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ABAQUS中的网格-网格解映射:隐式分析处理大变形的最后绝招

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ABAQUS里处理大变形的自适应技术主要有三种:ALE自适应网格划分、自适应网格重划分,以及今天要聊的网格-网格解映射(Mesh-to-Mesh Solution Mapping)。前两种大家可能比较熟悉,但第三种才是隐式分析(Standard)里应对网格严重扭曲的“终极武器”。

什么时候需要网格-网格解映射?

做隐式分析时,ALE通常帮不上忙——它更适合显式(Explicit)。当你压一个橡胶块或模拟金属成型,网格被压得歪七扭八,计算不光不收敛,甚至直接报错终止。这时候你就得考虑:算到变形40%时,把当前的结果映射到一套全新的、更规整的网格上,然后接着算剩下的60%。这就是网格-网格解映射的核心思想。

它的操作门槛在哪?

这个方法没法在CAE界面里点点鼠标完成。你需要手动编辑INP文件,还要写几句Python脚本,最后用DOS命令提交。具体分三步:

  1. 第一段分析:先算到某个临界变形量(比如下压2mm),不启用任何自适应。计算完成后,保存结果。
  2. 生成新网格:基于变形后的几何,重新划分一套质量更好的网格。注意新旧网格的部件名称、单元类型要兼容。
  3. 映射分析:在第二个INP里,用*MAP SOLUTION选项读取第一步的结果文件,将位移、应力、状态变量插值到新网格的积分点上。然后接着施加剩下的载荷(再下压2mm)。

一个小案例的流程

如果你拿我们之前ALE案例里的模型举例:目标下压4mm,但直接算到4mm网格就烂了。那就分两段——第一段算到2mm,此时单元已有明显畸变。然后做网格-网格解映射,把结果“搬到”一套规整的新网格上,再提交第二个作业继续算到4mm。对比结果会发现,没有映射的话算不下去,用了映射后计算顺利跑完,而且应力场连续,没有不自然的跳跃。

几点实操提醒

  • 显式分析别用这个——显式有ALE就够了。网格-网格解映射只推荐给Standard。
  • 状态变量要带全:如果用了用户材料(UMAT),注意映射时状态变量的处理,有时候需要额外写脚本。
  • 计算成本不低:映射过程本身也耗时,而且新网格的积分点数量变化会影响结果精度。建议只在关键局部做。

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   第一个分析结果
 

之后创建第二个分析,模型来自第一个分析里的odb文件,这里注意,从odb里导入的模型只能是网格部件,我们导入变形后的网格部件,可以使用GUI方式导入后使用脚本命令根据网格部件创建部件,也可以直接使用脚本命令导入并创建部件。

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   勾选导入变形后部件
   

   可选择具体分析步和增量步变形结果
 

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   Odb导入后的网格部件
 

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   使用脚本命令根据网格部件创建部件
 

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   重新划分网格
 

重新划分网格,重新创建材料、连接关系与第一个分析保持一致,载荷条件选择下压4mm,进行求解设定。


然后是很重要的一步,需要添加*MAP SOLUTION step=n inc=n实现第一个分析到第二个分析的解映射,其实就是讲第一个分析中的解变量插值到第二个分析中。

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   解映射关键字
 

上述CAE界面编辑关键字同样可在INP文件里编辑,最后使用DOS命令提交作业求解。

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   第二个分析结果
 

特别要注意,如果想要在某一分析步的某一增量步进行分析,需要对重启动频率进行设置,以在第二个分析时的*MAP SOLUTION命令后指定映射的分析步和增量步数。

至此,我们可以总结ABAQUS中的三种自适应方法:

ALE可平滑单元,解决在大变形情况下单元扭曲而造成的结果失真或中止计算问题,会损失计算精度;能自行调整计算过程中网格更新的频率和扫描次数;除去刚体单元其余单元基本都可以设置为自适应域;多用于显式计算和隐式磨损、烧蚀模拟。

自适应重划分则是为了得到更高精度而对网格进行调整,但不能解决单元扭曲问题;并且不能在计算过程中更新网格,需要求解后返回更新网格并再次提交作业;只适用于平面三角形、四边形,三维四面体单元;只能用于静力分析、准静力分析、耦合热-位移分析等部分隐式分析。

网格解映射同ALE作用一样,可解决单元严重变形问题,但是应用的模块不一样,仅用于隐式分析,并且网格解映射需要手动重新划分网格,设置材料本构、连接关系、边界条件、求解设定等,需要提取前一个分析的相关结果,过程需要使用脚本语言、修改关键字、使用DOS命令,操作较为繁琐。

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