Abaqus中显示动力学分析步骤.docx
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Abaqus中显示动力学分析步骤
Abaqus-中显示动力学分析步骤
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行分析是以冲压速度从最快到最慢的顺序进行。
检查分析的结果，并感受变形形状、应力和应变是如何随冲压速度而改变的。
冲压速度过高的一些表现是与实际不符的、局部化的拉伸与变薄，以及对起皱的抑止。
如果你从一个冲压速度开始，例如50m/s，并从某处减速，在某点上从一个冲压速度到下一个冲压速度的解答将成为相似的，这说明解答开始收敛于一个准静态的解答。
当惯性的影响成为不明显时，在模拟结果之间的区别也是不明显的。
随着人为地增加加载速率，以逐渐和平滑的方式施加载荷成为越来越重要的方式。
例如，最简单的冲压加载方式是在整个成型过程中施加一个定常的速度。
在分析开始时，如此加载会对薄金属板坯引起突然的冲击载荷，在坯件中传播应力波并可能产生不希望的结果。
当加载速率增加时，任何冲击载荷对结果的影响将更加明显。
应用光滑步骤幅值曲线，使冲压速度从零逐渐增加可以使这些不利的影响最小化。
2.4回弹
回弹经常是成型分析的一个重要部分，因为回弹分析决定了卸载后部件的最终形状。
尽管ABAQUS/Explicit十分适合于成型模拟，对回弹分析却遇到某些特殊的困难。
在ABAQUS/Explicit中进行回弹模拟最主要的问题是需要大量的时间来获得稳态的结果。
特别是必须非常小心地卸载，并且必须引入阻尼以使得求解的时间比较合理。
幸运的是，在ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard之间的紧密联系允许一种更有效的方法。
由于回弹过程不涉及接触，而且一般只包括中度的非线性，所以ABAQUS/Standard可以求解回弹问题，并且比ABAQUS/Explicit求解得更快。
因此，对于回弹分析更偏爱的方法是将完整的成型模型从ABAQUS/Explicit输入（import）到ABAQUS/Standard中进行。
3.质量放大
质量放大（massscaling）可以在不需要人为提高加载速率的情况下降低运算的成本。
对于含有率相关材料或率相关阻尼（如减震器）的问题，质量放大是惟一能够节省求解时间的选择。
在这种模拟中，不要选择提高加载速度，因为材料的应变率会与加载速率同比例增加。
当模型的参数随应变率变化时，人为地提高加载速率会人为地改变了分析的过程。
人为地将材料密度增加因数倍，则波速就会降低因数f倍，从而稳定时间增量将提高因数f倍。
注意到当全局的稳定极限增加时，进行同样的分析所需要的增量步就会减少，而这正是质量放大的目的。
但是，放大质量对惯性效果与人为地提高加载速率恰好具有相同的影响。
因此，过度地质量放大，正像过度地加载速率，可能导致错误的结果。
为了确定一个可接受的质量放大因数，所建议的方法类似于确定一个可接受的加载速率放大因数。
两种方法的唯一区别是与质量放大相关的加速因子是质量放大因数的平方根，而与加载速率放大相关的加速因子是与加载速率放大因数成正比。
例如，一个为100倍的质量放大因数恰好对应于10倍的加载速率因数。
通过使用固定的或可变的质量放大，可以有多种方法来实现质量放大编程。
质量放大的定义也可以随着分析步而改变，允许有很大的灵活性。
详细的内容请参阅ABAQUAS分析用户手册第7.15.1节“Massscaling”。
4. 能量平衡
评估模拟是否产生了正确的准静态响应，最具有普遍意义的方式是研究模型中的各种能量。
下面是在ABAQUS/Explicit中的能量平衡方程：
Etotal=EI+EV+EKE+EFD+EW
式中，EI是内能（包括弹性和塑性应变能），EV是粘性耗散吸收的能量，EKE是动能，EFD是摩擦耗散吸收的能量，EW是外力所做的功，Etotal是在系统中的总能量。
如果模拟是准静态的，那么外力所做的功是几乎等于系统内部的能量。
除非有粘弹性材料、离散的减震器、或者使用了材料阻尼，否则粘性耗散能量一般地是很小的。
由于在模型中材料的速度很小，所以在准静态过程中，我们已经确定惯性力可以忽略不计。
由这两个条件可以推论，动能也是很小的。
作为一般性的规律，在大多数过程中，变形材料的动能将不会超过它的内能的一个小的比例（典型的为5%到10%）。
当比较能量时，请注意ABAQUS/Explicit报告的是整体的能量平衡，它包括了任何含有质量的刚体的动能。
由于当评价结果时我们只对变形体感兴趣，当评价能量平衡时我们应在Etotal中扣除刚体的动能。
例如，如果你正在模拟一个采用滚动刚体模具的传输问题，刚体的动能可能占据模型整个动能的很大部分。
在这种情况下，你必须扣除与刚体运动有关的动能，然而才可能做出与内能有意义的比较。
5.例题：
ABAQUS/Explicit凹槽成型
修改由ABAQUS/Standard分析所创建的模型，这样才能在ABAQUS/Explicit中运行它。
这些修改包括在材料模型中增加密度，改变单元库，并改变分析步。
为了获得正确的准静态响应，在运行ABAQUS/Explicit分析前，你将应用在ABAQUS/Standard的频率提取过程来确定所需要的计算时间。
5.1前处理——应用ABAQUS/Explicit重新运算模型
对于一个准静态过程，如果我们知道了坯件的最低阶固有频率，即基（fundamental）频，我们就可以确定分析步时间的一个大致的下限。
一种获得这个信息的方法是在ABAQUS/Standard中运行频率分析。
在这个成型分析中，冲压对坯件产生的变形类似于它的最低阶模态。
因此，如果你想模拟整个结构而并非局部的变形，选择第一个成型阶段的时间是大于或等于坯件最低阶模态的周期是十分重要的。
运行一个固有频率提取过程：
①．将已存在的模型复制成为一个新的模型，命名为Frequency，并对Fequency模型进行如下全面的修改：
在频率提取分析中，你将用一个单独的频率提取分析步取代现在所有的分析步。
此外，你将删除所有的刚性工具和接触相互作用；它们与确定毛坯的基频无关。
②．在Property模块中，为Steel材料模型增加一个7800的密度。
③．在Assembly模块中，删除冲模、冲头和夹具部件的实体。
对于频率分析并不需要这些刚体部件。
（提示：
你可以从工具箱中采用Delete工具删除这些部件。
）
④．进入Step模块，用一个单独的频率提取分析步替代现存的所有分析步。
a.在StepManager（分析步管理器）中，删除分析步RemoveRightConstraint、HolderForce、EstablishContactII和MoveRunch。
b.选择分析步EstablishContactI，并点击Replace。
c.在RepalceStep（替换分析步）对话框中，从LinearParturbation过程列表中选择Frequency，键入分析步描述为Frequencymodes；选择Lanczos特征值选项，并要求五个特征值。
重新命名分析步为ExtractFrequencies。
d.取消DOFMonitor（自由度监视器）选项。
（注意：
由于频率提取分析步是一个线性扰动过程，将忽略材料的非线性性质。
在这个分析中，坯件的左端约束沿x-方向的位移和绕法线的转动；但是，没有约束沿y-方向的位移。
因此，提取的第一阶模态将是刚体模态。
对于在ABAQUS/Explicit中的准静态分析，第二阶模态的频率将确定合适的时间段。
）
⑤．在Interaction模块，删除所有的接触相互作用。
⑥．进入Load模块，在BCManager（边界条件管理器）中检查在ExtractFrequencies分析步中的边界条件。
除了边界条件名称CenterBC以外，删除所有的边界条件。
将这个留下的采用了对称边界条件的毛坯约束施加到左端。
⑦.在创建和提交作业前，如果有必要则重新剖分网格。
⑧.进入Job模块，创建一个作业，命名为Forming-Frequency，采用如下的作业描述：
Channelforming–-frequencyanalysis。
提交作业进行分析，并监控求解过程。
⑨．当分析完成时，进入Visualization模块，并打开由这个作业创建的输出数据库文件。
从主菜单栏中，选择Plot-->DeformedShape；或者应用在工具箱中的工具。
绘制出一阶屈曲模态的模型变形形状。
进一步绘出毛坯的二阶模态，将未变形的模型形状叠加在模型变形图上。
频率分析表明坯件有一个140Hz的基频，对应的周期为0.00714s。
对于成型分析，我们现在知道最短的分析步时间为0.00714s。
创建ABAQUS/Explicit成型分析
成型过程的目标是采用0.03m的冲头位移准静态地成型一个凹槽。
在选择准静态分析的加载速率时，建议你在开始时用较快的加载速率，并根据需要减小加载速率，更快地收敛到一个准静态解答。
然而，如果你希望在你的第一次分析尝试中就增加能够得到准静态结果的可能性，你应当考虑分析步时间是比相应的基频缓慢10到50倍的因数。
在这个分析中，对于成型分析步，你将从0.007s的时间开始。
这是基于在ABAQUS/Standard中进行的频率分析，它显示出毛坯具有140Hz的基频，对应于0.00714s的时间周期。
这个时间周期对应于4.3m/s的常数冲头速度。
你将仔细地检查动能和内能的结果，以检验结果中并没有包含显著的动态影响。
将Standard模型复制成一个新模型，命名为Explicit。
如果必要，通过从位于工具栏下方的Model（模型）列表中选择Explicit模型作为当前的模型。
使所有接下来的模型改变成为Explicit模型。
在ABAQUS/Standard分析中，在冲头和坯件之间模拟一个初始的缝隙以便于接触计算。
在ABAQUS/Explicit分析中则不需要采取这种预防措施。
因此，在Assembly模块中，沿U2方向平移冲头-0.001m。
在警告对话框中出现的关于相对和绝对约束中，点击Yes。
在毛坯夹具上施加一个集中力，为了计算夹具的动态反应，必须在刚性体的参考点上赋予一个点质量。
夹具的实际质量是不重要的；而重要的是它的质量必须与毛坯的质量（0.78kg）具有同一个数量级，以使在接触计算中的振荡最小化。
选择数值为0.1kg的点质量。
在Property模块中，创建一个点的截面定义，命名为Pointmass。
在EditSection对话框的InertialProperties域中，键入0.1点质量的值。
在参考点RigidRefHolder应用这个截面定义。
此外，编辑Steel材料定义来包括7800kg/m3的质量密度。
进入Step模块。
你需要为ABAQUS/Explicit分析创建两个分析步。
在第一个分析步中施加夹具力；在第二个分析步中施加冲头压下力。
除了命名为EstablishContactI的分析步之外，删除所有其他的分析步，并用一个单一的显式动态分析步替换这个分析步。
键入分析步描述为Applyholderforce，并指定0.0001s的分析步时间。
这个时间对于施加夹具载荷是适合的，因为它是足够长以避免了动态效果，而且又足够短以防止了对整个作业运行时间的明显冲击。
将分析步重新命名为Holderforce。
创建第二个显式动态分析步，命名为Displacepunch，分析步的时间为0.007s，键入Applypunchstroke作为分析步的描述。
为了帮助确定分析是如何接近于准静态假设，研究各种能量的历史是非常有用的。
特别有用的是比较动能和内部应变能。
能量历史默认地写入了输出数据库文件。
在这个金属成型分析的第一次尝试中，对于施加的夹具力和冲头压力，你将应用具有默认的光滑参数的表格形式的幅
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