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深度好文!避免剪切自锁和体积自锁的单元技术

2023-05-04 22:51:58 来源:哔哩哔哩

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(资料图)

00 背景

剪切自锁导致弯曲变形过刚,属于几何原因。当薄型构件受到弯曲时容易发生剪切自锁。

体积自锁导致变形过刚,属于材料原因。当泊松比接近或等于0.5时容易发生体积自锁。

完全积分的低阶的常规位移单元容易发生剪切自锁和体积自锁,所以它们很少被使用。完全积分的高阶的常规位移单元也容易发生体积自锁。

01 剪切自锁

剪切自锁导致弯曲变形过刚,产生物理上并不存在的切应变,称为寄生切应变。

02 体积自锁

当材料为接近不可压缩或完全不可压缩时(泊松比接近或等于0.5),容易发生体积自锁。体积自锁导致变形过刚,产生物理上并不存在的虚假应力。体积自锁还可能导致求解不收敛。超弹性材料一般具备不可压缩性。

平面应变、轴对称问题以及三维分析都可能发生体积自锁。对于平面应力,体积自锁不会发生,因为平面外的应变被用来满足不可压缩条件。

03 单元技术

ANSYS提供了5种避免剪切自锁和体积自锁的单元技术:B-Bar;URI(统一缩减积分);ES(增强应变);SES(简化增强应变);Mixed U-P(混合UP)。

B-Bar、ES、SES不支持高阶单元。

04 插入APDL方式修改单元技术

修改软件默认的单元技术,需要在对应几何下插入APDL脚本。

比如,启用混合UP单元技术。

05 查看分析中采用的单元技术

可以在求解信息中查看分析中采用的单元技术。

06 切换缩减积分和完全积分

WB界面中提供了缩减积分和完全积分的切换方法。

07 Solid-Shell技术

为准确模拟薄到中等厚度板,可以使用特殊的Solid-Shell单元(SOLSH190),SOLSH190有2*2*2个积分点。

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