Abaqus/Standard中的過(guò)約束檢查（一）

2016-10-26 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

通常情況下,過(guò)約束指的是施加在相同自由度上的多個(gè)約束。過(guò)約束分為一致的過(guò)約束和非一致的過(guò)約束,當(dāng)所有約束相互兼容時(shí),即是一致的過(guò)約束,反之,約束相互不兼容時(shí),則為非一致的過(guò)約束。一致的過(guò)約束也叫冗余約束,非一致的過(guò)約束也叫沖突約束。分析中,有很多模型有節(jié)點(diǎn)的某些自由度受到了過(guò)約束,這些過(guò)約束可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的求解,甚至不收斂。常見的可能導(dǎo)致過(guò)約束的情況包括(但不限于)以下:

接觸的從面節(jié)點(diǎn)同時(shí)定義了邊界條件或MPC約束;
定義了基于表面Tie約束的邊,同時(shí)又是接觸從面,或定義了對(duì)稱邊界條件;
施加了邊界條件的節(jié)點(diǎn),同時(shí)又包含在耦合約束或剛體約束中。

Abaqus/Standard中的過(guò)約束檢查（一）abaqus有限元仿真圖片1

如上圖所示,中部的模型由三個(gè)分別劃分網(wǎng)格的區(qū)域組成,并使用基于表面的Tie約束連接在一起。這個(gè)變形體模型與下部的剛體塊定義了接觸作用,下部的剛體施加了剛體約束,剛體參考點(diǎn)固定。變形體左邊定義了對(duì)稱邊界條件,變形體與下部剛體之間定義了粗摩擦,可以看出該模型中的冗余約束有:

干涉的Tie約束:(A)處,三個(gè)點(diǎn)共享同一個(gè)位置,它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到兩個(gè)基于表面的Tie約束(一個(gè)垂直的,一個(gè)水平的)的約束。只需要兩個(gè)約束(兩個(gè)非獨(dú)立點(diǎn)和一個(gè)獨(dú)立點(diǎn))即可完成約束這三個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),但內(nèi)部生成了三個(gè)約束(水平的一個(gè)Tie約束和垂直的兩個(gè)Tie約束),因此,此處存在一個(gè)冗余約束。
Tie約束和對(duì)稱邊界條件:(B)處,節(jié)點(diǎn)141和151受到對(duì)稱邊界條件約束,但它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也受到基于表面的Tie約束限制,因此,此處存在一個(gè)冗余約束。
粗摩擦和對(duì)稱邊界條件:(C)處,節(jié)點(diǎn)101受到對(duì)稱邊界條件約束,同時(shí)粗摩擦接觸作為邊界條件也作用在相同的方向上,因此,此處存在一個(gè)冗余約束。
Tie約束和接觸作用:(D)處,節(jié)點(diǎn)801和301處施加了基于表面的Tie約束,但在垂直方向又受到兩個(gè)接觸約束(一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè))。因此,此處存在一個(gè)冗余約束。

盡管這是個(gè)簡(jiǎn)單的模型,其中就有大量的冗余約束。如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?冗余約束可能導(dǎo)致收斂困難,甚至不收斂。更有甚者,這種情況下即使得到了解,所得的反作用力和接觸壓力大小可能也是不準(zhǔn)確的。為此,Abaqus/Standard提供了自動(dòng)檢查以下情況引起的過(guò)約束:

檢查以下約束聯(lián)合使用導(dǎo)致的過(guò)約束:基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)、邊界條件、接觸對(duì)、耦合約束、線性約束方程、網(wǎng)格獨(dú)立焊點(diǎn)、MPC約束、剛體約束、以及基于表面的Tie約束;
檢查因連接單元、耦合單元、特殊目的接觸單元、不可壓縮材料行為單元等引入動(dòng)力學(xué)約束而引起的過(guò)約束;
通過(guò)詳細(xì)信息識(shí)別導(dǎo)致過(guò)約束的約束;
自動(dòng)處理在模型前處理過(guò)程和Abaqus/Standard分析過(guò)程中檢測(cè)到的有限的一致的過(guò)約束集合;
使用等式求解器檢測(cè)不能自動(dòng)處理的過(guò)約束;
可能有默認(rèn)行為修正。

根據(jù)所涉及約束的復(fù)雜程度,ABAQUS可以有三種方式識(shí)別一致或非一致的過(guò)約束。

(1)在模型前處理其中檢測(cè)過(guò)約束

很多相對(duì)簡(jiǎn)單的過(guò)約束可以通過(guò)檢查單個(gè)節(jié)點(diǎn)的約束情況進(jìn)行識(shí)別。如果檢測(cè)出一個(gè)一致的過(guò)約束,ABAQUS會(huì)自動(dòng)消除不必要的約束,并給出一條警告信息。如果檢測(cè)的過(guò)約束的非一致的,則分析會(huì)停止,并生成一條錯(cuò)誤信息。

(2)在分析過(guò)程中檢查過(guò)約束

一些包含在接觸關(guān)系中的約束,在分析過(guò)程中,由于接觸狀態(tài)的改變,可能變成過(guò)約束。這種情況下,Abaqus/Standard可以檢測(cè)出部分過(guò)約束情況,并自動(dòng)進(jìn)行清除,同時(shí)給出一條相應(yīng)的信息。

(3)通過(guò)等式求解器檢測(cè)過(guò)約束

很多過(guò)約束涉及到不同的約束定義以及不同的單元類型之間的復(fù)雜相互作用,Abaqus/Standard不太可能自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的處理。這種情況下,等式求解器將檢測(cè)出過(guò)約束,并且會(huì)列舉出導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)的潛在原因的詳細(xì)信息。

Abaqus/Standard處理過(guò)約束時(shí)有相應(yīng)的優(yōu)先級(jí),由于篇幅限制,請(qǐng)關(guān)注下一篇博文《Abaqus/Standard中的過(guò)約束檢查(二)——過(guò)約束自動(dòng)修正中約束的優(yōu)先級(jí)》查看詳細(xì)的信息。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才