深入Abaqus：非线性分析特性

Abaqus中的非线性

在结构力学模拟中有三种非线性来源 : 材料非线性 ,边界非线性 ,几何非线性。同样ABAQUS 分析中也包含这三种非线性 , 在 ABAQUS 软件中 , 非线性模拟是最常见的 , 因为所有的物理结构均为非线性的 ,而线性分析只是一种方便的近似 , 在一定的范围内 , 对设计来说一般可以达到所需精度 ,但对很多实际结构的模拟而言却不能满足要求 ,例如 ,对锻造、冲压等加工过程的模拟分析就是如此。

1 几何非线性

几何非线性发生在位移的大小影响到结构响应的情况 。一般是由以下三种情况造成的 : 大挠度或大转动 ; 突然翻转 ; 初应力或载荷刚性化。

在ABAQUS 分析中 , 定义几何非线性问题比较简单 ,只需要在*STEP 选项中加入 NLGEOM 参数即可 , 并去掉 PERTURBATION 参数。还可以加入 INC 参数来指定分析中允许的最大增量步的数目。

而在 CAE 中的定义方式也很简单 , 只需要在定义 STEP 时 , 把 NLGEOM 参数设为 ON 即可。

2  材料非线性

许多金属在小应变时表现出近似线弹性的特性 。此时材料的弹性模量为常数 ,而在高应力或应变情况下 ,金属开始表现出非线性特性 , 我们通常称之为塑性。

在 ABAQUS 中必须用真实应力和真实应变定义塑性。 ABAQUS 在需要输入文件中输入这些值。然而大多数实验数据常常是用名义应力和名义应变给出的。这时应该利用公式把塑性材料的数据从名义应力/ 应变转换为真实应力/ 应变。

3  边界非线性

若边界条件随分析过程发生变化 ,就产生了边界非线性的问题。例如螺栓连接的两个零件会随施加的螺栓预紧力发生接触 ,也就是边界非线性问题。接触实际上是一系列特殊的不连续的约束 ,拧紧螺栓时 , 两零件的表面由分离到间隙为零 ,开始应用接触约束 , 当接触条件从“开”到“闭”时 ,接触压力发生剧烈变化 ,使接触模拟非常困难。

在 ABAQUS 中定义两个结构间的接触问题 ,第一步是用 *SURFACE DEFINI TION 选项定义表面 , 接着用 *SURFACE INTERACTION 选项来定义表面间的相互作用 , 然后用 *CONTACT PAIR 选项定义可能接触的表面对。

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