abaqus能量負(fù)數(shù)的案例
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(diǎn)，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(dòng)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(gè)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(guò)程的能量耗散（例如塑性）EP；粘彈性或者蠕變過(guò)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(guò)程的能量耗散。
l 粘彈性耗散能ECD：粘彈性或蠕變過(guò)程的能量耗散。
l 偽應(yīng)變能EA：包括沙漏阻力及殼和梁?jiǎn)卧獧M向剪切中的能量，大量偽應(yīng)變能表明需對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)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(shí)沙漏可控制。
3．粘性能：
由阻尼機(jī)制引起，包括體粘性阻尼和材料阻尼，與粘彈性或非彈性過(guò)程耗散能量不同。
4．外力功
由節(jié)點(diǎn)力（力矩）和位移（轉(zhuǎn)角）定義，指定邊界條件也有貢獻(xiàn)。
展開(kāi) 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(guò)查看資料發(fā)現(xiàn)，能量方程有兩種，即相對(duì)能量方程和絕對(duì)能量方程，相對(duì)能量方程是動(dòng)力方程兩邊對(duì)“相對(duì)位移”積分得到的，絕對(duì)能量方程式動(dòng)力方程兩邊對(duì)“絕對(duì)位移”積分得到的，我在ABAQUS幫助文件中沒(méi)有找到這些能量項(xiàng)計(jì)算的公式說(shuō)明，請(qǐng)問(wèn)這些能量項(xiàng)的計(jì)算公式在哪本資料上能夠查的到？還想再問(wèn)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(xiàng)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(duì)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(xiàng)損傷耗能（Es），不知該怎么理解？
展開(kāi) 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
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Abaqus準(zhǔn)靜態(tài)小例子: 能量平衡、質(zhì)量放大
Abaqus準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題小例子
1，定義：將顯示問(wèn)題用于準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題需要一些特殊的考慮，由于準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題一般是較長(zhǎng)時(shí)間的求解過(guò)程，它將需要大量的時(shí)間增量，為了獲得較經(jīng)濟(jì)的解答，采取一些措施是必要的。但是帶的問(wèn)題是隨著加載速度的增加，慣性力起著越來(lái)越多的作用。因此必須保證慣性力的影響不至于影響到結(jié)果的準(zhǔn)確度。
那么加載的速度應(yīng)該是多大呢？ 我們知道，結(jié)構(gòu)的最低階模態(tài)通常控制著結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。如果知道結(jié)構(gòu)的最低階模態(tài)，我們就可以估計(jì)出適當(dāng)?shù)撵o態(tài)響應(yīng)所需要的時(shí)間，通常理想的加載時(shí)間的最低階模態(tài)周期的10倍，以確保解答是真正的準(zhǔn)靜態(tài)。在加載過(guò)程中，保證施加的載荷光滑性是非常重要的。光滑幅值曲線為我們提供了一個(gè)好的方法。
2 質(zhì)量放大技術(shù)，
利用中心差分法求解時(shí)，解的穩(wěn)定性是時(shí)間步長(zhǎng)t必須小于該問(wèn)題求解方程性質(zhì)中某個(gè)臨近值t1—聲波通過(guò)該單元的時(shí)間.
網(wǎng)格中的最小單元尺寸將決定t1的大小，網(wǎng)格尺寸越小，t1越小從而使計(jì)算量越大。t1還可以表示成，t1=L/C ，其中C=sqrt（E/P）—聲波的傳輸速度
P是材料的密度，E是彈性模量，泊松比假設(shè)為0.從這個(gè)方程上我們可以看出，如果網(wǎng)格中某個(gè)單元的尺寸過(guò)小，計(jì)算量將會(huì)產(chǎn)生不合理的增加。如果我們將材料密度認(rèn)為的增加f^2倍，波速C就會(huì)降低f倍，臨界穩(wěn)定時(shí)間t1就會(huì)增加f倍。所需要的時(shí)間就會(huì)相應(yīng)的減少。對(duì)質(zhì)量縮放的部分，最好是集中在單元尺寸小的網(wǎng)格上。
3，能量平衡
評(píng)估模擬是否產(chǎn)生了正確的準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)，當(dāng)模型太復(fù)雜時(shí)，單純的通過(guò)應(yīng)力作用不明顯，通常的作法是通過(guò)對(duì)比能量的角度，能量平衡方程式：
E1+EV+EKE+EFD-EW=Etotal=constant
其中E1是內(nèi)能增量（包括彈性和塑性應(yīng)變能），EV是粘性耗散吸收的能量，EKE是系統(tǒng)的動(dòng)能，EFD是摩擦耗散的能量，EW是外力作的功，Etotal系統(tǒng)中的總能量。
展開(kāi) ABAQUS動(dòng)態(tài)分析中的能量平衡、沙漏及結(jié)果評(píng)估
ABAQUS動(dòng)態(tài)分析中的能量平衡、沙漏及結(jié)果評(píng)估
【公益帖】abaqus中的ETOTAL 能量澄清，解釋為何有時(shí)為負(fù)？
顯式計(jì)算中，觀察ETOTOL發(fā)現(xiàn)有時(shí)能量為負(fù)，覺(jué)得不太可能，主要原因是大家對(duì)ETOTAL的物理含義有誤解，在abaqus的幫助文檔中 4.2.1 Abaqus/Explicit output variable identifiers給出了ETOTAL物理含義，代表的是總的平衡能，具體代表什么呢？ 如下
ETOTAL 總的能量平衡
ETOTAL = ALLKE + ALLVD + ALLSD + ALLKL + ALLFD + ALLJD + ALLIE – ALLWK
ALLKE 動(dòng)能
ALLVD 耗散能（粘性引起，不包括 ALLSD 和 ALLCD）
ALLSD 耗散能（自動(dòng)穩(wěn)定引起，如接觸）
ALLKL 動(dòng)能損失（沖擊引起）
ALLFD 耗散能（摩擦引起）
ALLJD 耗散能（電流引起）
ALLIE 總應(yīng)變能
ALLIE = ALLSE + ALLPD + ALLCD + ALLAE + ALLQB + ALLEE + ALLDMD
ALLSE 應(yīng)變能(可恢復(fù))
ALLPD 耗散能（塑性變形引起）
ALLCD 耗散能（粘彈性、蠕變、膨脹引起）
ALLAE 偽應(yīng)變能
ALLQB 耗散能（無(wú)限單元引起，如無(wú)反射邊界）
ALLEE 靜電能
ALLDMD 耗散能（裂紋引起）
ALLWK 外力功
那么出現(xiàn)了ETOTAL能量為負(fù)，并不是代表計(jì)算就有問(wèn)題，總能來(lái)說(shuō)ETOTAL月接近零越好。但是有時(shí)可能是一個(gè)比較大的值，這是否就說(shuō)明計(jì)算有問(wèn)題嗎？ 也不一定要看ETOTAL與 總動(dòng)能（或者總勢(shì)能）的比值是否可以比擬，如果在1%以內(nèi)我們認(rèn)為也是可以接受的。
展開(kāi) ABAQUS歷史輸出中，各能量變量（ALLAE、ALLIE、ETOTAL等）意義
ABAQUS中，對(duì)于很多動(dòng)態(tài)問(wèn)題，尤其像高速?zèng)_擊模擬中，對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)很重要的一點(diǎn)就是要保證模型能量守恒，這就涉及到ABAQUS歷史輸出中各能量變量的意義，下面最各簡(jiǎn)單整理：
ALLAE：人工偽應(yīng)變能，六面體、殼網(wǎng)格中沙漏發(fā)生情況指標(biāo)
ALLCD：蠕變、膨脹以及粘彈性消耗的能量
ALLFD：摩擦消耗的能量
ALLIE：總的內(nèi)能，ALLIE=ALLSE+ALLPD+ALLCD+ALLAE+ALLQB+ALLEE+ALLDMD
ALLKE：動(dòng)能
ALLKL：碰撞消耗的能量
ALLVD：粘性消耗的能量
ALLDMD：破壞消耗的能量
ETOTAL：所有能量的總和
NOTE：ALLAE（偽應(yīng)變能）的理解：偽應(yīng)變能就是控制沙漏變形所消耗的主要能量。如果偽應(yīng)變能過(guò)高，說(shuō)明過(guò)多的應(yīng)變能被用來(lái)控制沙漏變形了。一般通過(guò)比較偽應(yīng)變能和其他內(nèi)部能量的值來(lái)判斷偽應(yīng)變能是否過(guò)高，以及判斷過(guò)高的偽應(yīng)變能的來(lái)源。
展開(kāi) ABAQUS輸出能量說(shuō)明（Total energy output）——轉(zhuǎn)自公眾號(hào)CAE仿真空間
拿沙漏現(xiàn)象來(lái)講，它是零能模式，需要人為控制，增加一定的剛度，由此產(chǎn)生的能量并不是模型自身存在的，所以屬于偽應(yīng)變能；而殼單元的面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度屬于“虛假自由度”，是為了防止整體剛度矩陣奇異而引入的，所以由此而帶來(lái)的能量也不屬于系統(tǒng)自身產(chǎn)生的，也屬于為應(yīng)變能。
我們都知道，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偽應(yīng)變能過(guò)大時(shí)候，一般超過(guò)5%則需要考慮細(xì)化網(wǎng)格或做其它相應(yīng)處理，否則計(jì)算結(jié)果可能存在問(wèn)題。
ALLCD—粘彈性耗散能
材料粘滯性和彈性綜合作用耗散的能量，不包括線性粘彈性規(guī)律的超彈性等材料。
ALLFD—摩擦耗散能
整個(gè)模型因摩擦作用耗散的能量，僅對(duì)整個(gè)模型而言。
ALLKE—?jiǎng)幽?ALLPD—非彈性耗散能
幫助里寫的是率無(wú)關(guān)或率相關(guān)的塑性變形而耗散的能量
ALLSE—可恢復(fù)的應(yīng)變能
ALLVD—粘性耗散能
主要是因系統(tǒng)粘性阻尼和材料阻尼耗散的能量
ALLWK—外力做的功
僅針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)模型而言
ALLIHE—內(nèi)部熱能
ALLHF—外部對(duì)流的熱能
ALLDMD—裂紋損傷導(dǎo)致的能量損失
ALLDC—單元扭曲控制耗散的能量
ALLFC—流體腔能
針對(duì)整個(gè)模型而言，是所有流體腔做的負(fù)功（？？什么意思？？懂的朋友可以留言講講）
ALLPW—罰函數(shù)接觸產(chǎn)生的能量
包含通用接觸對(duì)和罰函數(shù)/運(yùn)動(dòng)學(xué)接觸對(duì)，僅對(duì)整個(gè)模型有效。
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