Abaqus/Explicit求解器在准静态问题中的加载速率策略

总所周知，Abaqus/Explicit求解器适合模拟高速动力学问题，它是真正的动力学过程，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。

显式求解器的稳定时间增量一般较小。

显式求解器还可以模拟准静态问题（比如图1中的金属成型过程），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。

此时，可以在模拟过程中人为的增加轧制过程的速度来提高分析效率。

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。

图1

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。

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，它可以让求解过程更经济。

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？

一般推荐的载荷速率为材料波速的1%。

在进行有限元分析过程中，建议大家按照下列方法选择合适的速度：

1）以不同的速率多次模拟（比如，工具的速度为100, 50, 5 m/s）。

较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低的载荷速度进行分析。

2）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（图2）

图2  不同工具速度时的边形结果

分析技巧：

1）准静态分析过程中，通过定义SMOOTH STEP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：

2）工具中的常速度条件导致金属毛坯遭受突然的冲击载荷，将导致应力波穿过毛坯，产生不希望发生的结果。通过逐步降低（增大）载荷的方式，使工具速度从零逐步增加，将减小这些不利的效应。

3）同理，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。

用户在有限元分析的过程中，也应该自己积累经验，设置正确的加载速率，得到可靠结果的同时，提高分析效率。

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