abaqus能量沙漏的案例
ABAQUS動態(tài)分析中的能量平衡、沙漏及結(jié)果評估
ABAQUS動態(tài)分析中的能量平衡、沙漏及結(jié)果評估
abaqus DEM做的沙漏
*particle generator flow，幫助文檔上有說明，
在本平臺中也看到玉蝴蝶做的沙漏，就想自己也做做，生成粒子沒有問題，卡在旋轉(zhuǎn)上，真的卡了一段時間，最近看到abaqus官網(wǎng)上有個例子，看了看，找到問題關(guān)鍵，終于得以解決，貼出來大家一起欣賞吧
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ABAQUS模擬沙漏
ABAQUS模擬沙漏
轉(zhuǎn)載，Abaqus分析中的沙漏效應(yīng)
沙漏的定義
沙漏（hourglassing）的產(chǎn)生是一種數(shù)值問題，是單元自身存在的一種數(shù)值問題。一般出現(xiàn)在采用縮減積分單元的情況下：
比如一階四邊形縮減積分單元，該單元有四個節(jié)點 “o”，但只有一個積分點“*”。而且該積分點位于單元中心位置，此時如果單元受彎曲或者受剪切作用，則必然會發(fā)生變形，如下圖所示。
對于單積分點線性單元，單元雖然受力后產(chǎn)生變形，但并沒有產(chǎn)生應(yīng)變能--也叫零能量模式。在這種情況下，單元沒有剛度，所以不能抵抗變形，顯然這樣的結(jié)論是不合理的，所以必須避免這種情況的出現(xiàn)，需要加以控制，既然沒有剛度，就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴展---人為加的沙漏剛度就是這么來的。
2.沙漏的控制方法
目前常用的沙漏控制算法大致分為兩類：粘性阻尼算法和彈性剛度算法。這兩種算法分別通過引入沙漏變形方向上的阻尼約束力和剛度約束力來控制沙漏變形。
由于引入了沙漏控制力，同時就會產(chǎn)生沙漏能量損失，對于系統(tǒng)的能量平衡產(chǎn)生影響。在某些工程問題中，采用沙漏控制方法并不能完全解決沙漏問題，對于這類問題，可采用多點積分的單元來解決，當(dāng)然計算成本也會大大增加。
3.ABAQUS中沙漏的設(shè)置
在ABAQUS/CAE中，可以方便地在Element Type界面下進行沙漏的設(shè)置。
1、Distortion control：只用于explicit分析。
當(dāng)選擇 YES時，激活防止負體積單元出現(xiàn)或其他可壓縮材料的過度變形，這對超彈材料是默認的。Distortion control參數(shù)對線性動力學(xué)不可用，并且不能防止單元由于時間不穩(wěn)定、沙漏不穩(wěn)定或不切實際的物理變形造成的扭曲。
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Abaqus分析中的沙漏效應(yīng)
沙漏的定義
沙漏（hourglassing）的產(chǎn)生是一種數(shù)值問題，是單元自身存在的一種數(shù)值問題。一般出現(xiàn)在采用縮減積分單元的情況下：
比如一階四邊形縮減積分單元，該單元有四個節(jié)點 “o”，但只有一個積分點“*”。而且該積分點位于單元中心位置，此時如果單元受彎曲或者受剪切作用，則必然會發(fā)生變形，如下圖所示。
對于單積分點線性單元，單元雖然受力后產(chǎn)生變形，但并沒有產(chǎn)生應(yīng)變能--也叫零能量模式。在這種情況下，單元沒有剛度，所以不能抵抗變形，顯然這樣的結(jié)論是不合理的，所以必須避免這種情況的出現(xiàn)，需要加以控制，既然沒有剛度，就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴展---人為加的沙漏剛度就是這么來的。
2. 沙漏的控制方法
目前常用的沙漏控制算法大致分為兩類：粘性阻尼算法和彈性剛度算法。這兩種算法分別通過引入沙漏變形方向上的阻尼約束力和剛度約束力來控制沙漏變形。
由于引入了沙漏控制力，同時就會產(chǎn)生沙漏能量損失，對于系統(tǒng)的能量平衡產(chǎn)生影響。在某些工程問題中，采用沙漏控制方法并不能完全解決沙漏問題，對于這類問題，可采用多點積分的單元來解決，當(dāng)然計算成本也會大大增加。
3.ABAQUS中沙漏的設(shè)置
在ABAQUS/CAE中，可以方便地在Element Type界面下進行沙漏的設(shè)置。
1、Distortion control：只用于explicit分析。
當(dāng)選擇 YES時，激活防止負體積單元出現(xiàn)或其他可壓縮材料的過度變形，這對超彈材料是默認的。Distortion control參數(shù)對線性動力學(xué)不可用，并且不能防止單元由于時間不穩(wěn)定、沙漏不穩(wěn)定或不切實際的物理變形造成的扭曲。
展開 abaqus離散元沙漏模型
*Particle Generator, name=dem1, type=PD3D,
Maximum Number of Particles=2000
*Particle Generator Inlet, surface=inlet1
*Particle Generator Mixture
dem1,
*Discrete Section, elset=dem1, density=0.25, alpha=7.0
PDF1,
*Discrete Elasticity
2.0E+10, 0.25
*Probability Density Function, name=PDF1, TYPE=DISCRETE
0.5, 1.0
______
*Particle Generator Flow, generator=Particle1-1.dem1
FlowSpeed, MassFlow
**
*Contact
*Contact Controls Assignment, rotational terms=STRUCTURAL
*Contact Inclusions
dem1, loudou-1.in
dem1, dem1
*Contact Property Assignment
dem1, loudou-1.in, P1F
dem1, dem1, P11
*dload
particle1-1.dem1, GRAV, 9800., 0., -1., 0.
展開 ABAQUS疑難雜癥之沙漏剛度
源文件可在公眾號:‘易木木響叮當(dāng)’ 內(nèi)回復(fù)“沙漏剛度”自動獲取。
Abaqus使用umat子程序的沙漏問題
在使用umat子程序時，采用縮減積分單元后，沙漏控制剛度是通過材料屬性中的彈性性質(zhì)定義的，這些剛度基于材料初始剪切模量的值。但是在使用umat時，Abaqus對程序輸入文件進行預(yù)處理時得不到剪切模量的數(shù)值，所以這時候必須通過hourglass stiffness定義具有沙漏模式的單元的沙漏控制剛度。
在Abaqus/CAE 的單元模塊即可定義沙漏控制模式，如圖所示。
ABAQUS中的單元選擇-理解剪切自鎖和沙漏
但是同時注意到，單元中心點（積分點）x和y方向上的長度也沒有變化（圖4），基于該點所計算的整個單元的應(yīng)變能將等于0，單元表現(xiàn)為零剛度，單元過軟，稱為沙漏hourglass現(xiàn)象。在網(wǎng)格較粗時，零剛度現(xiàn)象將通過網(wǎng)格進一步擴散，從而產(chǎn)生無意義的結(jié)果。為了限制沙漏現(xiàn)象的擴展，ABAQUS引進了“防沙漏剛度”Hourglass stiffness，一般情況下采用默認值即可，如果確有需要可在圖1中的Hourglass control選項中設(shè)置。
圖4
四、小結(jié)
如果模型中有比較明顯的彎曲現(xiàn)象，為避免出現(xiàn)剪切自鎖現(xiàn)象，優(yōu)先選擇二階單元，或者采用縮減積分方案（網(wǎng)格需要更細，通常厚度方向4層以上）。
來源： ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用
展開 Abaqus有限元仿真分析中的沙漏控制方法與設(shè)置
abaqus中沙漏的產(chǎn)生是一種數(shù)值問題，單元自身存在的一種數(shù)值問題，舉個例子，對于單積分點線性單元，單元受力變形沒有產(chǎn)生應(yīng)變能，也叫0能量模式，在這種情況下，單元沒有剛度，所以不能抵抗變形，不合理，所以必須避免這種情況的出現(xiàn)，需要加以控制，既然沒有剛度，就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴展，人為加的沙漏剛度就是這么來的。下面，小編就給大家分享一下"Abaqus有限元仿真分析中的沙漏控制方法與設(shè)置"。
沙漏的定義
沙漏（hourglassing）的產(chǎn)生是一種數(shù)值問題，是單元自身存在的一種數(shù)值問題。一般出現(xiàn)在采用縮減積分單元的情況下：比如一階四邊形縮減積分單元，該單元有四個節(jié)點“o”，但只有一個積分點"*"。而且該積分點位于單元中心位置，此時如果單元受彎曲或者受剪切作用，則必然會發(fā)生變形，如下圖所示。
單元原始狀態(tài)、單元受剪切作用變形、單元受彎曲作用變形
對于單積分點線性單元，單元雖然受力后產(chǎn)生變形，但并沒有產(chǎn)生應(yīng)變能--也叫零能量模式。在這種情況下，單元沒有剛度，所以不能抵抗變形，顯然這樣的結(jié)論是不合理的，所以必須避免這種情況的出現(xiàn)，需要加以控制，既然沒有剛度，就要施加虛擬的剛度以限制沙漏模式的擴展，人為加的沙漏剛度就是這么來的。
沙漏的控制方法
目前常用的沙漏控制算法大致分為兩類：粘性阻尼算法和彈性剛度算法。這兩種算法分別通過引入沙漏變形方向上的阻尼約束力和剛度約束力來控制沙漏變形。
由于引入了沙漏控制力，同時就會產(chǎn)生沙漏能量損失，對于系統(tǒng)的能量平衡產(chǎn)生影響。在某些工程問題中，采用沙漏控制方法并不能完全解決沙漏問題，對于這類問題，可采用多點積分的單元來解決，當(dāng)然計算成本也會大大增加。
ABAQUS中沙漏的設(shè)置
在ABAQUS/CAE中，可以方便地在ElementType界面下進行沙漏的設(shè)置。
展開 Abaqus應(yīng)用之能量篇
該文檔主要介紹了Abaqus/Explicit分析中的能量相關(guān)內(nèi)容，包括能量平衡表述、輸出及相關(guān)特點，具體如下：
一、能量平衡表述
1．能量平衡公式：
其中， EI 為內(nèi)能，EV為粘性耗散能，EFD是摩擦耗散能，EKE是動能，EW是外加載荷所做的功。這些能量分量的總和為，它必須是個常數(shù)。在數(shù)值模型中， 只是近似的常數(shù)，一般有小于1％的誤差。
2．內(nèi)能組成
內(nèi)能是能量的總和，它包括可恢復(fù)的彈性應(yīng)變能EE；非彈性過程的能量耗散（例如塑性）EP；粘彈性或者蠕變過程的能量耗散ECD；和偽應(yīng)變能EA：
l 彈性應(yīng)變能EE：可恢復(fù)的能量。
l 非彈性耗散能EP：如塑性變形等過程的能量耗散。
l 粘彈性耗散能ECD：粘彈性或蠕變過程的能量耗散。
l 偽應(yīng)變能EA：包括沙漏阻力及殼和梁單元橫向剪切中的能量，大量偽應(yīng)變能表明需對網(wǎng)格進行細劃或修改，單元偽應(yīng)變能密度可查看各單元偽應(yīng)變能情況，偽應(yīng)變能ALLSE<5%時沙漏可控制。
3．粘性能：
由阻尼機制引起，包括體粘性阻尼和材料阻尼，與粘彈性或非彈性過程耗散能量不同。
4．外力功
由節(jié)點力（力矩）和位移（轉(zhuǎn)角）定義，指定邊界條件也有貢獻。
展開 
abaqus鋼管壓縮及能量輸出
abaqus鋼管壓縮及能量輸出
ABAQUS能量平衡輸出變量
Total energy output quantities
ALLAE
“Artificial” strain energy associated with constraints used to remove singular modes (such as hourglass control), and with constraints used to make the drill rotation follow the in-plane rotation of the shell elements.
ALLCD
Energy dissipated by creep, swelling, and viscoelasticity.
ALLEE
Electrostatic energy.
ALLFD
Total energy dissipated through frictional effects. (Available only for the whole model.)
ALLIE
Total strain energy. (ALLIE = ALLSE + ALLPD + ALLCD + ALLAE + ALLQB + ALLEE + ALLDMD.)
ALLJD
Electrical energy dissipated due to flow of electrical current.
ALLKE
Kinetic energy.
ALLKL
Loss of kinetic energy at impact. (Available only for the whole model.)
ALLPD
Energy dissipated by rate-independent and rate-dependent
展開 ABAQUS中的能量平衡
2、我分析的是結(jié)構(gòu)在地震波作用下的反應(yīng)，通過查看資料發(fā)現(xiàn)，能量方程有兩種，即相對能量方程和絕對能量方程，相對能量方程是動力方程兩邊對“相對位移”積分得到的，絕對能量方程式動力方程兩邊對“絕對位移”積分得到的，我在ABAQUS幫助文件中沒有找到這些能量項計算的公式說明，請問這些能量項的計算公式在哪本資料上能夠查的到？還想再問下，如果求地震波輸入結(jié)構(gòu)中的能量，是否就是外力功ALLWK這項呢？
3、根據(jù)您博客中的內(nèi)容，內(nèi)能=彈性應(yīng)變能（Es）+塑性能（Ep）+阻尼耗能（Ev）+蠕變耗能（Ec），而彈性應(yīng)變能（Es）=損傷耗能（Ed）+可恢復(fù)能（Ee），這里的損傷耗能Ed是ABAQUS中變量ALLDMD（Damage dissipation energy）嗎？它代表什么意思呢？
比對公式2，如果ALLSE指的是可恢復(fù)的彈性應(yīng)變能，那么是否公式2中少了一項損傷耗能（Es），不知該怎么理解？
展開 有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實現(xiàn)方式研究系列3：S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制
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(jié)===
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(nèi)部已經(jīng)做了修正完全消除了剪切自鎖，所以不需要用戶做任何設(shè)置。
減縮積分單元才有沙漏現(xiàn)象，Abaqus的S4R默認增加一個人工的沙漏剛度來控制沙漏現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)結(jié)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。
Abaqus針對剪切自鎖和沙漏控制做的修正如下：
單元類型
元素
修正情況
剪切自鎖
S4
薄膜剛度
假設(shè)應(yīng)變方法修正
面外彎曲剛度
無
面外橫向剪切剛度
假設(shè)應(yīng)變方法修正
S4R
所有項
無
沙漏控制
S4
薄膜剛度
無
面外彎曲剛度
無
面外橫向剪切剛度
沙漏控制，和Belytchko公式不一致，暫時沒研究
S4R
薄膜剛度
和Belytchko公式一致，因子取0.005G
面外彎曲剛度
和Belytchko公式一致，因子取0.00375G*4
面外橫向剪切剛度
沙漏控制，和Belytchko公式不一致，暫時沒研究
詳細研究方法，見附件：
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實現(xiàn)方式研究系列3：S4殼單元剪切自鎖和沙漏控制(SnowWave02 20171018).pdf
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