为弹塑性分析模型划分网格时,应注意以下问题:
1)单元形状。在塑性变形较大的区域,应该划分形状规则的单元网格,避免出现过大的钝角和过小的尖角,不要让单元的形状过于狭长。
如果分析无法收敛,应在 Visualization功能模块中查看变形图。如果发现有些单元由于变形过大而发生了严重的扭曲,则应改善相应位置的网格,使其在变形后仍保持比较规则的单元形状。ABAQUS6.7帮助文档《GettingStarted with ABAQUS:Interactive Edition》'第10.8节“Mesh design for large distortions”提供了一个改善单元形状的实例,采用的是超弹性的橡胶材料,其划分网格的思路同样适用于弹塑性材料。
2)网格密度。在塑性变形较大的区域,应该划分比较细化的网格。如果网格过于粗糙,相邻单元之间的应力和应变的变化会非常剧烈(在Mises应力云纹图中,单元之间的颜色变化是不连续的),这时有可能出现了收敛问题。
需要注意的是,如果网格过于细化,也有可能导致收敛困难。例如,如果六面体单元的边长为1mm,当其中某个节点出现0.2mm的位移时,此单元仍然可以保持比较规则的形状不会造成收敛问题。如果将网格细化10倍,六面体单元的边长变为0.1mm,当某个节点同样是发生0.2mm的位移时,单元就可能会变得严重扭曲,造成分析不收敛。
究竟什么样的网格密度才是适当的,这需要具体问题具体分析,无法一概而论,读者应在实践中积累经验。
3)自适应技术。ABAQUS提供了3种自适应技术,可以根据求解目标来自动优化网格提高求解精度,详见本书第6.2.2节“自适应技术”。
进行弹塑性分析时,对单元类型的选取有何特殊要求?
对于不可压缩材料(例如金属材料),在弹塑性分析中不要使用二次单元。二次完全积分单元(例如 C3D20)很容易产生体积自锁现象,如果使用二次减缩积分单元(例如C3D20R),当应变大于 20%~40%时,需要划分足够密的网格才不会产生体积自锁。因此,建议使用的单元类型为非协调单元(例如 C3D8I)、一次减缩积分单元(例如 C3D8R)和修正的二次四面体单元(C3D10M)。关于选取单元类型的详细介绍,请参见《实例详解》第2.7节“选择三维实体单元的类型”和本书第9.3节“关于单元类型的常见问题”。
(内容、图片来源:《ABAQUS有限元分析常见问题解答》,侵删)
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