Abaqus弹塑性分析收敛性问题解决方案

上一节和大家分享了书籍《Abaqus 有限元分析实例详解》中在ABAQUS中进行弹塑性分析时，如何定义材料弹塑性方法。今天再和大家分享一下一节弹塑性分析中的收敛问题解的几种方法： 

如果在弹塑性材料上施加的荷载较大时，很可能会造成很大的局部应变（使用点载荷时尤其容易出现此问题），就可能造成收敛问题，其现象如下：

1）在MSG文件中看到警告信息，例如：

***WARNING： THE STRAIN INCREMENT HAS EXCEEDED FIFTY TIMES THE STRAIN TO CAUSE FIRST YIELD AT 16 POINTS.

2）迭代过程中的增量步长不断减小，直至分析失败。

3）在后处理中把变形缩放系数设为1时，仍在施加载荷处看到由于过度变形而扭曲的单元。

对于此问题可以考虑以下解决方法。

1）设定关键词* PLASTIC的塑性数据时，应让其中最大的真实应力和塑性应变大于模型中可能出现的应力应变值。

2）对于出现很大局部塑性应变的部件，如果不关心其准确的应力和塑性变形，可以将其设置为线弹性材料。

3）尽量不要对塑性材料施加点载荷，而是根据实际情况来使用面载荷或线载荷。

4）如果必须在某个节点上施加点载荷，可以使用耦合约束（coupling constraint）来为载荷作用点附近的几个节点建立刚性连接，这样这些节点就会共同承担点载荷。

☆ ABAQUS/CAE 操作：Interaction 模块，主菜单 Interaction -» Constraint -» Create, Type 为 Coupling

如果在应力应变关系曲线中有负斜率（例如在拉伸试验中，试样断裂前的那部分曲线），则可能会在MSG文件中看到Negative Eignevalue警告信息（详见11.2.3节），例如：

***WARNING：THE SYSTEM MATRIX HAS 1 NEGATIVE EIGENVALUES. 下面的应力应变关系曲线是一个负斜率的例子。

*Material, name = Steel

*Plastic

418. , 0

780. , 0.095

500. 0.15

另外,如果材料是不可压缩性的（例如金属材料）,在弹塑性分析中使用二次完全积分单元（C3D20）容易产生体积自锁:如果使用二次减缩积分单元（C3D20R），当应变大于 20% - 40%时，需要划分足够密的网格才不会产生体积自锁因此，建议使用的单元是： 非协调单元（C3D81）、一次滅缩积分单元（C3D8R）和修正的二次四面体单元 （C3DI0M）_。

本节摘自书籍《Abaqus 有限元分析实例详解》-石亦平。

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