大變形的案例
CEL與Lagrange模型在大變形分析時的適用性CEL與Lagrange模型在大變形分析時的適用性
對同一個模型來講，通常，拉格朗日建模方式計算更加準確，計算效率更高，因為所有的幾何體都采用拉格朗日單元類型，而CEL建模方式的計算更加耗時，且產生的文件更大，一個直接的原因是流體或大變形幾何體是歐拉體模型，采用歐拉單元建模，而歐拉單元的數量要明顯多于相應的拉格朗日模型的單元數量。
但是，如果模型要經歷極大變形，那么這兩種建模方式的優劣就要好好評價一下了。在大變形分析中，拉格朗日模型容易發生網格畸變，網格畸變區的計算結果準確性將會大打折扣，產生不可信的結果甚至計算中斷得不到結果；而CEL模型在犧牲一定的幾何模型精度和結果準確性的前提下，計算會非常穩定，網格不會發生畸變，相較于拉格朗日的網格畸變區反而會得到更加合理的計算結果。所以，在選擇建模分析方式時，尤其是大變形分析，兩種方法孰優孰劣，需要結合一定的經驗和以往案例，選擇折中處理或者兩種都用以綜合衡量。
本篇案例是一個鉚接案例，如下面的示意圖所示。 ? 具體的模型長下面這樣：左邊是中央截面圖，右面是實物圖，上下兩部分是沖模，張揚帶孔圓盤是固定模板，上下兩部分沖模同時施力以使鉚釘達到最終的變形。 ? 這個過程很明顯是一個極限大變形過程，我們可能關心這個過程中的三個問題：
1、 鉚釘在成型過程中的變形是否適當？
2、 成型后，鉚釘是否有足夠的力量保持材料的連接？
3、 成型過程工具的壓力是否足夠？
那么這三個關心的問題我們可以考察分析鉚釘的變形位移、成型后的等效塑性變形和成型過程中的沖模受力等變量，去評估我們關心的問題從而做出一些結論或改進。 本案例不再進行step by step的演示，各位小伙伴可以自行練習。下面來具體看一下分析模型和相關結果。 ?
左邊是拉格朗日建模，右邊是CEL建模。兩種建模方式中，接觸全部采用無摩擦通用接觸。
展開 橡膠=汽車半條命：淺談ABAQUS橡膠大變形仿真5大注意事項
通常在進行初始網格劃分時．需特別注意大變形區的網格形態，開始盡量采用粗網格劃分。以降低分析的復雜程度。然后根據問題的類型和分析結果進行網格重劃分，盡可能使網格發生大變形后仍具有良好的單元幾何形態。
圖4、不同網格尺寸對大變形仿真的影響（左1mm/中2mm/右3mm）
2：網格階次的選擇
在大變形的仿真計算中，建議優先選用線性單元，一階單元較二階單元能更好地模擬橡膠的扭曲大變形，不易發生單元畸變。
圖5、不同網格屬性對大變形仿真的影響（左：二階單元 /右一階單元）
此外還應設置盡可能小的時間步長，以保證求解結果的精度和可靠性。并對結果作仔細檢查，以確定原始測試數據是否涵蓋了模型的變形模式和最大應變。以上均為常規手段，對于一些較為復雜的模型仍不能做到較好的收斂。那么針對一些復雜模型，就用應用一些非正常手段——網格重繪技術。
網格重繪技術不是ABAQUS軟件中的網格自適應技術，其利用Map Solution命令將計算結果映射到一個新的網格文件上，然后針對新的網格文件進行二次計算，其計算流程可總結為下圖所示
圖6、Map Solution命令一般計算流程
由于在第二段加載時雖然使用了MAP語句將第一段加載的計算結果映射進來，但是由于前后兩次的網格文件并不能做到完全一致，所以在分段計算的結果與整體一次性計算的結果略有偏差，這個在剛度曲線中就可以明顯的看出，前20mm的加載時，模型文件一致。所以剛度數據呈現出一致性，但是由于在20mm后引入重繪網格后，剛度計算值較一次性完整加載偏大。但是由于在第二段計算時進行了網格重繪，獲取了質量較高的網格文件，所以其可壓縮至40.76mm(模型原高度為50mm)。
展開 關于ANSYS和Workbench大變形（ON/OFF)問題探討。
在碰到幾何非線性問題時，有一個問題就是，是否打開大變形開關，在幾乎所有關于ANSYS書籍中自帶的案例和一些論文當中，很自然的都把大變形開關給打開了,然而個人覺得很多都不是大變形問題，如果打開大變形，很可能導致不收斂，結果不正確。所以有必要搞清楚這個大變形問題。
1、什么是小應變小變形、小應變大變形、大應變小變形、大應變大變形？怎么去判斷？位移變量多大才算是大變形？
2、如果不是大變形，打開了這個大變形開關，會產生什么影響對結果？
3、案例和論文中那些問題是不是都屬于大變形問題？工程上怎么認定這個大小？
諸如此類的問題隨之就來了。。。
從網頁上找來一些資料，經供參考：
大變形屬幾何非線性，是需要不斷秩代才能算出來的，每一次秩代，都會根據結構新的幾何位置坐標形成新的剛度矩陣，因些，求解起來比較慢。而小變形，由于變形很小，就忽略結構在受力過程中的變形對結構剛度矩陣的影響，因此只計算一次剛度矩陣。甚于什么時候變大變形，什么時候選小變形，得根據結構真實的受力情況而定。如果結構的變形量與結構的幾何尺寸相比非常小那就可以用小變形，反之，則應該用大變形。
http://zhidao.baidu.com/link?url=-6A-BUoNldUrUejjKnwMOgt4CdZo0PoTN4x0FoWcByJz0K4HXUMi-RzrX2lPdlJsNeK6oPhDNTdwITDbjYJha_
關閉大變形時根據模型初始尺寸構造剛度矩陣，然后進行求解計算；而打開大變形后，在迭代計算時，根據前一子步的模型尺寸構造剛度矩陣，然后進行求解計算。對于靜力分析而言，若是線性問題，僅需計算一次就可以了，此時開關大變形沒有區別。
展開 仿真應用 | Workbench大變形開關對有限元求解的影響
加載100N，查看線性分析和大變形分析的應力和位移
加載200N，查看線性分析和大變形分析的應力和位移
加載500N，查看線性分析和大變形分析的應力和位移
結論
當變形為壁厚的20%，線性分析和大變形分析的位移結果是近似的。
當變形為壁厚的50%，線性分析和大變形分析的位移結果相差10%。
當變形為壁厚的100%，線性分析和大變形分析的位移結果相差30%。
大變形分析的位移結果總是小于線性分析。
建議
大變形分析需要迭代，所以計算量大。對于較大的模型，可能會影響求解效率。對于小模型，計算量小，線性分析和非線性分析的求解時間相差不大。
當結構承受的載荷較大，結構變形較大時，是否考慮大變形效應（幾何非線性分析），求解結果是不一樣的。如果很明確所分析問題是線性問題，可以不打開大變形選項。
如果對分析問題的幾何非線性屬性不確定，建議打開幾何非線性設置。
實際工作中，可以對比同一問題的線性分析結果和幾何非線性分析結果，這樣不僅可以得出正確的分析結果，也可以從對比中鑒別出該問題的幾何非線性程度。
展開 
隧道開挖過程的CEL三維大變形有限元模擬
圖6：刀盤的推力隨開挖時間的變化過程
圖7：刀盤的扭矩隨開挖時間的變化過程
5.結論
（1）CEL大變形有限元方法可以模擬隧道開挖的整個過程，能有效地模擬開挖過程中土體的大變形；
（2）CEL大變形方法可以計算盾構機開挖過程中刀盤的推力和扭矩，能為實際工程提供參考，有效地控制盾構機的開挖速度，避免隧道發生坍塌。
5.硬件與計算時常分析
（1）計算機配置：整個CEL大變形分析是在DELL工作站上進行，配置為3.7 GHz 主頻Intel Xeon W-2255 CPU，128G memory。
（2）計算時間：CEL模型中有964712三維八節點歐拉單元，整個計算時間大概12h.
展開 解決橡膠大變形網格畸變，ABAQUS有絕招（上）
通過以上方法，便可以有效的解決大變形問題中網格畸變導致的計算不收斂問題，有關具體操作方法及細節問題，在《解決橡膠大變形網格畸變，ABAQUS有絕招（下）》中將做詳細介紹。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
難處理流體大變形與固體交互強非線性，求結合工程案例的 Abaqus流固耦合靠譜課程推薦文檔
案例覆蓋核心強非線性場景：課程精選的案例全面覆蓋不同類型的流體大變形與固體交互問題，每個案例均實現 “問題拆解 - 技術方案 - 全流程實操 - 結果驗證” 的深度教學：
案例一：高速彈體入水仿真（流體極端大變形 + 固體沖擊交互）
1) 問題特點：彈體高速沖入水中，水流產生破碎、飛濺等極端大變形，同時彈體與水體產生瞬時強沖擊，屬于典型的流體 - 固體強非線性交互；
2) 理論解析：講解 SPH 算法（光滑粒子流體動力學）的粒子離散原理，為何該算法適合處理流體破碎這類無網格畸變的大變形問題，以及沖擊載荷下固體結構的動態響應理論（如應力波傳遞、材料塑性變形）；
3) 實操演示：從彈體與水體的幾何建模（SPH 粒子域定義）、材料參數設置（水體的 EOS 狀態方程、彈體的塑性本構）、沖擊邊界條件（彈體入射速度設置）、求解控制（時間步長優化以捕捉瞬時沖擊），到結果分析（水體粒子運動軌跡、彈體應力分布），全程演示如何通過 SPH 算法解決流體大變形，同時通過調整固體材料參數、沖擊載荷施加方式處理強非線性交互；
4) 問題解決：針對仿真中可能出現的 “粒子穿透固體”“計算發散” 等問題，演示如何通過優化粒子密度、設置接觸約束、調整求解收斂準則來解決。
展開 在WELSIM中打開結構大變形開關
結構分析中，大變形（Finite Deformation）是當結構件變形達到某種程度時，必須要考慮的一個因素。在數學理論上，大變形由于二次應變項的引入，給控制方程增加了非線性因素。
對于塑性和超彈性材料，WELSIM是默認打開大變形開關的。對于線性材料，如果用戶需要激活大變形特征，就需要在用戶界面中設置相關屬性。下面我們來看一下如何實現的。
在一個新建的FEM項目中，新建一個材料，并命名為myMaterial。設置楊氏模量為4000，泊松比為0.3。
建立一個塊狀（Box）結構體，并設置長寬高為1x1x10。并將剛才建立的材料myMaterial賦予此結構體。
設置最大單元為0.2，并選用高階單元，劃分好的網格模型如下。總共有9957個節點，5609個Tet10單元。
在StudySettings節點中，會有一個Finite Deformation屬性，將默認的False設置為True，這樣就打開了大變形開關。并設置10個子步，用于遞進加載受力。
在工件一端施加固定約束。
在工件的另一端施加Y方向向下的力，大小為1。
點擊計算，并很快得到結果。添加位移和應力結果并讀取。由于設置了10個子步數，所以有10個結果節點。
Y方向位移結果云圖。
Von-Mises應力結果云圖。
展開 解決橡膠大變形網格畸變，ABAQUS有絕招（下）
在《解決橡膠大變形網格畸變，ABAQUS有絕招（上）》中介紹到，運用ABAQUS中的map solution功能和強大的前處理軟件ANSA以及ABAQUS/CAE聯合操作，可以實現大變形中由于網格畸變而導致的計算不收斂問題，本文將進一步介紹，map solution的實現方法和橡膠大變形實例的操作。
在上篇文章中講到，試樣被下壓30mm后進行重構網格，之后導入ABAQUS/CAE中進行前處理的重新設置，最后將map solution命令寫入INP文件中，如下圖所示。
提取試樣頂部中間節點的載荷曲線可以看到，由于map solution的將節點應力映射到新的網格上，兩個模型的載荷曲線基本達到首尾相連的狀態，少量的誤差也是在可接受范圍之內的，這樣就通過映射網格節點數據的方法，對畸變的網格進行重新劃分，使得模型能夠成功的完成整個下壓50mm的大變形過程。
變形后應力云圖如下圖所示，可以看到，由于重構了網格，橡膠的填充效果比較理想，并沒有出現大的畸變和因此導致的不收斂情況發生。
可見，對于大變形中的網格畸變問題，我們只要運用ABAQUS的map solution功能，并結合強大的前處理軟件ANSA以及ABAQUS/CAE聯合作用，便可以在網格發生畸變之前進行重構，并映射前一步結果，再通過重啟動分析使計算繼續的進行下去，使得網格畸變不再是影響大變形不收斂的限制性因素。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
展開 晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分
相關做法完美的集中到damask3.0版本里面，然而需要指出的是：DAMASK/譜方法更偏向規則網格與RVE范式，而工程里經常需要：任意幾何與復雜邊界（非周期、接觸、局部細化等），以及不同工藝路徑（多道次、換向、局部約束），Abaqus CPFEM（UMAT/VUMAT）在這些方面更“通用”，所以把“remesh + 狀態變量映射”做成一套工作流，就能把大變形晶體塑性更穩地推進到更高壓縮/更大應變階段。
因此結合作者提供的思路，嘗試把相關方法遷移到abaqus，并初步實現了理想的效果。
這里展示模擬的案例的效果，初始模型尺寸0.1*0.03mm的二維模型，并沿著RD方向壓縮40%.vs.20%（remesh）+20%使用簡單的唯象模型測試
初始模型如下圖所示：
壓縮20%后應力分布如下：
累計剪切滑移如下：
晶粒旋轉角度：
在20%變形后進入網格重劃分，重劃分后的變量傳遞：
累計剪切滑移分布如下：
晶粒旋轉角度如下圖：
可以看到所有相關變量良好的映射到規則網格上面。
接下來對比單次壓縮40%（左側）和20%remesh（右側）之后再壓縮20%的結果對比：
應力分布結果：
累計剪切滑移分布：
晶粒旋轉角度分布：
累計剪切滑移------應力曲線分布
重劃分后應力略低于不劃分單次壓縮的結果，其余結果網格重劃分和原始模型基本一致，驗證了作者提出方案的準確性。做成型和大變形相關內同可以參考文章進行對應的嘗試
展開 【免費】workbench中橡膠壓縮變形分析-自適應網格+大變形
workbench中橡膠壓縮變形分析
橡膠壓縮是密封圈當中經常遇到的一種現象，但是仿真分析對于橡膠壓縮有很難收斂的現象，本實例通過兩個簡單模擬（公眾號: CAE_ANSYS）
方法說明橡膠壓縮的過程和方法，通過本實例可以了解到以下知識
1.自適應網格的應用方法
2.橡膠材料參數的設置
3.非線性接觸的設置
5.模型建立方法
模型
建立分析模型，如圖所示，本實例以一個簡單模型為例
2.初始網格隨意劃分
3設置自適應網格，采用mesh方法，計算過程自動加密網格，需要注意的是，必須打開大變形，單元必須去除中間節點
4邊界條件采用，向下強制位移的方法
5提取結果（公眾號: CAE_ANSYS）
可以看到網格發生了重新劃分，網格由三角形劃分成了4變形
另一個模型是模擬橡膠壓縮的過程，上下兩個剛性體擠壓中間的橡膠，結果顯示中間橡膠發生大變形
本實例需要注意的是，橡膠材料的設置，不需要設置彈性模量，還有就是接觸的設置，需要選擇相應的線體為接觸面，最好將模型分割，最后獲取相應的結果。
以下模型為兩個模型的計算原始文件，供大家免費參考
（公眾號: CAE_ANSYS）
供大家免費參考，版本為ansys17.2
rubber.zip
展開 
《大變形結構的耐撞性》
【版次印次】 1
【ISBN書號】 7810991841
【開 本】 16開
【裝 幀】 平裝
【頁 數】 215
內容:
本書除系統論述大變形結構耐撞性分析的理論基礎外,重點論述了作者在大變形結構耐撞性研究領域取得的幾項 ... 的設計條件; 用于分析大變形結構耐撞性的動態顯式有限元方法;普通半剛性護欄的耐撞性分析方法;基于正交試驗設計方法的普通半剛 ...
顯式晶體塑性大變形模擬案例
顯式模擬的顯著優勢就是在大變形接觸方面，通過大變形測試顯式晶體塑性計算效率。共包含兩個案例。
案例一：包含1000個晶粒20萬單元在工程應變30%情況下，多晶變形模擬的結果。其中初始取向隨機，采用質量縮放加快求解效率，模擬采用經典的唯象模型，硬化基于Voce硬化定律（Vpsc應用的硬化）（可以考慮初始的高應變硬化以及后期的低應變硬化）。模擬材料為鎳基高溫合金，參數取自文獻。Voce硬化公式為
初始幾何模型根據Neper生成（晶體取向隨機），模型如下：
模擬計算時間如下（大約2小時）：
模擬結果如下:
應變分布情況
應力分布情況
變形之后取向分布
應力應變響應
案例二：包含500個晶粒10萬單元的小球沖擊模擬，檢驗程序在接觸方面的穩定性。
其中板使用晶粒模型，小球使用純彈性模型，并約束為剛體，通過給小球施加位移邊界，建立小球與板的沖擊。
幾何模型如下：
計算耗時30分鐘，模擬結果如下
應變分布情況
應力分布情況
可見在使用顯式晶體塑性模擬大變形和接觸問題時較為合適，可以避免收斂性問題，但使用質量縮放要注意動能和總能量比值在合理的范圍，模擬中檢測法線，相同參數情況下，顯式結果與隱式結果在變形達到50%工程應變時，兩者的分布幾乎一致。因此模型結果可以確認為合理。
展開 大變形-高級非線性
[Femap & Nastran培訓教程_30]大變形-高級非線性(SOL601).part3.rar
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[Femap & Nastran培訓教程_30]大變形-高級非線性(SOL601).part2.rar
基于Ansys Workbench的大變形旋轉分析 ￥14.9
一 分析背景
塑料齒輪、棘輪或者卡扣結構，往往伴隨著大變形、旋轉位移、高泊松比等情況。仿真中的難題主要有：
1.如何方便地施加旋轉位移？
2.如何處理大變形、高泊松比導致的網格畸變？（網格，接觸算法，非線性算法，單元類型等）
3.如何后處理？（力矩提取，應變處理）
本案例做了以下模型（簡陋又不失細節的模型），黃色塊繞著圓柱中心轉動，綠色的齒受到擠壓。仿真計算齒能承受的最大破壞力矩，或者安全情況下所能承受的力矩。
圖一 塑料齒輪模型
二 分析過程
注意，在這個模型中，我把所有能夠提高收斂性的方法都加上了。一般情況下是不需要的。
2.1 建模及幾何設置
模型如圖一，然后設置Geometry的Element Control為Manual。
然后設置幾何體為減縮積分模型（主要針對大變形幾何）。
圖二 手動單元控制
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