ABAQUS中的質量縮放

2016-11-14 by:CAE仿真在線來源:互聯網

準靜態分析或某些動態分析中,少數尺寸較小的單元控制穩態時間增量,為提高計算效率,經常采用質量縮放的方法。

顯示動態過程常用于解決以下兩類問題:瞬時動態響應計算和含復雜非線性效應(最常見的是復雜的接觸條件)的準靜態模擬。由于求解動態方程時采用了顯示中心差分法,平衡方程中離散的質量矩陣對計算效率和精度都起到了關鍵性的影響。如果恰當地運用質量縮放方法,可以在保證計算精度的情況下,大大提高計算效率。然而,最適合于準靜態模擬的質量縮放技術與動態分析中必須采用的質量縮放方法存在很大差異。

1、準靜態分析

對于應變率無關材料的準靜態分析,自然時間并不重要。為節省計算時間,有效的辦法是有兩種:減少分析的時間步長或人為地增加模型的質量(質量縮放)。對于率無關材料,這兩種方法產生的效果相同;但如果模型中含有率相關材料,首選質量縮放方法,因為該方法保留了自然時間。

準靜態分析的質量縮放方法通常用于整個模型上執行。然而,當模型各部分的剛度和質量不同時,常選中模型的某部分進行質量縮放或對每部分分別進行縮放。任何情況下,都沒有必要減小模型質量的實際值,并且隨意地增加質量通常都會影響到計算精度。對于大多數準靜態問題,一定程度的質量縮放可以增加ABAQUS/Explicit時間增量,從而減小計算時間。然而,必須保證質量的改變和隨之增加的慣性力對計算結果沒有顯著影響。

2、動態分析

動態分析中,自然時間度量非常重要,為了獲得瞬態響應,必須精確地表示模型的實際質量和慣性。然而,許多復雜的動態模型包含了一些尺寸極小的單元,使顯示動態分析采用很小的時間增量。這些小尺寸單元通常是在生成復雜網格時形成的。通過在分析步起始時對這些控制單元的質量進行縮放,可以顯著地增加穩態時間增量,而對整個模型的動態行為的影響可以忽略不計。

對真正的動態問題,只能對少數單元進行質量縮放,并且不允許明顯地增加整個模型的質量,否則會降低動態結果的精度。

3、模型中引入質量縮放

顯示動態分析中有兩種質量縮放方法:定比例質量縮放和變比例質量縮放。兩種方法可以分開使用,也可以結合起來使用。質量縮放可用于整個模型,也可以用在單元組上。

—定比例質量縮放

定比例縮放方法是對組裝成全局節點質量陣的單元質量進行縮放,該方法在分析步起始時執行。縮放后的質量陣接著用于該分析步的每個增量步,除非同時采用了變比例縮放。如果接下來的分析步中沒有重新定義質量縮放,定比例縮放方法將延續下去。

定比例縮放的兩種基本方法:直接定義質量縮放因子,或者用戶定義最小的穩態時間增量,由顯示動態分析過程來確定質量縮放因子。

定比例縮放方法簡單,在分析步起始時修改準靜態模型的質量,或修改動態模型少數單元的質量,使它們不控制穩態時間增量的大小。由于只在分析步起始時執行一次質量縮放,因此該方法的計算效率很高。

—變比例質量縮放

在分析步中變比例縮放方法同期性地縮放單元質量。當采用此類型的質量縮放方法時,需定義最小的穩態時間增量:質量縮放比例因子自動計算,并按要求施加到單元上。

當分析步中控制穩態時間增量的剛度變化劇烈時,變比例縮放非常有用。準靜態體積成形分析和單元壓縮量很大的動態分析中常會出現這樣的情形。

—直接定義質量縮放因子

對于動能必須保持很小的準靜態分析中,直接定義質量縮放因子很有用。用戶可以對指定單元組內的所有單元定義一個固定的質量縮放因子。這些單元的質量在分析步開始時被縮放,并將在整個分析步中保持不變,除非通過變比例質量因子進一步修改質量。