搜索Abaqus/Standard中的過約束檢查（一）
2016-10-26 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
通常情況下,過約束指的是施加在相同自由度上的多個約束。過約束分為一致的過約束和非一致的過約束,當所有約束相互兼容時,即是一致的過約束,反之,約束相互不兼容時,則為非一致的過約束。一致的過約束也叫冗余約束,非一致的過約束也叫沖突約束。分析中,有很多模型有節點的某些自由度受到了過約束,這些過約束可能導致不準確的求解,甚至不收斂。常見的可能導致過約束的情況包括(但不限于)以下:
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接觸的從面節點同時定義了邊界條件或MPC約束;
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定義了基于表面Tie約束的邊,同時又是接觸從面,或定義了對稱邊界條件;
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施加了邊界條件的節點,同時又包含在耦合約束或剛體約束中。
如上圖所示,中部的模型由三個分別劃分網格的區域組成,并使用基于表面的Tie約束連接在一起。這個變形體模型與下部的剛體塊定義了接觸作用,下部的剛體施加了剛體約束,剛體參考點固定。變形體左邊定義了對稱邊界條件,變形體與下部剛體之間定義了粗摩擦,可以看出該模型中的冗余約束有:
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干涉的Tie約束:(A)處,三個點共享同一個位置,它們的相對運動受到兩個基于表面的Tie約束(一個垂直的,一個水平的)的約束。只需要兩個約束(兩個非獨立點和一個獨立點)即可完成約束這三個點的運動,但內部生成了三個約束(水平的一個Tie約束和垂直的兩個Tie約束),因此,此處存在一個冗余約束。
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Tie約束和對稱邊界條件:(B)處,節點141和151受到對稱邊界條件約束,但它們的相對運動也受到基于表面的Tie約束限制,因此,此處存在一個冗余約束。
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粗摩擦和對稱邊界條件:(C)處,節點101受到對稱邊界條件約束,同時粗摩擦接觸作為邊界條件也作用在相同的方向上,因此,此處存在一個冗余約束。
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Tie約束和接觸作用:(D)處,節點801和301處施加了基于表面的Tie約束,但在垂直方向又受到兩個接觸約束(一個節點一個)。因此,此處存在一個冗余約束。
盡管這是個簡單的模型,其中就有大量的冗余約束。如果不進行適當的處理,冗余約束可能導致收斂困難,甚至不收斂。更有甚者,這種情況下即使得到了解,所得的反作用力和接觸壓力大小可能也是不準確的。為此,Abaqus/Standard提供了自動檢查以下情況引起的過約束:
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檢查以下約束聯合使用導致的過約束:基礎運動、邊界條件、接觸對、耦合約束、線性約束方程、網格獨立焊點、MPC約束、剛體約束、以及基于表面的Tie約束;
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檢查因連接單元、耦合單元、特殊目的接觸單元、不可壓縮材料行為單元等引入動力學約束而引起的過約束;
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通過詳細信息識別導致過約束的約束;
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自動處理在模型前處理過程和Abaqus/Standard分析過程中檢測到的有限的一致的過約束集合;
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使用等式求解器檢測不能自動處理的過約束;
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可能有默認行為修正。
根據所涉及約束的復雜程度,ABAQUS可以有三種方式識別一致或非一致的過約束。
(1)在模型前處理其中檢測過約束
很多相對簡單的過約束可以通過檢查單個節點的約束情況進行識別。如果檢測出一個一致的過約束,ABAQUS會自動消除不必要的約束,并給出一條警告信息。如果檢測的過約束的非一致的,則分析會停止,并生成一條錯誤信息。
(2)在分析過程中檢查過約束
一些包含在接觸關系中的約束,在分析過程中,由于接觸狀態的改變,可能變成過約束。這種情況下,Abaqus/Standard可以檢測出部分過約束情況,并自動進行清除,同時給出一條相應的信息。
(3)通過等式求解器檢測過約束
很多過約束涉及到不同的約束定義以及不同的單元類型之間的復雜相互作用,Abaqus/Standard不太可能自動進行相應的處理。這種情況下,等式求解器將檢測出過約束,并且會列舉出導致問題出現的潛在原因的詳細信息。
Abaqus/Standard處理過約束時有相應的優先級,由于篇幅限制,請關注下一篇博文《Abaqus/Standard中的過約束檢查(二)——過約束自動修正中約束的優先級》查看詳細的信息。
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