網(wǎng)格大變形
關(guān)注創(chuàng)建者：錦衣夜行 創(chuàng)建時間：2020-05-04
網(wǎng)格大變形的視頻教程
ABAQUS橡膠網(wǎng)格大變形分析mapsolution功能的用法（三維橡膠啞鈴試樣拉伸大變形問題）
使用ABAQUS中的map solution功能，將大變形拆分成小變形，再通過手動重新劃分網(wǎng)格，數(shù)值傳遞，以解決橡膠材料大變形造成的網(wǎng)格畸變不收斂問題，本教程只需要一個插件即可，無需學習其它網(wǎng)格劃分軟件。 本課程的案例為：三維橡膠啞鈴試樣拉伸大變形有限元分析，將介紹模型的建立思想以及具體操作方法，map solution解決大變形問題，數(shù)據(jù)的拼合，導出（應力應變云圖，力位移曲線等）。
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網(wǎng)格大變形的實例教程
在《解決橡膠大變形網(wǎng)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(lián)合操作，可以實現(xiàn)大變形中由于網(wǎng)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(xiàn)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(gòu)網(wǎng)格，之后導入ABAQUS/CAE中進行前處理的重新設(shè)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(jié)點的載荷曲線可以看到，由于map solution的將節(jié)點應力映射到新的網(wǎng)格上，兩個模型的載荷曲線基本達到首尾相連的狀態(tài)，少量的誤差也是在可接受范圍之內(nèi)的，這樣就通過映射網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)的方法，對畸變的網(wǎng)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(gòu)了網(wǎng)格，橡膠的填充效果比較理想，并沒有出現(xiàn)大的畸變和因此導致的不收斂情況發(fā)生。
可見，對于大變形中的網(wǎng)格畸變問題，我們只要運用ABAQUS的map solution功能，并結(jié)合強大的前處理軟件ANSA以及ABAQUS/CAE聯(lián)合作用，便可以在網(wǎng)格發(fā)生畸變之前進行重構(gòu)，并映射前一步結(jié)果，再通過重啟動分析使計算繼續(xù)的進行下去，使得網(wǎng)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(quán)歸作者所有。
展開 一直以來，這樣一個問題始終在困擾著CAE工程師及有限元仿真族們：在橡膠材料的大變形問題中，往往由于過于劇烈的材料變形，導致開始時劃分的網(wǎng)格畸變嚴重，不再適用于新的幾何形狀，局部應力集中，最終導致計算結(jié)果不收斂，分析無法繼續(xù)進行。如原本球形的橡膠材料最終變?yōu)榱⒎襟w，又或者截面形貌發(fā)生劇烈變形等等，隨著變形的加劇，網(wǎng)格的不再適應對于大變形問題是一直是困擾工程師們的頭疼問題。
不需要的復雜拉格朗日-歐拉自適應網(wǎng)格技術(shù)，也不需要效果欠佳的自適應ALE劃分，今天，我們就通過一個實例來看看，如何運用ABAQUS的*map solution功能，聯(lián)合強大的前處理軟件ANSA，來快速、輕松、高效解決大變形中網(wǎng)格畸變的問題。
如圖所示，在ABAQUS/CAE中建立幾何模型并劃分網(wǎng)格定義接觸和邊界條件，在橡膠試樣頂部施加-Y方向50mm的位移，提交計算后可以看到，因為大變形導致的網(wǎng)格畸變使得計算無法完成。
可以看到隨著橡膠試樣被擠入左右的耳腔里，網(wǎng)格發(fā)生嚴重畸變，長寬比急劇增大，導致計算到0.89秒時，無法收斂而終止。我們可以將此分析分為以下兩步來完成：首先，對橡膠試樣下壓30mm（此時網(wǎng)格剛剛開始發(fā)生畸變，注意：不要用計算不收斂時的最后一步做為重構(gòu)網(wǎng)格的初始模型，因為不收斂之前網(wǎng)格已經(jīng)發(fā)生的劇烈的變形，局部應力集中，計算已經(jīng)不再準確），隨后通過下壓30mm的odb結(jié)果文件導出最后一步中的part模型，在前處理軟件ANSA中進行網(wǎng)格重構(gòu)。
重構(gòu)后的網(wǎng)格較為規(guī)整，更加利于計算的收斂。接著將重構(gòu)后的網(wǎng)格導入ABAQUS/CAE中進行前處理的重新定義，并寫入INP文件。
展開 通常在進行初始網(wǎng)格劃分時．需特別注意大變形區(qū)的網(wǎng)格形態(tài)，開始盡量采用粗網(wǎng)格劃分。以降低分析的復雜程度。然后根據(jù)問題的類型和分析結(jié)果進行網(wǎng)格重劃分，盡可能使網(wǎng)格發(fā)生大變形后仍具有良好的單元幾何形態(tài)。
圖4、不同網(wǎng)格尺寸對大變形仿真的影響（左1mm/中2mm/右3mm）
2：網(wǎng)格階次的選擇
在大變形的仿真計算中，建議優(yōu)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(fā)生單元畸變。
圖5、不同網(wǎng)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(shè)置盡可能小的時間步長，以保證求解結(jié)果的精度和可靠性。并對結(jié)果作仔細檢查，以確定原始測試數(shù)據(jù)是否涵蓋了模型的變形模式和最大應變。以上均為常規(guī)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(wǎng)格重繪技術(shù)。
網(wǎng)格重繪技術(shù)不是ABAQUS軟件中的網(wǎng)格自適應技術(shù)，其利用Map Solution命令將計算結(jié)果映射到一個新的網(wǎng)格文件上，然后針對新的網(wǎng)格文件進行二次計算，其計算流程可總結(jié)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(jié)果映射進來，但是由于前后兩次的網(wǎng)格文件并不能做到完全一致，所以在分段計算的結(jié)果與整體一次性計算的結(jié)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(shù)據(jù)呈現(xiàn)出一致性，但是由于在20mm后引入重繪網(wǎng)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(wǎng)格重繪，獲取了質(zhì)量較高的網(wǎng)格文件，所以其可壓縮至40.76mm(模型原高度為50mm)。
展開 workbench中橡膠壓縮變形分析
橡膠壓縮是密封圈當中經(jīng)常遇到的一種現(xiàn)象，但是仿真分析對于橡膠壓縮有很難收斂的現(xiàn)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(wǎng)格的應用方法
2.橡膠材料參數(shù)的設(shè)置
3.非線性接觸的設(shè)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(wǎng)格隨意劃分
3設(shè)置自適應網(wǎng)格，采用mesh方法，計算過程自動加密網(wǎng)格，需要注意的是，必須打開大變形，單元必須去除中間節(jié)點
4邊界條件采用，向下強制位移的方法
5提取結(jié)果（公眾號: CAE_ANSYS）
可以看到網(wǎng)格發(fā)生了重新劃分，網(wǎng)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(jié)果顯示中間橡膠發(fā)生大變形
本實例需要注意的是，橡膠材料的設(shè)置，不需要設(shè)置彈性模量，還有就是接觸的設(shè)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(jié)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 圓柱體坯料鍛造鐓粗-ALE網(wǎng)格自適應大變形分析
Upsettingofacylindricalbillet:quasi-staticanalysiswithmesh-to-meshsolutionmapping(Abaqus/Standard)andadaptivemeshing(Abaqus/Explicit)
這是abaqus幫助文檔案例之一。內(nèi)容為自己親自動手做的，含經(jīng)驗分享。
本案例旨在模擬一個圓柱體坯料在剛性平板間的鐓粗過程，這是一個涉及大應變、幾何非線性和接觸的高度非線性問題。其核心挑戰(zhàn)在于：如何在極度網(wǎng)格畸變下繼續(xù)獲得穩(wěn)定、準確的準靜態(tài)解。
案例演示了兩種解決方案：
1、在 Abaqus/Standard 中使用網(wǎng)格到網(wǎng)格的解映射 (Mesh-to-Mesh Solution Mapping)：當初始、網(wǎng)格嚴重畸變時，停止計算，基于當前變形構(gòu)型生成新網(wǎng)格，并將所有場變量（應力、應變、狀態(tài)變量等）從舊網(wǎng)格“映射”到新網(wǎng)格，然后在新網(wǎng)格上繼續(xù)分析。
2、在 Abaqus/Explicit 中使用自適應網(wǎng)格 (ALE Adaptive Meshing)：在分析過程中，周期性地平滑網(wǎng)格節(jié)點（不改變單元連接關(guān)系），使其相對于材料移動，從而在材料發(fā)生大變形時仍能保持網(wǎng)格質(zhì)量。
Abaqus/Standard 方案：網(wǎng)格到網(wǎng)格解映射步驟解析
這種方法本質(zhì)上是分階段的手動重啟動分析。
第一階段分析 (Initial Analysis)
建模: 創(chuàng)建圓柱坯料（可塑性材料）和兩個剛性平板的初始模型，定義接觸。
分析設(shè)置: 建立一個準靜態(tài)（Static, General）分析步，施加位移載荷使平板擠壓坯料。
運行與分析監(jiān)控: 提交計算。密切關(guān)注狀態(tài)文件（ .sta ）中的增量嘗試情況和消息文件（ .msg ）中的警告。
展開 
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網(wǎng)格大變形的最新內(nèi)容
Ansys Fluent獨有的局部網(wǎng)格重構(gòu)技術(shù)可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問題以及物體運動規(guī)律事先不知道而完全由流動所產(chǎn)生的力所決定的問題。Ansys Fluent 所具有的嵌套網(wǎng)格功能也極大提升了瞬態(tài)運動類型問題的分析效率。
在面對復雜流動及傳熱傳質(zhì)分析問題的過程中，Ansys Fluent 的非耦合隱式算法、耦合顯示算法及耦合隱式算法可以應對各種求解需求。
圓柱體坯料鍛造鐓粗-ALE網(wǎng)格自適應大變形分析
Upsettingofacylindricalbillet:quasi-staticanalysiswithmesh-to-meshsolutionmapping(Abaqus/Standard)andadaptivemeshing(Abaqus/Explicit)
這是abaqus幫助文檔案例之一。
考慮GND的大變形冷軋模擬4個月前
參考文獻：《Rolling deformation mechanism of dual-phase NiTiNb shape memory alloy thin strip based on crystal plasticity finite element method》
該文章聚焦雙相 NiTiNb 形狀記憶合金薄帶在 20% 軋制壓下量下的微觀變形機制，作者用晶體塑性有限元（CPFEM）
參考文獻《Large-deformation crystal plasticity simulation of microstructure and microtexture evolution through adaptive remeshing》
在我們進行大變形晶體塑性時，做到后期，最常見的“翻車點”不是本構(gòu)收斂性問題，而是網(wǎng)格畸變：單元被壓扁/拉長后，數(shù)值誤差會明顯放大，輕則結(jié)果不準，
流固相互作用是工程應用中常見的問題。一種情況是液體（或氣體）包含在固體中，在固體上施加各種載荷，例如輪胎、充氣鞋和流體容器。靜壓流體元件非常適合這種應用。介紹了一種模擬氣囊式氣鞋的方法。鞋內(nèi)的空氣遵循理想氣體定律。這些靜壓流體元件是通過Ansys機械中的命令行定義的。
本文比較了驅(qū)動軸在扭轉(zhuǎn)下的兩種模擬，并強調(diào)了將大撓度納入模擬以考慮實際行為的重要性。
本文比較了兩種驅(qū)動軸在扭轉(zhuǎn)作用下的模擬，一種是大撓度開啟，另一種是無大撓度開啟。仿真強調(diào)了大撓度的思想和重要性。
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基于大變形的魚竿彎曲變形仿真對比6個月前
該模型展示了釣魚竿的彎曲情況。對于大撓度的細長結(jié)構(gòu)，更新其剛度非常重要，否則結(jié)果可能不準確。這一效應通過本次模擬得以捕捉
觀察魚竿的彎曲情況，并將更新結(jié)構(gòu)剛度前后的結(jié)果進行比較
這個例子說明了釣魚竿的彎曲情況，重要的是要考慮到結(jié)構(gòu)的大撓度
釣竿是典型的大撓度示例。回顧一下這個釣竿的模擬，并嘗試解釋為什么避免使用大撓度會對結(jié)果產(chǎn)生影響
每個案例均實現(xiàn) “問題拆解 - 技術(shù)方案 - 全流程實操 - 結(jié)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(chǎn)生破碎、飛濺等極端大變形，同時彈體與水體產(chǎn)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(wǎng)格畸變的大變形問題
任意拉格朗日-歐拉法結(jié)合了兩種計算方法的優(yōu)點，在計算的過程中可實時調(diào)整網(wǎng)格，適用于大變形材料的計算模擬。
本文的計算采用LS-DYNA平臺，將滑坡體的運動采用ALE的方法模擬，樁體采用FEM的方法模擬。
某移動罩下軌道梁（H型鋼），在移動罩運動時，產(chǎn)生較大變形，通過有限元分析，使用動載荷分析
動態(tài)載荷可依其作用方式的不同，分為以下三類：
1．構(gòu)件作加速運動。這時構(gòu)件的各個質(zhì)點將受到與其加速度有關(guān)的慣性力作用，故此類問題習慣上又稱為慣性力問題。
2．載荷以一定的速度施加于構(gòu)件上，或者構(gòu)件的運動突然受阻，這類問題稱為沖擊問題。
3．構(gòu)件受到的載荷或由載荷引起的應力的大小或方向
