Abaqus血管支架仿真进阶:静态分析步设置详解

提供真实的静态平衡解决方案,通常用于支架分析。


几何非线性

考虑到较大的挠度、变形和旋转,以及结构不稳定性(屈曲)和预加载因素,应打开几何非线性,以考虑非线性几何效应

打开几何非线性



增量

为避免分析过早停止,使用自动时间递增(默认),通过增加增量的最大数(默认为100)和减少初始增量尺寸,以及减少最小增量尺寸。以此提升收敛。

增量设置


非对称矩阵存储

刚度矩阵中的不对称项会影响收敛性。在支架分析中,经常出现不对称项,比如面对面接触(当从面和主面不平行时会很明显),节点到面的接触(当主面在3D中多面且高度弯曲时会非常明显),摩擦(摩擦系数大于0.2时会很明显)。分析步应打开非对称矩阵存储。

打开非对称矩阵存储


不稳定性

当准静态问题变得不稳定时,部分或全部模型从一个稳定构型加速到下一个稳定构型。实际上,这个问题本质上是动态的:通常问题中的不稳定瞬态动态响应不受关注,

相反,目标是将问题分析为准静态过程,局部或全局应变能转化为动能。

局部不稳定的根源有三个方面: 接触丢失,几何局部屈曲,摩擦粘-滑属性。其中,接触丢失的不稳定有以下情况,当结构在刚性表面上被拖拽时,储存对刚性表面的压缩所产生的应变能。如果失去接触,所储存的应变能将导致结构突然向前弹跳,这在支架分析中经常发生。由于没有质量模拟此动态效应,静态分析可能会出现收敛问题,如果接触限制了刚体运动,结果更可能会特别有问题。


接触不稳定


局部不稳定的症状为突然收敛困难与非常小的时间增量。

解决具有局部不稳定性的准静态问题,一种方法是使用阻尼,使局部应变能转化为粘性耗散能,直到找到一个新的稳定结构;另一种方法是使用动态分析,Abaqus提供了基于隐式动力学过程的准静态专门解决技术,视频课程中会详细讨论。


自动粘滞阻尼

自动稳定方法采用体积比例阻尼,帮助控制局部动态不稳定。阻尼因子的自动选取是应用最广泛的一种方法。Abaqus根据收敛历史、粘滞阻尼耗散能量与总能量的比值,Abaqus自动计算阻尼因子,并能够

自动调整阻尼因子,或者阻尼因子设置在一个步骤的持续时间内保持不变。当然,用户也可以直接指定阻尼系数,对于自适应自动稳定,用户指定的阻尼因子作为初始值。


自动设置阻尼因子


由于粘性阻尼可能改变问题的物理性质,其影响应通过以下方式仔细监测:

a. 稳定能量耗散(ALLSD)与内能(ALLIE)的比值

能量比值


b. 变形过程中的粘性力(VF)


下图显示了施加力和粘滞力在加载点的位移函数VF,粘性力VF随时间变化显著,然而,它的数量级与全局负载相比非常小,可以得出结论,稳定的存在并没有显著改变问题。



求解控制,以及常见的数值警告,会在视频课程中着重介绍。


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