搜索ABAQUS中的質(zhì)量縮放
2016-11-14 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
準靜態(tài)分析或某些動態(tài)分析中,少數(shù)尺寸較小的單元控制穩(wěn)態(tài)時間增量,為提高計算效率,經(jīng)常采用質(zhì)量縮放的方法。
顯示動態(tài)過程常用于解決以下兩類問題:瞬時動態(tài)響應(yīng)計算和含復(fù)雜非線性效應(yīng)(最常見的是復(fù)雜的接觸條件)的準靜態(tài)模擬。由于求解動態(tài)方程時采用了顯示中心差分法,平衡方程中離散的質(zhì)量矩陣對計算效率和精度都起到了關(guān)鍵性的影響。如果恰當?shù)剡\用質(zhì)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(tài)模擬的質(zhì)量縮放技術(shù)與動態(tài)分析中必須采用的質(zhì)量縮放方法存在很大差異。
1、準靜態(tài)分析
對于應(yīng)變率無關(guān)材料的準靜態(tài)分析,自然時間并不重要。為節(jié)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(zhì)量(質(zhì)量縮放)。對于率無關(guān)材料,這兩種方法產(chǎn)生的效果相同;但如果模型中含有率相關(guān)材料,首選質(zhì)量縮放方法,因為該方法保留了自然時間。
準靜態(tài)分析的質(zhì)量縮放方法通常用于整個模型上執(zhí)行。然而,當模型各部分的剛度和質(zhì)量不同時,常選中模型的某部分進行質(zhì)量縮放或?qū)γ坎糠址謩e進行縮放。任何情況下,都沒有必要減小模型質(zhì)量的實際值,并且隨意地增加質(zhì)量通常都會影響到計算精度。對于大多數(shù)準靜態(tài)問題,一定程度的質(zhì)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(zhì)量的改變和隨之增加的慣性力對計算結(jié)果沒有顯著影響。
2、動態(tài)分析
動態(tài)分析中,自然時間度量非常重要,為了獲得瞬態(tài)響應(yīng),必須精確地表示模型的實際質(zhì)量和慣性。然而,許多復(fù)雜的動態(tài)模型包含了一些尺寸極小的單元,使顯示動態(tài)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(fù)雜網(wǎng)格時形成的。通過在分析步起始時對這些控制單元的質(zhì)量進行縮放,可以顯著地增加穩(wěn)態(tài)時間增量,而對整個模型的動態(tài)行為的影響可以忽略不計。
對真正的動態(tài)問題,只能對少數(shù)單元進行質(zhì)量縮放,并且不允許明顯地增加整個模型的質(zhì)量,否則會降低動態(tài)結(jié)果的精度。
3、模型中引入質(zhì)量縮放
顯示動態(tài)分析中有兩種質(zhì)量縮放方法:定比例質(zhì)量縮放和變比例質(zhì)量縮放。兩種方法可以分開使用,也可以結(jié)合起來使用。質(zhì)量縮放可用于整個模型,也可以用在單元組上。
—定比例質(zhì)量縮放
定比例縮放方法是對組裝成全局節(jié)點質(zhì)量陣的單元質(zhì)量進行縮放,該方法在分析步起始時執(zhí)行?？s放后的質(zhì)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(zhì)量縮放,定比例縮放方法將延續(xù)下去。
定比例縮放的兩種基本方法:直接定義質(zhì)量縮放因子,或者用戶定義最小的穩(wěn)態(tài)時間增量,由顯示動態(tài)分析過程來確定質(zhì)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(tài)模型的質(zhì)量,或修改動態(tài)模型少數(shù)單元的質(zhì)量,使它們不控制穩(wěn)態(tài)時間增量的大小。由于只在分析步起始時執(zhí)行一次質(zhì)量縮放,因此該方法的計算效率很高。
—變比例質(zhì)量縮放
在分析步中變比例縮放方法同期性地縮放單元質(zhì)量。當采用此類型的質(zhì)量縮放方法時,需定義最小的穩(wěn)態(tài)時間增量:質(zhì)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(wěn)態(tài)時間增量的剛度變化劇烈時,變比例縮放非常有用。準靜態(tài)體積成形分析和單元壓縮量很大的動態(tài)分析中常會出現(xiàn)這樣的情形。
—直接定義質(zhì)量縮放因子
對于動能必須保持很小的準靜態(tài)分析中,直接定義質(zhì)量縮放因子很有用。用戶可以對指定單元組內(nèi)的所有單元定義一個固定的質(zhì)量縮放因子。這些單元的質(zhì)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(zhì)量因子進一步修改質(zhì)量。
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