Zapewnienie stabilności symulacji dla zbieżności i kontaktu w nieliniowej metodzie elementów skończonych
Nieliniowa analiza elementów skończonych (MES) niesie ze sobą wyjątkowe wyzwania, szczególnie w zakresie osiągania stabilnych i zbieżnych rozwiązań. Abaqus zapewnia szereg narzędzi i technik pozwalających skutecznie sprostać tym wyzwaniom. W niniejszym przewodniku omówiono podstawowe metody zapewniające stabilność symulacji przy użyciu oprogramowania Abaqus.
Podstawowe narzędzia i techniki wykorzystujące Abaqus
Warunki brzegowe
Warunki brzegowe mają kluczowe znaczenie dla określenia sposobu interakcji modelu z otoczeniem. W programie Abaqus właściwe zastosowanie warunków brzegowych może znacząco wpłynąć na zbieżność analizy nieliniowej. Upewnij się, że warunki brzegowe są zastosowane dokładnie, aby odzwierciedlić fizyczne ograniczenia problemu. Błędnie zastosowane lub zbyt restrykcyjne warunki brzegowe mogą prowadzić do braku zbieżności lub nierealistycznych wyników. Na przykład, możliwe jest tworzenie warunków brzegowych w Abaqus/CAE i kontrolowanie ich wpływu poprzez różne kroki, w których stosowane są różne przypadki obciążeń.
Efektywne zarządzanie warunkami brzegowymi obejmuje korzystanie z menedżera warunków brzegowych w celu aktywacji lub dezaktywacji warunków w zależności od potrzeb w różnych krokach.
Kontrola wielkości przyrostu
Kontrola rozmiaru przyrostu jest niezbędna w nieliniowej analizie elementów skończonych do zarządzania procesem przyłożenia obciążenia. Mniejsze przyrosty mogą poprawić zbieżność, umożliwiając solverowi bardziej efektywną obsługę nieliniowości. Abaqus zapewnia opcje dynamicznego dostosowywania wielkości przyrostów w oparciu o zachowanie zbieżności, co może pomóc w osiągnięciu stabilnego rozwiązania. W przypadku wysoce nieliniowych problemów, ustawienie początkowego rozmiaru przyrostu na wystarczająco mały i dostosowanie maksymalnego rozmiaru przyrostu może zapobiec nagłym zmianom sztywności powodującym problemy ze zbieżnością.
Kontrola przemieszczenia
Sterowanie przemieszczeniami polega na bezpośrednim określaniu przemieszczeń, a nie sił. Metoda ta może być szczególnie przydatna w problemach nieliniowych, w których kontrola siły może prowadzić do niestabilności. Kontrolując przemieszczenia, solver może lepiej zarządzać nieliniową odpowiedzią modelu, co prowadzi do lepszej zbieżności. Podejście to jest szczególnie korzystne w problemach kontaktowych, w których początkowy kontakt musi zostać ustanowiony bez powodowania nieograniczonych ruchów ciała sztywnego.
Automatyczna stabilizacja
Automatyczna stabilizacja w Abaqus wprowadza sztuczne tłumienie, aby pomóc kontrolować niestabilności podczas analizy. Technika ta jest szczególnie przydatna w przypadkach, gdy model doświadcza nagłych zmian sztywności lub problemów z kontaktem. Należy jednak stosować ją ostrożnie, ponieważ nadmierna stabilizacja może wprowadzić błędy do symulacji. Celem jest zminimalizowanie energii stabilizacji w stosunku do całkowitej energii modelu. Kluczowe jest sprawdzenie ALLSD (energii stabilizacji) w stosunku do ALLIE (energii wewnętrznej) modelu, upewniając się, że ALLSD pozostaje niewielkim ułamkiem (nie więcej niż 2%) ALLIE.
Ogólna formuła kontaktowa
Ogólna formuła kontaktowa Abaqus pozwala na automatyczne wykrywanie i zarządzanie interakcjami kontaktowymi w modelu. Funkcja ta upraszcza konfigurację złożonych scenariuszy kontaktu i pomaga w osiągnięciu stabilnej zbieżności poprzez zapewnienie, że warunki kontaktu są dokładnie obsługiwane podczas całej analizy.
Uproszczone podejście do modelowania
Uproszczone podejścia do modelowania mogą zmniejszyć złożoność obliczeniową i poprawić zbieżność. Może to obejmować wykorzystanie symetrii, zmniejszenie rozmiaru modelu lub uproszczenie geometrii i właściwości materiału. Skupiając się na krytycznych aspektach problemu, można uzyskać bardziej stabilne i wydajne symulacje. Rozpoczęcie od uproszczonego modelu i stopniowe dodawanie szczegółów może pomóc zidentyfikować i rozwiązać źródła trudności ze zbieżnością.
Niesymetryczny solver
Niesymetryczny solver w Abaqus jest przeznaczony do rozwiązywania problemów, w których macierz sztywności nie jest symetryczna, co jest powszechne w analizach nieliniowych obejmujących nieliniowości kontaktowe lub materiałowe. Użycie niesymetrycznego solwera może poprawić zbieżność w tych trudnych scenariuszach. W przypadku problemów ze znacznym tarciem lub względnym skończonym poślizgiem stykających się powierzchni, wywołanie niesymetrycznego solwera może zwiększyć szybkość zbieżności.
Elementy hybrydowe
Elementy hybrydowe łączą zalety różnych formuł elementów w celu poprawy zbieżności w analizach nieliniowych. Elementy te mogą skuteczniej radzić sobie ze złożonymi wzorcami deformacji i zachowaniami materiałów, prowadząc do bardziej stabilnych rozwiązań. Elementy hybrydowe są szczególnie przydatne w przypadku materiałów prawie nieściśliwych, gdzie standardowe elementy mogą mieć trudności z zapewnieniem dokładnych wyników.
Podsumowanie
Osiągnięcie stabilności symulacji w nieliniowych metodach elementów skończonych wymaga połączenia starannie przemyślanych technik i narzędzi. Abaqus oferuje solidne rozwiązania do symulacji złożonych scenariuszy rzeczywistych, w których założenia liniowe są niewystarczające. Symulacje te są niezbędne w zastosowaniach obejmujących nieliniowość materiałową, nieliniowość geometryczną i nieliniowość kontaktową. Niezależnie od tego, czy chodzi o walidację nowych projektów, ulepszanie istniejących, czy analizę awarii, Abaqus zapewnia niezbędne narzędzia zapewniające stabilność, zbieżność i dokładność symulacji nieliniowych. Zastosowanie technik opisanych w tym przewodniku może pomóc zespołom inżynierskim przyspieszyć cykle rozwoju, jednocześnie zwiększając wydajność i niezawodność produktu.
