探索Abaqus中的渐进单元激活与model change技术

渐进单元激活相对于model change，可以对单元的激活进行更精确的控制。

1.Model change（单元以及接触对的移除与重新激活）

· 可用于模拟从模型中删除part，可以是暂时的或在剩下的分析中永久删除;

· 允许单元在无应变或有应变的情况下重新激活;

· 当不需要接触对时，可用于节省计算时间;

· 只能用于通用分析步;

· 只有在原始分析中使用或激活时，才能在重新启动分析中使用。

您可以在通用分析步中从模型中删除指定的单元。就在删除的分析步之前，Abaqus/Standard存储了被删除区域在它们之间的边界节点处对模型其余部分施加的力/通量。在删除对应的分析步中，这些力降为零；因此，只有在删除分析步结束时，删除区域对模型其余部分的影响才完全消失。力逐渐下降，以确保删除对模型的影响平滑。

2.Progressive element activation（渐进单元激活）

· 可用于在分析过程中激活单元;

· 可用于在单元激活过程中应用本征应变;

· 只能与实体和壳单元一起使用;

· 只能用于热传导或静力分析。

可以在分析步的每个增量步中激活单元。必须首先定义在分析过程中可以激活的单元，然后在每个可以激活它们的分析步中引用它们。激活特性在一个分析步中被打开的单元可以通过在每个增量的开始为一个单元分配一个材料的体积分数来激活。

支持单元的完全和部分激活。对于完全激活，添加的材料体积分数必须等于0或1(也就是说，单元的状态只能从不激活变为完全激活)。对于部分激活，加入的材料体积分数可以是任意的;然而，在实际应用中，一个单元的体积分数不能太小，从而不能避免数值奇异性问题。

在应力-位移分析中，假定加在单元上的材料是无应力的。因此，对于完全激活，单元被激活时的结构是无应力结构，用于计算材料响应的应变是从该结构中测量的。对于部分激活，新加入的材料和现有的材料处于不同的状态。为了得到材料的响应，Abaqus/Standard使用混合物规则来计算均匀化状态变量。

2.1定义激活的单元

必须首先定义可用于在模型中激活的单元，方法与定义常规单元相同。然后，必须将单元分配给特定的渐进式单元激活特性。

*ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, NAME=activation_name, ELSET=element_set_name

2.2在一个分析步中打开或关闭渐进单元激活

分配给特定渐进单元激活的单元，只能在功能被打开的分析步中被激活。

*ACTIVATE ELEMENTS, ACTIVATION=activation_name

默认情况下，在分析步中，渐进式单元激活是关闭的。可以在每个分析步中根据需要多次重复该选项以打开多个激活。

2.3激活单元

要在一个分析步中激活单元，必须将材料的体积分数分配给用户子程序UEPACTIVATIONVOL中的单元，它在每个增量步的开始被调用。如果已为此激活指定了表集合，则可以从用户子程序访问参数表中的数据。

2.4控制没有激活的单元的行为

默认情况下，非活动的单元不会对模型的整体响应做出贡献，它们的自由度不是解的一部分(与活动单元共享的节点的自由度除外)。在应力-位移分析中，只有当位移相对较小时，这种方法才有效。如果不是这样，非活性单元在被激活之前可能会过度扭曲，从而导致收敛困难或产生不良结果。这种情况下，您可以允许非活动单元跟随变形，这可以防止单元过度变形。

*ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, FOLLOW DEFORMATION=YES/NO

2.4.1缩放未激活单元的材料属性

当指定不活动的单元跟随变形时，模型中的所有单元都会对响应做出贡献。然而，您可以通过指定预激活系数来缩放非活动单元的材料属性。如果标度系数足够小，非活动单元的贡献对解没有显著影响，同时单元随变形而变化，不会发生过度变形。预激活系数的默认值为10-4。

*SECTION controls, PREACTIVATION SCALING=preactivation_coefficient

2.5施加初始温度应变

当一个单元被激活时，初始热应变都是根据初始温度计算的。这可能会导致施加瞬时应变的大值，这相当于施加瞬时载荷。这样的负载可能会导致收敛问题，这些问题无法通过减少时间增量来解决。Abaqus通过规定热应变在默认情况下增加而不是瞬间施加来避免这些收敛问题。

根据公式，初始热应变随时间的增大而增大。

abaqus中的渐进单元激活与model change的图1

E^th是施加的热应变。E₀^th是单元激活的增量步开始时的热应变值，t_act是激活的时间，T_th是用户定义的膨胀时间常量。T_th的默认值是初试时间增量步的两倍。指定T_th=0，导致热应变是立刻施加的。

*ACTIVATE ELEMENTS, EXPANSION TIME CONSTANT=τth

2.6施加本征应变

本征应变是对热应变、塑性应变、相变应变等非弹性应变的总称。由于材料所承受的机械和热负荷，这些应变会在焊接、热机械处理或增材制造等各种制造过程中产生。如果已知这些本征应变的分布，就可以用来估计物体的变形和残余应力。

在Abaqus中，本征应变可以在用户子程序UEPACTIVATIONVOL中对添加到单元中的新材料进行指定。此外，对于实体单元，当单元第一次被激活时，可以更新局部方向。

就像在热应变的情况下，本征应变的突然施加可能导致收敛问题。因此Abaqus允许本征应变按公式线性上升:

abaqus中的渐进单元激活与model change的图2

E^eig是施加的本征应变。E₀^eig是单元被激活的增量步开始时，本征应变的值。T_act是激活的时间，T_eig是用户定义的时间常量，默认是0。

*ACTIVATE ELEMENTS, EIGEN TIME CONSTANT=τeig

2.7初始配置

在静力分析中，活动单元和非活动单元共享的节点的位置，通常会在单元被激活之前改变。在这种情况下，单元激活时的配置与原始单元配置不同。假设这种新的配置是无应力的，这种结构产生的变形决定了单元的应力。

2.8初始条件

Abaqus允许指定单元中材料的初始体积分数。此外，在分析中使用渐进式单元激活时，初始温度以一种特殊的方式处理。

2.8.1定义初始体积分数

可以为逐步激活的单元指定体积分数的初始值。体积分数必须等于0或1，这意味着单元在分析开始时可以是不活动的，也可以是完全活动的。

*INITIAL CONDITIONS, TYPE=ACTIVATION

2.8.2初始温度

通常，当单元被激活时，它们的状态被设置为分析开始时的状态。然而，在传热分析中需要对温度进行特殊处理。在这种情况下，积分点的温度是从节点温度中插值出来的。由于非活动单元和活动单元可能共享节点，节点温度，因此，在积分点的温度可能与指定的温度初始值不同。在这种情况下，Abaqus在积分点产生一个体热通量来补偿这种差异。

2.9边界条件

如果指定非活动单元跟随变形，边界条件将应用于非活动节点(因为这些节点的自由度是解的一部分)。否则，边界条件不会应用于非活动节点，直到它们所属的单元被激活。

2.10载荷

当一个单元处于非活动状态时，不施加载荷；但是，只要一个单元被激活，它们就被施加。激活时的荷载大小有与激活时间对应的值，这意味着荷载大小可能会突然增大，这可能会导致收敛问题。

2.11单元

渐进单元激活只支持实体连续单元和壳单元。但是，对于壳单元只支持完全激活。如果将小于1的材料体积分数赋给一个壳单元，Abaqus会自动将值改为1。

2.12输出

除了Abaqus/ standard中可用的标准输出标识符(使用Abaqus/ standard输出变量标识符)，当指定渐进单元激活时，以下变量有特殊意义:

EACTIVE

当前单元中材料的体积分数。

EEIG

本征应变的所有分量。