质量缩放abaqus.docx

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质量缩放

ABAQUSAnalysisUser’sManual11.7.1

简介

显示动态过程常用于解决以下两类问题：

瞬时动态响应计算和含复杂非线性效应（最常见的是复杂的接触条件）的准静态模拟。

由于求解动态方程时采用了显示中心差分法，平衡方程中离散的质量矩阵对计算效率和精度都起到了关键性的影响。

如果恰当地运用质量缩放方法，可以在保证计算精度的情况下，大大提高计算效率。

然而，最适合于准静态模拟的质量缩放技术与动态分析中必须采用的质量缩放方法存在很大差异。

准静态分析或某些动态分析中，少数尺寸较小的单元控制稳态时间增量，为提高计算效率，ABAQUS/Explicit常采用质量缩放的方法。

质量缩放可用于：

▪缩放整个模型，单个单元或单元组的质量

▪多步分析中，缩放每个分析步中的质量

▪分析步起始或整个过程中进行质量缩放

质量比例缩放可通过以下方式执行：

▪采用给定的常数因子对特定单元进行质量缩放

▪对所有指定的单元采用相同比例因子进行质量缩放，使单元组内任意单元的最小稳态时间增量等于用户给定的时间增量

▪仅对单元组内稳态时间增量小于用户给定时间增量的单元进行质量缩放，使这些单元的稳态时间增量等于用户给定的时间增量

▪缩放所有指定单元的质量，使每个单元的稳态时间增量等于用户给定的时间增量

▪对于金属成形分析，基于网格的几何形状和初始条件，自动进行质量缩放

准静态分析

对于应变率无关材料的准静态分析，自然时间并不重要。

为节省计算时间，有效的办法是有两种：

减少分析的时间步长或人为地增加模型的质量（质量缩放）。

对于率无关材料，这两种方法产生的效果相同；但如果模型中含有率相关材料，首选质量缩放方法，因为该方法保留了自然时间。

直接定义质量缩放因子

对于动能必须保持很小的准静态分析中，直接定义质量缩放因子很有用。

用户可以对指定单元组内的所有单元定义一个固定的质量缩放因子。

这些单元的质量在分析步开始时被缩放将在整个分析步中保持不变，除非通过变比例质量因子进一步修改质量。

Input File Usage:

*FIXEDMASSSCALING,FACTOR=scale_factor

例如，将单元组内的单元质量放大10倍

*FIXEDMASSSCALING,FACTOR=10.,ELSET=elset

ABAQUS/CAE Usage:

Stepmodule:

CreateStep:

General,Dynamic,ExplicitorDynamic,Temp-disp,Explicit:

Massscaling:

Usescalingdefinitionsbelow:

Create:

Semi-automaticmassscaling,Scale:

Atbeginningofstep,Scalebyfactor:

scale_factor

定义理想的单元－单元稳态时间增量

对于定比例或变比例质量缩放方法，用户可以对单元组定义单元－单元稳定时间增量。

ABAQUS/Explicit将确定必要的质量缩放因子。

定义单元－单元稳态时间增量时，有三种互斥的质量缩放方法可供选择。

下面对各种方法进行详细阐述。

为了确定各增量步的稳态时间增量，ABAQUS/Explicit首先以单元－单元为基础确定最小的稳态时间增量。

然后，根据模型的最高频率用全局估计的算法确定稳态时间增量。

选用两种估计值中较大者作为稳态时间增量。

一般来说，全局估计器确定的稳态时间增量大于单元－单元估计器确定的值。

当采用定比例或变比例质量缩放方法，并且对单元组指定单元－单元稳态时间增量时，直接影响到单元－单元稳态时间增量的估计值。

如果模型中所有单元采用单一的质量缩放定义，则单元－单元估计值将等于单元－单元稳态时间增量给定值，除非采用了罚方法强加接触约束。

罚接触会导致单元－单元估计值比单元－单元稳态时间增量值的给定值略小。

由于使用了全局估计器，实际使用的稳态时间增量值可能大于单元－单元稳态时间增量给定值。

如果仅对模型的一部分执行质量缩放，没有经过质量缩放的单元，它们的单元稳态时间增量可能小于单元－单元稳态时间增量的给定值，这些单元将控制单元－单元稳态时间增量的估计值。

结果，仅对部分模型进行质量缩放时，时间增量通常都不等于单元－单元稳态时间增量。

如果显示动态分析步的定比例时间增量尺度是以初始的单元－单元稳态极限为基础或者直接指定的，将按6.6.3节描述的规则计算使用的时间增量。

均匀缩放质量

对于要求模型的动能保持很小的准静态分析，均匀缩放质量很有用。

这种方法与直接指定比例因子相似。

两种情况下，所有单元的质量都统一地根据单一比例因子进行缩放。

然而，用均匀质量缩放方法，质量缩放因子由ABAQUS/Explicit确定，而不是由用户指定。

对所有单元施加均匀的、相同的质量缩放因子，使得这些单元中的最小稳态时间增量等于单元－单元时间增量的给定值,dt。

Input File Usage:

Useeitherofthefollowingoptions:

*FIXEDMASSSCALING,TYPE=UNIFORM,DT=dt

*VARIABLEMASSSCALING,TYPE=UNIFORM,DT=dt

ABAQUS/CAE Usage:

Stepmodule:

CreateStep:

General,Dynamic,ExplicitorDynamic,Temp-disp,Explicit:

Massscaling:

Usescalingdefinitionsbelow:

Create:

Semi-automaticmassscaling,Scale:

AtbeginningofsteporThroughoutstep,Scaletotargettimeincrementof:

dt,Scaleelementmass:

Uniformlytosatisfytarget

仅对单元稳态时间增量低于给定值的单元进行质量缩放

仅缩放单元稳态时间增量低于给定值的单元，适用于准静态分析和动态分析。

对于增加关键单元的稳态时间增量非常有用。

分析步开始时网格包含了控制稳态时间增量的小单元时，采用定比例的方式缩放这些单元的质量，并且以理想的时间增量开始分析。

只增加控制单元的质量意味着可显著提高稳态时间增量，但对整个模型的影响可以忽略不计。

对于累积变形产生一定数量的小单元的分析过程，采用变比例的方式对这些单元进行质量缩放，从而限制稳态时间增量的下降。

Input File Usage:

Useeitherofthefollowingoptions:

*FIXEDMASSSCALING,TYPE=BELOWMIN,DT=dt

*VARIABLEMASSSCALING,TYPE=BELOWMIN,DT=dt

ABAQUS/CAE Usage:

Stepmodule:

CreateStep:

General,Dynamic,ExplicitorDynamic,Temp-disp,Explicit:

Massscaling:

Usescalingdefinitionsbelow:

Create:

Semi-automaticmassscaling,Scale:

AtbeginningofsteporThroughoutstep,Scaletotargettimeincrementof:

dt,Scaleelementmass:

Ifbelowminimumtarget

通过质量缩放使所有单元具有相等的单元稳态时间增量

对所有单元进行质量缩放，致使它们具有相同的稳态时间增量，有效地影响到模型的特征频谱。

由于会引起质量属性的剧烈变化，所以这种方法只适用于准静态分析。

并且它意味着某些单元的比例缩放因子可能会小于1。

Input File Usage:

Useeitherofthefollowingoptions:

*FIXEDMASSSCALING,TYPE=SETEQUALDT,DT=dt

*VARIABLEMASSSCALING,TYPE=SETEQUALDT,DT=dt

ABAQUS/CAE Usage:

Stepmodule:

CreateStep:

General,Dynamic,ExplicitorDynamic,Temp-disp,Explicit:

Massscaling:

Usescalingdefinitionsbelow:

Create:

Semi-automaticmassscaling,Scale:

AtbeginningofsteporThroughoutstep,Scaletotargettimeincrementof:

dt,Scaleelementmass:

Nonuniformlytoequaltarget

全局质量缩放和局部质量缩放

对单元组指定定比例或变比例的质量缩放，用于对模型的局部区域进行质量缩放。

对于指定的单元组，重复定义质量缩放方法时，局部定义将覆盖全局定义。

Input File Usage:

Useeitherofthefollowingoptions:

*FIXEDMASSSCALING,ELSET=elset

*VARIABLEMASSSCALING,ELSET=elset

ABAQUS/CAE Usage:

Stepmodule:

CreateStep:

General,Dynamic,ExplicitorDynamic,Temp-disp,Explicit:

Massscaling:

Usescalingdefinitionsbelow:

Create:

Semi-automaticmassscaling,Scale:

AtbeginningofsteporThroughoutstep,Region:

Set:

elset

分析步开始时进行质量缩放

定比例质量缩放仅用在分析步开始时指定质量缩放比例，并且通常缩放原始单元的质量。

直接定义缩放因子时，用给定的缩放因子进行质量缩放。

如果指定单元－单元稳态时间增量dt,基于该值进行质量缩放。

如果缩放因子和单元－单元稳态时间增量都指定，首先用质量缩放因子进行缩放，再依据单元－单元稳态时间增量和所选的定比例缩放类型，决定是否再进行缩放。

局部的质量缩放针对特定的单元组定义。

如果没有指定单元组，将对模型中所有单元采用定比例质量缩放。

每个单元组只允许使用一个定比例质量缩放。

多个定比例缩放包含的单元组不能有重叠部分。

对指定单元组定义的局部质量缩放会覆盖全局质量缩放。

Input File Usage:

*FIXEDMASSSCALING,FACTOR=factor,DT=dt,TYPE=type,ELSET=elset

ABAQUS/CAE Usage:

Stepmodule:

CreateStep:

General,Dynamic,ExplicitorDynamic,Temp-disp,Explicit:

Massscaling:

Usescalingdefinitionsbelow:

Create