ABAQUS熱-應力分析的單元選擇

2016-10-27  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

對于熱響應:一階傳熱單元通常適合應用于包含不連續溫度梯度的問題(如潛在熱源引起),以及不光滑的非線性問題。二階傳熱單元更適合光滑的響應分析。

對于結構響應,在熱-應力分析中常見的變形模式為彎曲。所以熱-應力分析主要考慮的是彎曲變形下的單元選擇。

一般來說,結構單元(梁和殼)對彎曲為主的問題,是高效經濟的解決方式。連續體單元也可以用于模擬彎曲變形,并且在某些情況下是必須的:

(1)厚度方向上的應變需要精確分析。

(2)梁或殼理論不適用,如厚重的結構。

(3)使用連續體單元分析彎曲為主的問題,對于單元類型和網格劃分必須有特殊的考慮。

有限元法模擬彎曲時有以下假定:

(1)橫截面在變形過程中始終保持為平面。

(2)軸向應變沿著厚度線性變化。

(3)如果泊松比為 0,則厚度方向的應變等于0。

(4)沒有薄膜剪切應變。

因此,采用二階實體單元模擬彎曲變形時,軸向應變等于初始水平線長度的改變,厚度方向的應變為零,剪切應變為零。

使用二階實體單元模擬彎曲

使用使用一階完全積分實體單元模擬彎曲變形,該單元在積分點處探測到剪切應變。由于部分能量用于剪切變形而非彎曲變形,因此造成過于剛硬的材料行為,即通常稱為剪切自鎖。

使用一階完全積分實體單元模擬彎曲

ABAQUS提供的一階減縮積分單元模擬彎曲時,可以消除剪切自鎖。由于這種單元只在形心處有一個積分點,因此厚度方向不能探測到彎曲引起的應變,即產生沙漏問題。這種單元中的每個單元都可以捕捉到軸向的拉伸或壓縮應變,但不會在一個單元同時捕捉到這兩種應變,軸向應變可以被準確度量,厚度方向和剪切應變都是零,是廉價高效的單元類型。

非協調模式單元是模擬彎曲為主的問題中性價比最高的實體單元。厚度方向上只需一個單元即可模擬彎曲變形。

在做熱-應力分析時,由于單元的選擇不合適,或網格布置不合適,常會產生不真實的結果。因此,需要結合實際謹慎選擇。同時,對熱-應力分析的模型網格劃分,還有如下建議:

(1)溫度梯度很大的區域應適當加密網格,以精確捕捉產生的熱應變梯度。

(2)為了避免結構的過約束,在單元選擇和邊界條件施加時應特別小心。

上述內容不僅適合于順序熱-應力分析以及絕熱分析,也適合于完全耦合分析中的溫度-位移耦合分析。

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