Abaqus后处理能量变量全解析

利用ABAQUS/Explicit 仿真经常需要对输出结果的能量做分析判断，这里作者基于ABAQUS的帮助文档，将输出的能量进行翻译说明，跟大家交流。

以6.14版本中4.2.2小节的total energy output为依据，下面逐一说明。

ALLAE—伪应变能

伪应变能的产生主要是为了应对一些特殊的情况如沙漏现象 ，壳单元面内转动自由度。拿沙漏现象来讲，它是零能模式，需要人为控制，增加一定的刚度，由此产生的能量并不是模型自身存在的，所以属于伪应变能；而壳单元的面内转动自由度属于“虚假自由度”，是为了防止整体刚度矩阵奇异而引入的，所以由此而带来的能量也不属于系统自身产生的，也属于为应变能。

我们都知道，当发现伪应变能过大时候，一般超过5%则需要考虑细化网格或做其它相应处理，否则计算结果可能存在问题。

ALLCD—粘弹性耗散能

材料粘滞性和弹性综合作用耗散的能量，不包括线性粘弹性规律的超弹性等材料。

蠕变、膨胀以及粘弹性消耗的能量。

ALLFD—摩擦耗散能

整个模型因摩擦作用耗散的能量，仅对整个模型而言。

ALLKE—动能

ALLPD—非弹性耗散能

帮助里写的是率无关或率相关的塑性变形而耗散的能量

ALLSE—可恢复的应变能

ALLVD—粘性耗散能

主要是因系统粘性阻尼和材料阻尼耗散的能量

ALLWK—外力做的功

仅针对整个系统模型而言

ALLIHE—内部热能

ALLHF—外部对流的热能

ALLDMD—裂纹损伤导致的能量损失

ALLDC—单元扭曲控制耗散的能量

ALLFC—流体腔能

针对整个模型而言，是所有流体腔做的负功。

ALLPW—罚函数接触产生的能量

包含通用接触对和罚函数/运动学接触对，仅对整个模型有效。

ALLCW—罚函数约束产生的能量

仅针对整个系统模型而言

ALLMW—质量缩放中增加质量产生的能量

仅针对整个系统模型而言，像在准静态和动态分析问题中经常进行质量缩放来提高计算效率

ALLKL—碰撞消耗的能量

ALLIE—总应变能

总的内能。

ALLIE=ALLSE + ALLPD + ALLCD + ALLAE + ALLDMD+ ALLDC+ ALLFC

ETOTAL—能量平衡

所有能量的总和

ETOTAL=ALLKE + ALLIE + ALLVD + ALLFD + ALLIHE – ALLWK – ALLPW – ALLCW – ALLMW – ALLHF

能量平衡即为零，一般等于零说明计算模型分析更为可靠。

能量输出经常是ABAQUS/Explicit分析的一个重要部分。可以应用在各种能量分量之间的比较，帮助你评估一个分析是否得到了合理的响应。

9.6.1 能量平衡的表述

对于整体模型的能量平衡可以写出为

其中， EI 为内能，EV为粘性耗散能，EFD是摩擦耗散能，EKE是动能，EW是外加载荷所做的功。这些能量分量的总和为，它必须是个常数。在数值模型中， 只是近似的常数，一般有小于1％的误差。

内能

内能是能量的总和，它包括可恢复的弹性应变能EE；非弹性过程的能量耗散（例如塑性）EP；粘弹性或者蠕变过程的能量耗散ECD；和伪应变能EA：

伪应变能包括了储存在沙漏阻力以及在壳和梁单元的横向剪切中的能量。出现大量的伪应变能则表明必须对网格进行细划或对网格进行其它的修改。

伪应变能ALLSE<5%，说明沙漏可以控制的

单元伪应变能密度可以查看每个单元的伪应变能情况,比较直观.

粘性能

粘性能是由阻尼机制引起的能量耗散，包括体粘性阻尼和材料阻尼。作为一个在整体能量平衡中的基本变量，粘性能不是指在粘弹性或非弹性过程中耗散的那部分能量。

施加力的外力功

外力功是向前连续地积分，完全由节点力（力矩）和位移（转角）定义的功。指定的边界条件也对外力功作出贡献。

9.6.2 能量平衡的输出

对于整体模型、特殊的单元集合、单独的单元、或者在每个单元中的能量密度，都可以要求输出每一种能量值和绘出能量的时间历史。在表9-2中列出了在整个模型或者单元集上与能量值有关的变量名称。

表9-2 整个模型能量输出变量

另外，ABAQUS/Explicit能够提供单元水平的能量输出和能量密度输出，如表9-3所列。

表9-3 整个单元能量输出变量

9.7 小结

ABAQUS/Explicit应用中心差分方法对时间进行动力学显式积分。

显式方法需要许多小的时间增量。因为不必同时求解联立方程，每个增量计算成本很低。

随着模型尺寸的增加，显式方法比隐式方法能够节省大量的计算成本。

稳定极限是能够用来前推动力学状态并仍保持精度的最大时间增量。

在整个分析过程中，ABAQUS/Explicit自动地控制时间增量值以保持稳定性。

随着材料刚度增加，稳定极限降低；随着材料密度的增加，稳定极限提高。

对于单一材料的网格，稳定极限是大致与最小单元的尺寸成比例。

一般地，ABAQUS/Explicit应用质量比例阻尼来减弱低阶频率振荡，并应用刚度比例阻尼来减弱高阶频率振荡。

[1]Nan Chiang：ABAQUS输出能量说明（Total energy output）

[2]ABAQUS历史输出中，各能量变量（ALLAE、 － 技术邻

[3]Abaqus能量的问题_s0302017的博客-CSDN博客_abaqus能量