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1、第十講ABAQUS/Explicit中的準(zhǔn)靜態(tài)分析1概述簡介載荷速率能量平衡質(zhì)量縮放總結(jié)2簡介顯式方法是真正的動力學(xué)過程。它最初用于模擬高速碰撞問題。它用于求解結(jié)構(gòu)的動力平衡狀態(tài)。在求解過程中，慣性力起到?jīng)Q定性的作用。非平衡力以應(yīng)力波的方式在相鄰單元之間傳播。穩(wěn)定時間增量一般較小。3顯式動力學(xué)方法還可以模擬準(zhǔn)靜態(tài)問題，比如金屬成型過程，但是需要特殊的考慮：如果以自然時間周期計算，用顯式動力學(xué)方法求解準(zhǔn)靜態(tài)問題是不切實際的。一般需要上百萬的時間增量。對稱I型截面的軋制圓柱鋼坯的鐓鍛4為節(jié)省計算時間，可以在模擬過程中人為的增
2、加軋制過程的速度。在增加軋制速度之后，靜平衡問題演化為動平衡問題。慣性力的影響將會增加。準(zhǔn)靜態(tài)分析的目標(biāo)就是：在慣性力的影響較小的前提之下，盡量縮短計算的時間周期。5在模擬過程中，人為的增加準(zhǔn)靜態(tài)成型過程的速度是必要的，它可以提高解的經(jīng)濟(jì)性。但是，在不使結(jié)果退化的前提下，究竟可以把速度提高多少呢？比如，金屬成型過程中，典型的工具速度大約為1m/s的數(shù)量級。這個速度與金屬中的典型波速相比是非常小的（鋼中的波速為5000m/s）。一般推薦的載荷速率為材料中波速的1%。6推薦的方法：以不同的速率多次模擬（比如，工具的速度為10
3、0,50,5m/s）。因為以低的載荷速率進(jìn)行分析的時間比較長，所以以從高的載荷速度到底的載荷速度進(jìn)行分析。檢查結(jié)果（變形形狀、應(yīng)力、應(yīng)變、能量），分析不同載荷速率對結(jié)果的影響。在顯式板金成型模擬過程中，過大的工具速度將抑制起皺現(xiàn)象，并激起非真實的局部拉伸。在屈曲成型過程中，過大的工具速度將引起“噴注”效應(yīng)—水動力學(xué)響應(yīng)（下頁中有圖形）。7工具速度對變形形狀的影響噴注工具速度=500m/s工具速度=10m/s噴注考慮下面的屈曲成型過程（軸對稱模型180?的截面）。當(dāng)工具速度非常大時，產(chǎn)生高度局部化的變形（噴注）。8例子：板
4、金右圖為汽車門標(biāo)準(zhǔn)門梁的干涉測試的簡化模型。圓梁在每個端點固定，接觸剛體圓柱后變形。測試為準(zhǔn)靜態(tài)的。剛體圓柱與可變形梁的碰撞9速度25m/s:好的全局結(jié)果0.1mV速度400m/s:局部效應(yīng)V如果碰撞速度很高，400?m/sec，變形高度局部化，梁沒有結(jié)構(gòu)響應(yīng)。靜態(tài)測試中的主要響應(yīng)為梁的一階模態(tài)。該模態(tài)的頻率用于預(yù)計碰撞速度。一階頻率大約為250?Hz。碰撞在4微秒內(nèi)完成。利用25?m/sec的速度碰撞，圓柱在4微秒內(nèi)向梁推動0.1?m。10為什么25m/sec的速度是合適的？一階頻率(f)大約為250Hz。相應(yīng)的周期為
5、t=0.004秒。在此周期內(nèi)，剛體圓柱被推向梁d=0.1m。這樣，估計的速度v為v=d/t=0.1/0.004=25m/sec。金屬波速為5000m/sec，所以碰撞速度25m/sec為波速的0.5%。碰撞速度應(yīng)該小于材料波速的1%。在分析步內(nèi)，以光滑緩坡的方式，把碰撞速度從零增加到所施加的碰撞速度可以得到更加精確的解。11SMOOTHSTEP幅值曲線通過逐步施加載荷的方式，可以提高準(zhǔn)靜態(tài)解的精度：工具中的常速度條件導(dǎo)致金屬毛坯遭受突然的沖擊載荷。這將導(dǎo)致應(yīng)力波穿過毛坯，產(chǎn)生不希望發(fā)生的結(jié)果。以斜坡的方式，使工具速度從零
6、逐步增加，將減小這些不利的效應(yīng)。出于同樣的原因，在分析結(jié)束移除工具的過程中，也以斜坡的方式將工具速度逐步降為零。12SMOOTHSTEP幅值定義兩個幅值之間以5階多項式過渡。比如，在過渡開始和結(jié)束時一階和二階時間導(dǎo)數(shù)為零。在使用SMOOTHSTEP定義位移時間歷程時，每個指定的幅值處的速度和加速度為零。*AMPLITUDE,NAME=SSTEP,DEFINITION=SMOOTHSTEP0.0,0.0,1.0E-5,1.0*BOUNDARY,TYPE=DISPLACEMENT,AMP=SSTEP12,2,2,2.513能
7、量平衡能量平衡方程可以用于幫助評估計算結(jié)果是否為合理的準(zhǔn)靜態(tài)相應(yīng)。在ABAQUS/Explicit中，能量平衡可以寫為其中EI為內(nèi)能（包括彈性應(yīng)變能、塑性應(yīng)變能和與沙漏控制相關(guān)的偽能）。EV為粘性機(jī)制耗散的能量。EFD為摩擦耗散的能量。EKE為動能。EW為外力功。ETOT為系統(tǒng)的總能量。14考慮單軸拉伸試樣的拉伸測試如果實際測試是準(zhǔn)靜態(tài)的，拉伸試件的外力功等于試件的內(nèi)能。單軸拉伸測試15準(zhǔn)靜態(tài)測試的能量歷程顯示在右圖中：慣性力是可以忽略的。測試試件的材料速度是很小的。動能是可以忽略的。當(dāng)測試的速度增加以后：試件的響應(yīng)偏離
8、靜態(tài)、趨于動態(tài)。因此，材料速度和動能更加明顯。準(zhǔn)靜態(tài)拉伸測試的能量歷程16因此，能量檢查為ABAQUS/Explicit金屬成型過程的結(jié)果是否反應(yīng)了準(zhǔn)靜態(tài)解提供了另外的評估方法。在主要的成型過程中，變形材料的動能不可以超過內(nèi)能的一小部分。這個小部分一般為1–5%。因為毛坯在產(chǎn)生顯著變形之前將被移動，因此在成型過程的早
