abaqus大變形開關(guān)的案例
在WELSIM中打開結(jié)構(gòu)大變形開關(guān)
結(jié)構(gòu)分析中，大變形（Finite Deformation）是當(dāng)結(jié)構(gòu)件變形達(dá)到某種程度時，必須要考慮的一個因素。在數(shù)學(xué)理論上，大變形由于二次應(yīng)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(rèn)打開大變形開關(guān)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(shè)置相關(guān)屬性。下面我們來看一下如何實現(xiàn)的。
在一個新建的FEM項目中，新建一個材料，并命名為myMaterial。設(shè)置楊氏模量為4000，泊松比為0.3。
建立一個塊狀（Box）結(jié)構(gòu)體，并設(shè)置長寬高為1x1x10。并將剛才建立的材料myMaterial賦予此結(jié)構(gòu)體。
設(shè)置最大單元為0.2，并選用高階單元，劃分好的網(wǎng)格模型如下。總共有9957個節(jié)點(diǎn)，5609個Tet10單元。
在StudySettings節(jié)點(diǎn)中，會有一個Finite Deformation屬性，將默認(rèn)的False設(shè)置為True，這樣就打開了大變形開關(guān)。并設(shè)置10個子步，用于遞進(jìn)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(diǎn)擊計算，并很快得到結(jié)果。添加位移和應(yīng)力結(jié)果并讀取。由于設(shè)置了10個子步數(shù)，所以有10個結(jié)果節(jié)點(diǎn)。
Y方向位移結(jié)果云圖。
Von-Mises應(yīng)力結(jié)果云圖。
展開 仿真應(yīng)用 | Workbench大變形開關(guān)對有限元求解的影響
南京安世亞太公司
在基于ANSYS Workbench平臺進(jìn)行電梯轎廂的剛度分析時，需要明確是否開啟大變形開關(guān)。那么大變形選項對結(jié)構(gòu)（尤其是鈑金結(jié)構(gòu)）的影響到底是怎么樣的？什么時候需要考慮幾何非線性？什么時候又可以不考慮？這是剛度校核過程中值得思考的問題。
什么是大變形
在線性分析中，平衡方程的建立是以結(jié)構(gòu)初始幾何關(guān)系為依據(jù)的。由于大變形（大應(yīng)變，大撓度，大轉(zhuǎn)角）會引起結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系發(fā)生變化，所以對于大變形問題，使用線性分析是不恰當(dāng)?shù)模清e誤的。workbench中可以設(shè)置是否考慮大變形效應(yīng)。當(dāng)打開該設(shè)置時，軟件通過子步迭代的方法，不斷調(diào)整剛度矩陣，進(jìn)而考慮了結(jié)構(gòu)幾何關(guān)系的改變。其實可以這么說，在線性問題中，是否考慮大變形效應(yīng)（幾何非線性分析）的求解結(jié)果是接近的。在幾何非線性問題中，使用線性分析會產(chǎn)生較大誤差，甚至是錯誤的，必須考慮大變形。
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(jìn)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(fù)雜程度。然后根據(jù)問題的類型和分析結(jié)果進(jìn)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(yīng)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(xì)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(yīng)變。以上均為常規(guī)手段，對于一些較為復(fù)雜的模型仍不能做到較好的收斂。那么針對一些復(fù)雜模型，就用應(yīng)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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 Abaqus模擬橡膠大變形
Abaqus為用戶提供了多種本構(gòu)關(guān)系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當(dāng)Abaqus進(jìn)行模擬時假設(shè)這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時考慮幾何非線性效應(yīng)。與材料的剪切柔度相比，對于大多數(shù)類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當(dāng)分析對象為平面應(yīng)力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個問題不值得關(guān)注。但是對于固體、平面應(yīng)變或者軸對稱問題卻不能忽略。對此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學(xué)性能的描述方法主要為兩類：一類是認(rèn)為橡膠為連續(xù)介質(zhì)的現(xiàn)象學(xué)描述；另一類是基于熱力學(xué)統(tǒng)計的方法。基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的本構(gòu)模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于熱力學(xué)統(tǒng)計主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構(gòu)模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數(shù)如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數(shù)設(shè)置
3、裝配，定義分析步，采用默認(rèn)的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂，設(shè)置分析步初始增量步為0.01，打開幾何非線性。
圖3 分析步定義
4、定義接觸對：Push下表面和橡膠表面，Base上表面和橡膠表面。
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ABAQUS 單向拉伸大變形模擬
靜態(tài)模擬一種軟材料POE的單向拉伸，拉伸應(yīng)變希望到300%，但是總是在100%就失敗了。不知道哪里出了問題，有沒有高手幫幫忙。
基于ABAQUS的CEL大變形仿真 ￥1
基于ABAQUS的CEL大變形模擬
1.幾何模型構(gòu)建
2.材料參數(shù)定義
3.網(wǎng)格系統(tǒng)構(gòu)建
坯料不進(jìn)行網(wǎng)格劃分
4.求解設(shè)定如下
流固耦合分析只能采用顯示動力學(xué)分析
坯料刪除或抑制
應(yīng)力云圖
等效塑性應(yīng)變云圖
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬 ￥70
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬
一、建模技術(shù)
地震工況下邊坡可能失穩(wěn)進(jìn)而出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，為避免模擬滑坡時網(wǎng)格產(chǎn)生的畸變問題，采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)進(jìn)行滑坡的大變形模擬；土體本構(gòu)采用摩爾庫倫模型；采用模型底部小范圍內(nèi)的周期性荷載模擬地震荷載。
二、模型及部分結(jié)果展示
圖1：藍(lán)色為邊坡；紅色為空氣層
圖2：網(wǎng)格的劃分
圖3：賦予模型初始應(yīng)力
圖4：土體達(dá)到地應(yīng)力平衡時的應(yīng)力分布
圖5：土體底部的地震荷載施加區(qū)域
圖6：所施加的周期性荷載（地震荷載）
圖7：邊坡因地震荷載產(chǎn)生的位移
圖8：地震波產(chǎn)生的區(qū)域
展開 Abaqus模擬橡膠大變形/模擬橡膠彎曲
Abaqus為用戶提供了多種本構(gòu)關(guān)系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當(dāng)Abaqus進(jìn)行模擬時假設(shè)這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時考慮幾何非線性效應(yīng)。與材料的剪切柔度相比，對于大多數(shù)類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當(dāng)分析對象為平面應(yīng)力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個問題不值得關(guān)注。但是對于固體、平面應(yīng)變或者軸對稱問題卻不能忽略。對此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學(xué)性能的描述方法主要為兩類：一類是認(rèn)為橡膠為連續(xù)介質(zhì)的現(xiàn)象學(xué)描述；另一類是基于熱力學(xué)統(tǒng)計的方法。基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的本構(gòu)模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于熱力學(xué)統(tǒng)計主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構(gòu)模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數(shù)如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數(shù)設(shè)置
3、裝配，定義分析步，采用默認(rèn)的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂，設(shè)置分析步初始增量步為0.01，打開幾何非線性。
展開 基于ABAQUS的橡膠密封圈大變形仿真分析
橡膠圈的材料選取、形狀的設(shè)計及受力大小對其密封性能有很大的影響，然而在實際壓縮試驗過程中很難觀測到其受力變形的瞬態(tài)大變形行為。通過ABAQUS有限元分析可以得到橡膠圈的受力變形過程，對產(chǎn)品的設(shè)計及優(yōu)化具有較大的幫助，也有利于縮短研發(fā)周期，降低經(jīng)濟(jì)成本。
2模型建立
模型采用常用的橡膠材料與模具裝配模型，如圖1所示。整個建模過程與后續(xù)的有限元分析中均采用統(tǒng)一的mm單位制。
圖1 模型基本尺寸
3有限元分析
本案例的有限元分析是在ABAQUS 2017平臺上全程進(jìn)行的。運(yùn)用Standard/Explicit分析模塊，之后進(jìn)入Part模塊創(chuàng)建上述分析模型。建立的有限元模型如圖2所示。模型中主要涉及兩種材料模型，橡膠本構(gòu)已經(jīng)很成熟了，選用超彈性Mooney-Rivlin本構(gòu)，模具使用鋼鐵本構(gòu)，輸入基本的物理參數(shù)即可。橡膠圈及鋼鐵本構(gòu)參數(shù)分別如圖3、4所示。之后定義接觸及邊界條件完成有限元模型的前處理操作。
圖2有限元模型
圖3橡膠圈本構(gòu)參數(shù)
圖4模具本構(gòu)參數(shù)
4結(jié)果與討論
模型的后處理操作是在Abaqus/CAE的Visualization模塊，模型求解完成后對云圖只顯示材料填充區(qū)域云圖，此時，橡膠材料就從一開始的圓形被壓縮成類似于矩形的形狀，如圖5所示。
圖5應(yīng)力云圖
5結(jié)論
本案例針對橡膠圈進(jìn)行了一個簡單的大變形分析，從應(yīng)力云圖來看，仿真結(jié)果很好模擬了橡膠圈在壓縮時候的大變形行為，后續(xù)可以單獨(dú)提取最大變形處的應(yīng)力應(yīng)變曲線等，對產(chǎn)品的設(shè)計有一定的參考意義。
展開 ABAQUS CEL (例3) 巖土大變形的模擬
該例子放于我的視頻專欄內(nèi)，以視頻形式講解巖土工程大變形的數(shù)值模擬，視頻包含所有模型創(chuàng)建過程及邊界條件的處理，適合新手掌握CEL在Abaqus中的應(yīng)用；有CEL技術(shù)問題，歡迎大家一起探討
ABAQUS中橡膠大變形問題的一些解決辦法
分析步的設(shè)置
多設(shè)置一個小載荷的分析步，讓接觸關(guān)系平穩(wěn)的建立起來以后，在下一個分析步中施加更大的真實的載荷，可以減小收斂的困難。
接觸的設(shè)置
把剛體面或剛度較大的面作為主面，橡膠一般作為從面。剛性面上的尖角會引起收斂問題，可定義倒角光滑解析剛性面上的尖角。定義接觸時應(yīng)當(dāng)注意接觸面的法向方向應(yīng)該相反。兩個接觸面之間滑動較大，故選用有限滑動算法。在ABAQUS/Standard中，對“Constraint enforcement method”的選擇，平面應(yīng)力問題建議選用“Node to surface”，平面應(yīng)變問題建議選用“Surface to surface”。在結(jié)果出來后往往會發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，這時需要重點(diǎn)檢查兩個方面：
1.接觸定義是否正確，包括主從面、法線方向等；2.從面網(wǎng)格需要細(xì)化。
約束的設(shè)置
可能的情況下，應(yīng)當(dāng)增加約束，可以增大求解的成功的可能，而約束不足容易產(chǎn)生奇異解，比如橡膠“到處亂跑”。比如本模型中，可以對橡膠下方的接觸點(diǎn)全約束，而橡膠上方的接觸點(diǎn)只允許豎直方向的移動。
網(wǎng)格
網(wǎng)格的疏密、網(wǎng)格劃分技術(shù)（Mesh controls）和單元類型的選擇，對計算的成敗影響很大。只能具體問題具體分析，可參考石亦平的《ABAQUS有限元分析實例詳解》。劃分好網(wǎng)格后最好使用verify來檢查一下網(wǎng)格的質(zhì)量，發(fā)生扭曲的地方要改善網(wǎng)格質(zhì)量。變形嚴(yán)重的地方需要細(xì)化網(wǎng)格。優(yōu)先選用線性單元，高階單元容易發(fā)生單元畸變，易于導(dǎo)致計算失敗和不準(zhǔn)確的結(jié)果。
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ABAQUS CEL (例4) 多層土的巖土大變形模擬
該例子放于我的視頻專欄內(nèi)，以視頻形式講解在多層土情況下巖土的大變形問題，例如如何模擬每層土與結(jié)構(gòu)之間的接觸，以及土層與土層之間的接觸問題，視頻包含完整Abaqus建模過程
Abaqus大變形之SPH方法模擬分析Step by Step ￥3
Abaqus大變形之SPH方法模擬分析Step by Step-01-10.pdf
ABAQUS案例-CEL方法在大變形分析中的應(yīng)用及技巧 ￥3
ABAQUS提供了三種網(wǎng)格與材料相互作用模型：一是Lagrangian法，它認(rèn)為節(jié)點(diǎn)固定于材料內(nèi)部；二是ALE法，它認(rèn)為材料自由邊界處網(wǎng)格固定；三是Eulerian法，它認(rèn)為網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)是固定的，而材料在網(wǎng)格內(nèi)部流動。在很多應(yīng)用中，高度變形的材質(zhì)（例如流體）與拉格朗日體相互作用，例如船體與波浪的作用，封閉在固體容器內(nèi)的流體等，對于這種情況，ABAQUS提供了耦合CEL方法。本實例（附件中的inp文件）即是展示了如何采用CEL方法來模擬大變形問題(例如大變形沖壓成型)，以及演示了分析中的技巧。
解決橡膠大變形網(wǎng)格畸變，ABAQUS有絕招（下）
在《解決橡膠大變形網(wǎng)格畸變，ABAQUS有絕招（上）》中介紹到，運(yùn)用ABAQUS中的map solution功能和強(qiáng)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(dǎo)致的計算不收斂問題，本文將進(jìn)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(jìn)行重構(gòu)網(wǎng)格，之后導(dǎo)入ABAQUS/CAE中進(jìn)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(diǎn)的載荷曲線可以看到，由于map solution的將節(jié)點(diǎn)應(yīng)力映射到新的網(wǎng)格上，兩個模型的載荷曲線基本達(dá)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(diǎn)數(shù)據(jù)的方法，對畸變的網(wǎng)格進(jìn)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(yīng)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(dǎo)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(yùn)用ABAQUS的map solution功能，并結(jié)合強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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。
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