單元消除
關注創建者：趙宸君 創建時間：2019-10-26
單元消除的實例教程
這兩者具有相似性，所以我們在本文中一起研究Abaqus中線性殼單元S4針對這兩種情況下的內部實現方式。剪切自鎖和沙漏現象影響的是剛度矩陣和應力，我們研究方式是在自編程序iSolver中根據成熟的消除剪切自鎖和沙漏控制的理論實現剛度矩陣的修正，通過比較同一模型的Abaqus的剛度矩陣結果，結合幫助文檔猜測Abaqus軟件單元消除剪切自鎖和控制沙漏的內部實現方法。
圖1：剪切自鎖
圖2：沙漏
===S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制研究總結===
完全積分單元才有剪切自鎖，雖然Abaqus的S4單元是完全積分，但內部已經做了修正完全消除了剪切自鎖，所以不需要用戶做任何設置。
減縮積分單元才有沙漏現象，Abaqus的S4R默認增加一個人工的沙漏剛度來控制沙漏現象，如果發現結果還是不理想，那么需要采用其它建模方法才能控制沙漏了。
展開 同時，在重物下放時，會有能量回饋，因此要使用制動單元或采用共用母線方式。
c.大慣性負載。如離心機、沖床、水泥廠的旋轉窯，此類負載慣性很大，因此啟動時可能會振蕩，電動機減速時有能量回饋。應該用容量稍大的變頻器來加快啟動，避免振蕩。配合制動單元消除回饋電能。
d.不均行負載。這類負載有時輕，有時重，此時應按照重負載的情況來選擇變頻器容量，例如軋鋼機機械、粉碎機械、攪拌機等。
（2）長期低速運轉，由于電機發熱量較高，風扇冷卻能力降低，因此必須采用加大減速比的方式或改用6級電機，使電機運轉在較高頻率附近。
（3）變頻器安裝地點必需符合標準環境的要求，否則易引起故障或縮短使用壽命；變頻器與驅動電動機之間的距離一般不超過50m，若需更長的距離，則需降低載波頻率或增加輸出電抗器選件才能正常運轉。
6、空壓機的節能監測方法和要求有哪些？
（1）監測必須在空氣壓縮機組及供氣系統正常工況下進行，且該工況應具有統計值的代表性。
（2）對穩定負荷的空氣壓縮機組，以2h為一個檢測周期，對不穩定負荷的空氣壓縮機組，以一個或幾個負荷變化周期為一個檢測周期。
（3）檢測周期內，同一工況下的各被測參數應同時進行采樣，被測參數應重復采樣三次以上；采樣間隔時間為10~20min；以各組讀數值得平均值作為計算值。
（4）空壓機的容積流量檢測用流量計法。對水冷式中間冷卻器的空壓機組亦可按有關規定的熱平衡法測定。
（5）測量儀表要求。電量、溫度、壓力和流量測量應在儀表規定的使用范圍內。測量儀表的準確度應符合規定。儀表應在檢定的有效期內。
展開 我們知道在厚梁中，橫向剪切不可以忽略，所以使用Bernoulli-Euler 梁不再合適，而對于Timoshenko 梁，當梁厚較小時，就需要構造合適的單元來消除剪切應變，使橫向剪切能夠趨向于0。 這就希望大家討論，剪切自鎖產生的機理是什么？消除剪切自鎖的方式有哪些？能否通過新的假設來構造梁單元？
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬
采用顯示動力學分析：
該模型模擬盾構機在砂漿中掘進的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環境下，盾構機刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應力達到破碎時采用單元刪除技術消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構機刀盤為拉格朗日體，其中盾構機刀盤模擬為剛體。
所建模型：
模擬的盾構機刀盤及所切割的巖石
刀盤及巖石的邊界條件
盾構機刀盤及所切割巖石的單元劃分
盾構機刀盤及巖石所處砂漿環境的網格劃分
模擬的結果：
掘進時的動態效果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
模擬后的結果（隱藏泥漿及盾構機刀盤）
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的應力分布
隱藏掉泥漿及盾構機刀盤后巖石破碎時的等效塑性應變分布
模擬動態效果圖（展示成無網格的半模型，含泥漿）
砂漿及巖石在盾構機擾動下的應力分布圖
砂漿及巖石在盾構機擾動下的等效塑性應變分布圖
展開 原因就在于：常規算法得到的voronoi圖形出現的短邊和小平面會導致模型整體單元數量增加以及不良單元出現概率增大。解決這類問題的方法就是：voronoi圖形優化，去除短邊和小平面。
本期案例為一個立方體模型，晶粒數量均為20個，對比voronoi多面體經過圖形優化和沒有優化的網格差異。
圖1、voronoi晶粒形狀優化與網格質量對比，左圖為Cubic_1、右圖為Cubic_2，從上至下依次為幾何結構圖、網格剖分圖，零厚度內聚力單元晶界圖
從上圖可知，經過形狀優化后的voronoi晶粒模型網格質量得到了有效提升，網格數量明顯下降，不良單元得到了消除。不難看出，經過優化的模型，計算時長和結果精度將會優于未優化的模型。
注： 本項目目前不接受答疑，僅提供工程協作，協作范圍：各類立方體狀、柱狀、球狀voronoi晶粒模型的構建，包含但不限于：常規模型，優化模型，晶粒長大模型、包含亞晶粒的多尺度晶粒模型等。
如需協作請提前將個人需求整理成word，私信留言，我會及時回復。
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在建立節點耦合時，比如將若干單元的節點自由度耦合到一個新建的節點時，這個新建節點比如依附于某個單元，否則求解時就會報出上述錯誤信息，這里的解決方案就是在節點4417處建立一個mass21單元，為了消除mass21單元對求解結果的影響需將mass21的質量屬性設置到非常低，特別是在模態求解時，質量會嚴重影響模態求解結果，效果如下圖。
ABAQUS損傷斷裂(例2) 盾構機在砂漿環境下掘進的巖石破碎模擬
采用顯示動力學分析：
該模型模擬盾構機在砂漿中掘進的巖石破碎，采用耦合歐拉拉格朗日法模擬砂漿環境下，盾構機刀盤與巖石之間的相互作用，巖石應力達到破碎時采用單元刪除技術消除掉已失去抵抗力的巖石。砂漿模擬為歐拉體，巖石及盾構機刀盤為拉格朗日體，其中盾構機刀盤模擬為剛體。
表1 三種評估方法
智能化自由網格劃分，利用SMRTSIZE選項控制單元尺寸大小，分割幾何實體為四面體單元，單元形狀較差，計算效率低；規則化網格劃分，利用線段分割數參數NSize控制網格單元大小，保證幾何實體規則劃分，以避免單元奇異，進而消除離散化帶來的誤差影響；自適應P改進在規則化網格劃分的基礎上，通過提高單元精度以展示所關心位置處節點的應力收斂過程，進而顯示理想化誤差帶來的影響
配合制動單元消除回饋電能。
d.不均行負載。這類負載有時輕，有時重，此時應按照重負載的情況來選擇變頻器容量，例如軋鋼機機械、粉碎機械、攪拌機等。
（2）長期低速運轉，由于電機發熱量較高，風扇冷卻能力降低，因此必須采用加大減速比的方式或改用6級電機，使電機運轉在較高頻率附近。
如果發生穿透，可以從計算出的message或d3hsp文件中對關鍵字“initial penetrations”進行搜索，找到相關單元，然后調整單元節點，消除初始穿透。
如果發生穿透，可以從計算出的message或d3hsp文件中對關鍵字“initial penetrations”進行搜索，找到相關單元，然后調整單元節點，消除初始穿透。
在一些專門的前處理軟件中，例如ANSA，HYPERMESH、SpaceClaim在提交計算前對模型進行穿透檢查，可以查出初始穿透的單元，然后進行節點移動，消除穿透。
介紹Abaqus的S4單元如何來消除剪切自鎖以及S4R如何來抑制沙漏的。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/350865
第四篇：非線性問題的求解。介紹Abaqus在非線性分析中采用的數值計算的求解方法。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/360565
第五篇：單元正確性驗證。
介紹Abaqus的S4單元如何來消除剪切自鎖以及S4R如何來抑制沙漏的。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/350865
第四篇：非線性問題的求解。介紹Abaqus在非線性分析中采用的數值計算的求解方法。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/360565
第五篇：單元正確性驗證。
介紹Abaqus的S4單元如何來消除剪切自鎖以及S4R如何來抑制沙漏的。
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第四篇：非線性問題的求解。介紹Abaqus在非線性分析中采用的數值計算的求解方法。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/360565
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