因此結構的響應變化很快。準確跟蹤通過板的應力波對于捕獲動態響應很重要。由于應力波與系統的最高頻率相關,因此獲得準確的解決方案需要許多小的時間增量

二,復雜的接觸問題

使用顯式動力學方法比使用隱式方法更容易制定接觸條件。結果是Abaqus/Explicit 可以輕松分析涉及許多獨立實體之間復雜接觸相互作用的問題。 Abaqus/Explicit 特別適合分析承受沖擊載荷并隨后在結構內經歷復雜接觸相互作用的結構的瞬態動態響應。此類問題的一個示例是 Contact 中介紹的電路板跌落測試。在這個例子中,一塊放在泡沫包裝中的電路板從 1 m 的高度跌落到地板上。問題涉及包裝和地板之間的沖擊,以及電路板和包裝之間快速變化的接觸條件。

三,復雜的后屈曲問題

不穩定的后屈曲問題在 Abaqus/Explicit 中很容易解決。在此類問題中,結構的剛度會隨著載荷的施加而急劇變化。后屈曲響應通常包括接觸相互作用的影響。

四,高度非線性的準靜態問題

由于各種原因,Abaqus/Explicit 在解決某些本質上是靜態的問題時通常非常有效。涉及復雜接觸(例如鍛造、軋制和板材成形)的準靜態過程模擬問題通常屬于這些類別。片材成型問題通常包括非常大的膜變形、起皺和復雜的摩擦接觸條件。體成型問題的特點是大變形、飛邊形成以及與模具的接觸相互作用。使用 Abaqus/Explicit 進行準靜態分析中介紹了準靜態成形模擬的示例。

五,材料的失效與性能退化

在隱式分析程序中,材料退化和失效通常會導致嚴重的收斂困難,但Abaqus/Explicit 可以很好地模擬此類材料。材料退化的一個例子是混凝土開裂模型,其中拉伸開裂導致材料剛度變為負值。材料失效的一個例子是金屬的延展性失效模型,其中材料剛度會降低,直到降至零。此時,失敗的元素將從模型中完全刪除。

注意:這些類型的分析中的每一種都可以包括溫度和熱傳遞效應

顯式積分的主要優勢為

顯式方法特別適合解決需要許多小增量才能獲得高分辨率解決方案的高速動態事件。如果事件的持續時間很短,則可以有效地獲得解決方案。

接觸條件和其他極其不連續的事件很容易用顯式方法表示,并且可以在逐個節點的基礎上強制執行而無需迭代。可以調整節點加速度以平衡接觸期間的外力和內力。顯式方法最顯著的特點是沒有隱式方法所需的全局切線剛度矩陣。由于模型的狀態是顯式推進的,因此不需要迭代和容差。

需要注意的是在顯式計算中,收斂性是有條件的,即給定的時間步長,必須小于最小的穩定時間步長,以避免結果發散。通常顯式計算的穩定時間步長在1E-7,對于晶體塑性這類復雜的本構模型計算穩定時間步長通常在1E-9之下,所以計算時間往往較長,當然可以適用質量縮放來提高最小穩定時間步長,從而節約計算時間,(質量密度會影響穩定性極限,因此在某些情況下縮放質量密度可能會提高分析效率。例如,由于許多模型的復雜離散化,通常存在包含控制穩定性極限的非常小的或形狀不良的元素的區域。這些控制元素的數量通常很少,并且可能存在于局部區域。通過僅增加這些控制元素的質量,可以顯著增加穩定性極限,而對模型整體動態行為的影響可以忽略不計。)但要保證縮放對于計算結果影響很小。因為顯著改變模型的質量可能會改變問題的物理特性。

另外,由于穩定性極限與最短元素尺寸大致成比例,因此保持元素尺寸盡可能大是有利的。不幸的是,為了進行準確的分析,通常需要精細的網格。為了在使用所需級別的網格細化時獲得盡可能高的穩定性限制,最好的方法是使用盡可能均勻的網格。由于穩定性極限基于模型中的最小單元尺寸,因此即使是單個小的或形狀不佳的單元也可以大大降低穩定性極限。出于診斷目的,Abaqus/Explicit 在狀態(.sta) 文件中提供了網格中具有最低穩定性限制的 10 個元素的列表。如果模型包含的一些元素的穩定性限制遠低于網格其余部分的穩定性限制,則更均勻地重新劃分模型可能是值得的。

在編寫顯式晶體塑性時,經常出現數值震蕩。如果確實發生,結果通常是無界的、非物理的,并且通常以振蕩解為特征。這種問題常出現在晶體塑性本構模型里面!

可以將編寫后的顯式程序與原本的隱式結果對比尋找問題。并驗證結果的可靠性。

顯式晶體塑性結果展示:

晶體塑性顯式vumat計算模擬------案例二十七的圖1

應力應變響應

晶體塑性顯式vumat計算模擬------案例二十七的圖2

軋制織構復現

晶體塑性顯式vumat計算模擬------案例二十七的圖3

壓縮織構復現

晶體塑性顯式vumat計算模擬------案例二十七的圖4

拉伸織構復現

晶體塑性顯式vumat計算模擬------案例二十七的圖5

應力應變響應




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