为了提高分析精度以及解决在大变形分析中网格畸形的问题,Abaqus提供了三种网格自适应的方法,需注意各自的目标以及适用范围。



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本文以一个挤压成型的实例,着重介绍ALE自适应网格和自适应网格重划(adaptive remeshing)。网格间的求解变换(mapsolution)将在下文中介绍。

ALE自适应网格

1. 建立模型

分别建立压头(2D轴对称,解析刚体)和坯料(2D轴对称,变形体)的模型,如下图所示。


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压头和坯料模型

2. 创建坯料材料

创建坯料的材料参数,密度为7.8e-9 t/m3,弹性模量为2e5 MPa,泊松比为0.3,屈服强度为100 MPa,切线模量为300 MPa。


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塑性参数定义

3.生成装配体(略)

4.设置分析类型

创建静力分析载荷步,打开大变形,并定义合适的迭代增量。


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step定义

5.定义接触关系

定义压头和坯料上方及右侧的无摩擦接触关系。


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接触关系定义

6.定义边界条件

胚料底部约束Y方向的位移,左侧约束X方向的位移(对称边界),压头施加向下7.6mm的位移。


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约束条件

7.划分网格

定义坯料的单元类型为CAX4R,并在长度方向划分较密的网格,高度方向的网格可以较为稀疏,最终划分的网格如下图所示。


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网格划分图

8.建立Job并计算

计算过程中出现error “Time increment required isless than the minimum specified”,计算不收敛。因此下面将改为显式动力学进行分析。

9.显式动力学分析

将step改为“dynamic,explicit”,计算时间为3.8e-4s。同时给予压头向下20000mm/s的恒定速度(替换向下的位移)。重新建立任务提交计算。

最终计算完成,没有出现error,但是网格出现了畸变,这对于计算精度有着较大的影响。


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压缩过程动图(显示动力学)

10. 显式动力学分析+ALE

在step模块中,点击菜单栏other : ALE Adaptive Mesh Domain,选择需要进行ALE网格自适应的区域,并将frequency设为5,remeshing sweeps per increment设为3。(每5个增量步进行一次remesh过程,每一次remesh进行3次sweep)


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ALE设置

进行ALE设置后,重新建立任务提交计算。计算成功完成,并且在整个压缩过程中,网格没有出现畸变。这说明ALE对于控制网格变形有着明显的效果。


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自适应网格重画

如果要采用自适应网格重画功能(adaptive remeshing),需要注意以下两点:

●对于三维实体模型,必须使用四面体单元网格;对于二维模型,必须使用三角形单元或以进阶算法(advancing front)生成的四边形单元网格,否则在提交分析时将会提示错误;

●自适应网格重画根据计算结果误差因子,对误差较大的区域进行网格细化,其根本目的是提高分析精度,而并非解决网格畸形问题。

11. 静力学分析+adaptive remeshing

由于adaptive remeshing只能在ABAQUS/standard求解器中使用,因此分析类型仍设置为static,general。

在mesh模块中,将胚料划分为四边形网格。在菜单栏中选择adaptivity:remeshing rule,,选择胚料区域,进行误差监测变量的设置。


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Adaptive remeshing 设置

为了节省计算时间,将压头向下移动的距离改为3.8mm。

在job模块中,在菜单栏中选择adaptivity:,创建自适应网格计算任务,保持默认迭代次数3次,提交计算。

迭代次数=1 迭代次数=2 迭代次数=3


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网格remeshing过程


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Deformation plot

由最终的变形图可以看出,随着网格的细化迭代,模型的变形更加贴近ALE的计算结果,可以认为计算结果更为精确。

本例主要介绍了ABAQUS中ALE和adaptive remeshing这两种自适应网格方法。ALE对于控制网格畸变有着很好的效果,而adaptive remeshing更着重于网格细化,个人认为ALE方法实用性更强。