幾何大變形
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-10
幾何大變形的視頻教程
Abaqus計算后導出變形的幾何模型
abaqus計算后若要獲取變形后的尺寸、體積、質心坐標等信息，往往需要導出成實體模型，進一步獲取參數。有些視頻只提供了一個初步的導出方法，不能處理稍微復雜點的模型，本視頻在初步導出方法的基礎上，介紹了進一步的處理流程，對于較復雜的模型也能處理。
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幾何大變形的實例教程
一邊固定考慮預應力下的模態
前三階模態
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 1.9673 1 1 1
2 40.145 1 2 2
3 118.74 1 3 3
3.考慮到幾何大變形情況下的模態分析
前三階模態
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 4.7743 1 1 1
2 37.859 1 2 2
3 110.28 1 3 3
看出來，有預應力情況下，第一階頻率會變小，這是因為，在另一端點的力作用下，有預應力的情況下，端點位移變大 ，剛度減小，考慮幾何大變情況下，端點作用力下，位移增加了，但是比單純線性考慮時，較小。所以剛度居中。
具體命令流見beam.txt、beam_pstres.txt和beam_pstres_modal_nlgeom.txt
展開 對同一個模型來講，通常，拉格朗日建模方式計算更加準確，計算效率更高，因為所有的幾何體都采用拉格朗日單元類型，而CEL建模方式的計算更加耗時，且產生的文件更大，一個直接的原因是流體或大變形幾何體是歐拉體模型，采用歐拉單元建模，而歐拉單元的數量要明顯多于相應的拉格朗日模型的單元數量。
但是，如果模型要經歷極大變形，那么這兩種建模方式的優劣就要好好評價一下了。在大變形分析中，拉格朗日模型容易發生網格畸變，網格畸變區的計算結果準確性將會大打折扣，產生不可信的結果甚至計算中斷得不到結果；而CEL模型在犧牲一定的幾何模型精度和結果準確性的前提下，計算會非常穩定，網格不會發生畸變，相較于拉格朗日的網格畸變區反而會得到更加合理的計算結果。所以，在選擇建模分析方式時，尤其是大變形分析，兩種方法孰優孰劣，需要結合一定的經驗和以往案例，選擇折中處理或者兩種都用以綜合衡量。
本篇案例是一個鉚接案例，如下面的示意圖所示。 ? 具體的模型長下面這樣：左邊是中央截面圖，右面是實物圖，上下兩部分是沖模，張揚帶孔圓盤是固定模板，上下兩部分沖模同時施力以使鉚釘達到最終的變形。 ? 這個過程很明顯是一個極限大變形過程，我們可能關心這個過程中的三個問題：
1、 鉚釘在成型過程中的變形是否適當？
2、 成型后，鉚釘是否有足夠的力量保持材料的連接？
3、 成型過程工具的壓力是否足夠？
那么這三個關心的問題我們可以考察分析鉚釘的變形位移、成型后的等效塑性變形和成型過程中的沖模受力等變量，去評估我們關心的問題從而做出一些結論或改進。 本案例不再進行step by step的演示，各位小伙伴可以自行練習。下面來具體看一下分析模型和相關結果。 ?
左邊是拉格朗日建模，右邊是CEL建模。兩種建模方式中，接觸全部采用無摩擦通用接觸。
展開 一 分析背景
塑料齒輪、棘輪或者卡扣結構，往往伴隨著大變形、旋轉位移、高泊松比等情況。仿真中的難題主要有：
1.如何方便地施加旋轉位移？
2.如何處理大變形、高泊松比導致的網格畸變？（網格，接觸算法，非線性算法，單元類型等）
3.如何后處理？（力矩提取，應變處理）
本案例做了以下模型（簡陋又不失細節的模型），黃色塊繞著圓柱中心轉動，綠色的齒受到擠壓。仿真計算齒能承受的最大破壞力矩，或者安全情況下所能承受的力矩。
圖一 塑料齒輪模型
二 分析過程
注意，在這個模型中，我把所有能夠提高收斂性的方法都加上了。一般情況下是不需要的。
2.1 建模及幾何設置
模型如圖一，然后設置Geometry的Element Control為Manual。
然后設置幾何體為減縮積分模型（主要針對大變形幾何）。
圖二 手動單元控制
展開 引言：結構有限元求解器iSolver已發展到一定階段，現采用結構有限元軟件iSolver進行結構分析，iSolver可使用Abaqus作為前后處理工具，本帖以無腳拱的幾何非線性大變形分析為例，將iSolver求解器和Abaqus計算結果進行對比，比對兩種有限元軟件的計算結果。
問題描述：
如下圖所示的拱圈，兩端拱腳固定約束，拱頂承受豎向均布荷載。考慮幾何大變形，求解拱圈在荷載作用下的位移和應力分布。
操作：
（1）建立幾何模型：分別畫出拱軸線和截面，使用sweep功能生成拱圈幾何模型。為了荷載施加方便，在拱頂截面將拱圈切分。
（2）材料及截面賦予
使用線彈性材料本構，混凝土的彈性模量3.0×104MPa，泊松比0.2。創建solid,homogeneous截面并賦予拱圈。
（3）分析步創建
打開幾何大變形開關，設置初始增量步為0.01，最大增量步為0.02。
為了方便的查看拱頂的荷載位移曲線，需要創建拱頂的集合，并在歷史輸出中定義該集合的力和位移的輸出。
（4）荷載及邊界條件施加
兩端拱腳截面約束x、y、z三個方向的平動自由度，為方便收斂，在拱頂施加y向的強制位移位移。
（5）網格劃分
為配合iSolver求解器，選用C3D8單元進行求解。
（6）求解
分別提交abaqus和iSolver的求解。
展開 最近我們提出了一種快速改變現有噴嘴幾何形狀的方法。首先需在CAESES中導入STL格式的幾何文件。下圖顯示了我們用于局部變形的噴嘴模型：
典型噴嘴的幾何形狀
CAESES可以將自由變形（Free Form Deformation）應用到已有幾何當中。我們需要做的就是：在噴嘴周圍創建一個控制體，并定義一些擴展策略。通過這種方式，可以擴大噴嘴的尺寸，甚至可以完全改變其形狀。雖然這個功能在工業設計中會存在一些局限性，但我們也一直在努力讓它的設置變得更為靈活多變。以下是一個控制體設置的相關示意圖，為了可視效果我們隱藏了外部的幾何結構：
對噴嘴建立自由變形
在接下來的步驟中，我們以擴展系數定義為設計變量，以便后續可實現自動優化研究。下圖顯示了變形控制及其幾何變形效果：
變形控制體改變引起幾何變化
一旦完成噴嘴的設置，我們便可以將這些應用到其他噴嘴模型上，即其他方案也可以實現同樣的變化。我們已將整個流程都交付給了負責幾何變形的工程師。作為這個領域的專家，他會根據自己的技術要求和限制，繼續做一些微調。最后，他會運行優化計算，整個過程是完全自動化的（幾何變化/耦合/CFD分析）。
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圓柱體坯料鍛造鐓粗-ALE網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。內容為自己親自動手做的，含經驗分享。
?? CAE黑話科普：線性與非線性的“分水嶺”
在有限元分析（FEA）中，區分線性與非線性是方案制定的首要任務。簡單來說，線性是“理想化”，非線性才是“真實世界”。
1?? 線性 vs 非線性 (Linear vs. Nonlinear)
線性分析假設位移與載荷成正比，剛度矩陣
$$$$ 固定不變，計算一次即可。而非線性分析中，剛度矩陣隨計算過程變化
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）
本文主要推導ABAQUS在幾何非線性（大變形）有限元分析中，用于計算單元切線剛度矩陣的算法。幾何非線性意味著需要考慮變形梯度、應力的客觀性以及應變與位移關系的高階項。總切線剛度矩陣通常由材料剛度矩陣和幾何剛度矩陣構成。附件是算法的研究報告及子程序測試情況。
晶體塑性模擬中的大變形網格重劃分4個月前
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”不是本構收斂性問題，而是網格畸變：單元被壓扁/拉長后，數值誤差會明顯放大，輕則結果不準，
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。
本文比較了驅動軸在扭轉下的兩種模擬，并強調了將大撓度納入模擬以考慮實際行為的重要性。
本文比較了兩種驅動軸在扭轉作用下的模擬，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構，更新其剛度非常重要，否則結果可能不準確。這一效應通過本次模擬得以捕捉
觀察魚竿的彎曲情況，并將更新結構剛度前后的結果進行比較
這個例子說明了釣魚竿的彎曲情況，重要的是要考慮到結構的大撓度
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果產生影響
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SC8R 單元的綜合評估：
SC8R 單元在幾何非線性情況下計算效率最高，對網格扭曲的敏感性最低，適合處理復雜幾何和大變形問題。然而，由于其基于殼理論，在需要考慮三維應力狀態的情況下精度可能不足。此外，由于采用減縮積分，可能出現沙漏問題，需要適當控制。
