准静态分析ppt课件.ppt

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1、第十讲ABAQUS/Explicit中的准静态分析1概述简介载荷速率能量平衡质量缩放总结2简介显式方法是真正的动力学过程。它最初用于模拟高速碰撞问题。它用于求解结构的动力平衡状态。在求解过程中，惯性力起到决定性的作用。非平衡力以应力波的方式在相邻单元之间传播。稳定时间增量一般较小。3显式动力学方法还可以模拟准静态问题，比如金属成型过程，但是需要特殊的考虑：如果以自然时间周期计算，用显式动力学方法求解准静态问题是不切实际的。一般需要上百万的时间增量。对称I型截面的轧制圆柱钢坯的镦锻4为节省计算时间，可以在模拟过程中人为的增

2、加轧制过程的速度。在增加轧制速度之后，静平衡问题演化为动平衡问题。惯性力的影响将会增加。准静态分析的目标就是：在惯性力的影响较小的前提之下，尽量缩短计算的时间周期。5在模拟过程中，人为的增加准静态成型过程的速度是必要的，它可以提高解的经济性。但是，在不使结果退化的前提下，究竟可以把速度提高多少呢？比如，金属成型过程中，典型的工具速度大约为1m/s的数量级。这个速度与金属中的典型波速相比是非常小的（钢中的波速为5000m/s）。一般推荐的载荷速率为材料中波速的1%。6推荐的方法：以不同的速率多次模拟（比如，工具的速度为10

3、0,50,5m/s）。因为以低的载荷速率进行分析的时间比较长，所以以从高的载荷速度到底的载荷速度进行分析。检查结果（变形形状、应力、应变、能量），分析不同载荷速率对结果的影响。在显式板金成型模拟过程中，过大的工具速度将抑制起皱现象，并激起非真实的局部拉伸。在屈曲成型过程中，过大的工具速度将引起“喷注”效应—水动力学响应（下页中有图形）。7工具速度对变形形状的影响喷注工具速度=500m/s工具速度=10m/s喷注考虑下面的屈曲成型过程（轴对称模型180的截面）。当工具速度非常大时，产生高度局部化的变形（喷注）。8例子：板

4、金右图为汽车门标准门梁的干涉测试的简化模型。圆梁在每个端点固定，接触刚体圆柱后变形。测试为准静态的。刚体圆柱与可变形梁的碰撞9速度25m/s:好的全局结果0.1mV速度400m/s:局部效应V如果碰撞速度很高，400 m/sec，变形高度局部化，梁没有结构响应。静态测试中的主要响应为梁的一阶模态。该模态的频率用于预计碰撞速度。一阶频率大约为250 Hz。碰撞在4微秒内完成。利用25 m/sec的速度碰撞，圆柱在4微秒内向梁推动0.1 m。10为什么25m/sec的速度是合适的？一阶频率(f)大约为250Hz。相应的周期为

5、t=0.004秒。在此周期内，刚体圆柱被推向梁d=0.1m。这样，估计的速度v为v=d/t=0.1/0.004=25m/sec。金属波速为5000m/sec，所以碰撞速度25m/sec为波速的0.5%。碰撞速度应该小于材料波速的1%。在分析步内，以光滑缓坡的方式，把碰撞速度从零增加到所施加的碰撞速度可以得到更加精确的解。11SMOOTHSTEP幅值曲线通过逐步施加载荷的方式，可以提高准静态解的精度：工具中的常速度条件导致金属毛坯遭受突然的冲击载荷。这将导致应力波穿过毛坯，产生不希望发生的结果。以斜坡的方式，使工具速度从零

6、逐步增加，将减小这些不利的效应。出于同样的原因，在分析结束移除工具的过程中，也以斜坡的方式将工具速度逐步降为零。12SMOOTHSTEP幅值定义两个幅值之间以5阶多项式过渡。比如，在过渡开始和结束时一阶和二阶时间导数为零。在使用SMOOTHSTEP定义位移时间历程时，每个指定的幅值处的速度和加速度为零。*AMPLITUDE,NAME=SSTEP,DEFINITION=SMOOTHSTEP0.0,0.0,1.0E-5,1.0*BOUNDARY,TYPE=DISPLACEMENT,AMP=SSTEP12,2,2,2.513能

7、量平衡能量平衡方程可以用于帮助评估计算结果是否为合理的准静态相应。在ABAQUS/Explicit中，能量平衡可以写为其中EI为内能（包括弹性应变能、塑性应变能和与沙漏控制相关的伪能）。EV为粘性机制耗散的能量。EFD为摩擦耗散的能量。EKE为动能。EW为外力功。ETOT为系统的总能量。14考虑单轴拉伸试样的拉伸测试如果实际测试是准静态的，拉伸试件的外力功等于试件的内能。单轴拉伸测试15准静态测试的能量历程显示在右图中：惯性力是可以忽略的。测试试件的材料速度是很小的。动能是可以忽略的。当测试的速度增加以后：试件的响应偏离

8、静态、趋于动态。因此，材料速度和动能更加明显。准静态拉伸测试的能量历程16因此，能量检查为ABAQUS/Explicit金属成型过程的结果是否反应了准静态解提供了另外的评估方法。在主要的成型过程中，变形材料的动能不可以超过内能的一小部分。这个小部分一般为1–5%。因为毛坯在产生显著变形之前将被移动，因此在成型过程的早