渐进式单元激活

编程入门行业动态更新时间:2024-10-09 06:23:15

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渐进式单元激活

渐进式单元激活:

可用于在分析过程中激活单元；
可用于在单元激活期间施加本征应变；
只能用于实体和壳单元；
并且只能用于热传递或静态分析。

渐进单元激活

可以在步长的每个增量中激活单元。必须首先定义可以在分析过程中激活的单元，然后在可以激活它们的每个分析步骤中引用它们。通过在每个增量开始时将材料的体积分数分配给单元，可以激活在步骤中启用激活特征的单元。

支持完全和部分单元激活。对于完全激活，添加的材料体积分数必须等于0或1(即，单元的状态只能从非激活变为完全激活)。对于部分激活，加入的材料体积分数可以是任意的；然而，在实践中，一个单元中的体积分数不应该太小，以防止数值奇异问题。

在应力—位移分析中，假设添加到单元中的材料是无应力的。因此，对于完全激活，单元被激活时的配置是无应力配置，用于计算材料响应的应变是从该配置中测量的。对于部分激活，新添加的材料和已经存在的材料处于不同的状态。为了获得材料响应，Abaqus/Standard使用混合规则来计算均匀化的状态变量。

指定要激活的单元

必须首先以定义常规单元的相同方式定义可用于在模型中激活的单元。然后，需要将单元分配给特定的渐进式单元激活功能。

输入文件用法

使用以下选项定义可在分析期间激活的单元：

*ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, NAME=activation_name, ELSET=element_set_name

在一个步骤中关闭/打开渐进式单元激活

分配给特定渐进式单元激活的单元只能在打开该功能的步骤中激活。

输入文件用法

使用以下选项打开步骤中的渐进式单元激活，并可以选择指定表集合名称:

*ACTIVATE ELEMENTS, ACTIVATION=activation_name

默认情况下，渐进单元激活在分析步中是关闭的。可以根据需要在每个分析步中重复该选项多次，以启用多个激活。

激活单元

要在分析步中激活单元，必须将材料的体积分数指定给用户子程序UEPACTIVATIONVOL中的单元，该子程序在每个增量开始时调用。如果为该激活指定了表格集合，则可以从用户子程序访问参数表中的数据(请参见访问ABAQUS表格集合)。

控制非活动单元的行为

默认情况下，非活动单元不会影响模型的整体响应，它们的自由度也不是解的一部分(与活动单元共享的节点处的自由度除外)。在应力—位移分析中，这种方法仅在位移相对较小的情况下才有效。如果不是这种情况，非活动单元在被激活之前可能会变得过度扭曲，这可能会导致收敛困难或产生较差的结果。在这种情况下，可以允许非活动单元跟随变形，从而防止单元过度变形。

输入文件用法

使用以下选项指定非活动单元应跟随变形:

*ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, FOLLOW DEFORMATION=YES

使用以下选项指定非活动单元不应移动：

*ELEMENT PROGRESSIVE ACTIVATION, FOLLOW DEFORMATION=NO

缩放非活动单元的材料属性

当您指定非活动单元应跟随变形时，模型中的所有单元都会对响应做出贡献。但是，可以通过指定预激活系数来缩放非活动单元的材料属性。如果比例系数的值足够小，则非活动单元的贡献不会显著影响求解，同时单元会跟随变形而不会过度变形。预激活系数的默认值为 1 0 − 4 10^{-4} 10−4。

输入文件用法

使用以下选项指定预激活系数:

*SECTION CONTROLS, PREACTIVATION SCALING=preactivation_coefficient

施加初始热应变

当一个单元被激活时，初始热应变* ϵ 0 t h \epsilon_{0}^{th} ϵ0th是相对于初始温度计算的。这可能导致瞬间施加较大的应变值，相当于施加瞬时载荷。这种负载可能会导致收敛问题，而这些问题无法通过减小时间增量来解决。Abaqus通过指定热应变在默认情况下逐渐施加而不是瞬间施加来避免这些收敛问题*。

根据以下公式(1)，初始热应变随时间逐渐增加
ϵ t h = { t − t a c t τ t h ϵ 0 t h , t a c t ≤ t ≤ t a c t + τ t h ϵ 0 t h , t > t a c t + τ t h ϵ^{th}=\begin{cases} \frac{t-t_{act}}{\tau_{th}}\epsilon_{0}^{th},\quad t_{act}≤t≤t_{act}+\tau_{th}\\ \quad \epsilon_{0}^{th},\qquad \quad t>t_{act}+\tau_{th} \end{cases} ϵth={τtht−tactϵ0th,tact≤t≤tact+τthϵ0th,t>tact+τth
其中， ϵ t h \epsilon^{th} ϵth是施加的热应变， ϵ 0 t h \epsilon_{0}^{th} ϵ0th是单元被激活的增量步结束时的热应变值， t a c t t_{act} tact是激活时间， τ t h \tau_{th} τth是用户指定的膨胀时间常数。 τ t h \tau_{th} τth的默认值是初始时间增量的2倍。指定 τ t h = 0 \tau_{th}=0 τth=0会导致瞬时施加热应变。

输入文件用法

使用以下选项指定扩展时间常数：

*ACTIVATE ELEMENTS, EXPANSION TIME CONSTANT= τ t h τ_{th} τth

施加本征应变

初始配置

在静态分析中，活动和非活动单元共享的节点位置通常会在单元激活之前发生变化。在这种情况下，单元激活时的配置与原始单元配置不同。这种新的构形被认为是无应力的，这种构形的变形决定了单元中的应力。

程序

只有非耦合传热(参见非耦合传热分析)和静态(参见静态应力分析)程序支持渐进式单元激活。

初始条件

Abaqus 允许指定单元中材料的初始体积分数。此外，当在分析中使用渐进式单元激活时，初始温度以特殊方式处理。

定义初始体积分数

可以为可渐进激活的单元指定体积分数的初始值。体积分数必须等于0或1，这意味着单元在分析开始时可以是非活动的状态，也可以是完全活动的状态。

输入文件用法

*INITIAL CONDITIONS, TYPE=ACTIVATION

初始温度

通常，当单元被激活时，它们的状态被设置为分析开始时的状态。但是，在热传递分析中，需要对温度进行特殊处理。在这种情况下，积分点的温度由节点温度插值得到。由于非活动单元和活动单元可能共享节点，因此节点温度以及积分点处的温度可能与指定的初始温度值不同。在这种情况下，Abaqus 在积分点生成体热通量以补偿这种差异。