abaqus中顯示動(dòng)力學(xué)分析步驟0001

1、準(zhǔn)靜態(tài)分析 ABAQUS/Explicit準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程(guasi-static process )在過(guò)程進(jìn)行的每一瞬間，系統(tǒng)都接近于平衡狀態(tài)，以致在任意選取的短時(shí)間dt內(nèi)，狀態(tài)參量在整個(gè)系統(tǒng)的各部分都有確定的值，整個(gè)過(guò)程可以看成是由一系列極接近平衡的狀態(tài)所構(gòu)成，這種過(guò)程稱(chēng)為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。無(wú)限緩慢地壓縮和無(wú)限緩慢地膨脹過(guò)程可近似看作為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是一種理想過(guò)程，實(shí)際上是辦不到的。準(zhǔn)靜態(tài)原為一個(gè)熱力學(xué)概念，在這里引用主要是指模型在加載的過(guò)程中任意時(shí)刻所經(jīng)歷的中間狀態(tài)都可近似地視為靜力狀態(tài)，因此當(dāng)加載過(guò)程進(jìn)行得無(wú)限緩慢時(shí)，在各個(gè) 時(shí)刻模型所處的狀態(tài)就可近似地看作是靜態(tài)，該過(guò)程便是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

2、準(zhǔn)靜態(tài)嚙合過(guò)程仿真 主要考慮的是弧齒錐齒輪副在加載時(shí)的接觸狀態(tài)，以及齒面和齒根的應(yīng)力變化規(guī)律，其前提 是不考慮齒輪副慣性的影響。ABAQUS/Explicit 準(zhǔn)靜態(tài)分析顯式求解方法是一種真正的動(dòng)態(tài)求解過(guò)程，它的最初發(fā)展是為了模擬高速?zèng)_擊問(wèn)題，在這類(lèi)問(wèn)題的求解中慣性發(fā)揮了主導(dǎo)性作用。當(dāng)求解動(dòng)力平衡的狀態(tài)時(shí)，非平衡力以應(yīng)力波 的形式在相鄰的單元之間傳播。由于最小穩(wěn)定時(shí)間增量一般地是非常小的值，所以大多少問(wèn) 題需要大量的時(shí)間增量步。在求解準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題上，顯式求解方法已經(jīng)證明是有價(jià)值的，另外 ABAQUS/Explicit 在 求解某些類(lèi)型的靜態(tài)問(wèn)題方面比ABAQUS/Standard更容易。在求解復(fù)

3、雜的接觸問(wèn)題時(shí)，顯式過(guò)程相對(duì)于隱式過(guò)程的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是更加容易。此外，當(dāng)模型很大時(shí)，顯式過(guò)程比隱式過(guò)程需 要較少的系統(tǒng)資源。將顯式動(dòng)態(tài)過(guò)程應(yīng)用于準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題需要一些特殊的考慮。根據(jù)定義，由于一個(gè)靜態(tài)求解是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的求解過(guò)程，所以在其固有的時(shí)間尺度上分析模擬常常在計(jì)算上是不切合實(shí) 際的，它將需要大量的小的時(shí)間增量。因此，為了獲得較經(jīng)濟(jì)的解答，必須采取一些方式來(lái) 加速問(wèn)題的模擬。但是帶來(lái)的問(wèn)題是隨著問(wèn)題的加速，靜態(tài)平衡的狀態(tài)卷入了動(dòng)態(tài)平衡的狀 態(tài)，在這里慣性力成為更加起主導(dǎo)作用的力。目標(biāo)是在保持慣性力的影響不顯著的前提下用最短的時(shí)間進(jìn)行模擬 。準(zhǔn)靜態(tài)(Quasi-static )分析也可以在 ABAQ

4、US/Standard中進(jìn)行。當(dāng)慣性力可以忽略時(shí)，在ABAQUS/Standard中的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力分析用來(lái)模擬含時(shí)間相關(guān)材料響應(yīng)(蠕變、膨脹、粘彈性和雙層粘塑性)的線性或非線性問(wèn)題。關(guān)于在 ABAQUS/Standard中準(zhǔn)靜態(tài)分析的更多 信息，請(qǐng)參閱 ABAQU分析用戶手冊(cè)(ABAQUSXnalysis User s Manual)的第節(jié)“Quasi -static analysis ”。.顯式動(dòng)態(tài)問(wèn)題類(lèi)比假設(shè)兩個(gè)載滿了乘客的電梯。在緩慢的情況下，門(mén)打開(kāi)后你步入電梯。為了騰出空間,鄰近門(mén)口的人慢慢地推他身邊的人，這些被推的人再去推他身邊的人，如此繼續(xù)下去。這種 擾動(dòng)在電梯中傳播，直到靠近墻邊的

5、人表示他們無(wú)法移動(dòng)為止。一系列的波在電梯中傳播， 直到每個(gè)人都到達(dá)了一個(gè)新的平衡位置。如果你稍稍加快速度，你會(huì)比前面更用力地推動(dòng)你 身邊的人，但是最終每個(gè)人都會(huì)停留在與緩慢的情況下相同的位置。在快速情況下，門(mén)打開(kāi)后你以很高的速度沖入電梯，電梯里的人沒(méi)有時(shí)間挪動(dòng)位置來(lái) 重新安排他們自己以便容納你。你將會(huì)直接地撞傷在門(mén)口的兩個(gè)人，而其他人則沒(méi)有受到影 響。對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)分析，實(shí)際的道理是同樣的。分析的速度經(jīng)?？梢蕴岣咴S多而不會(huì)嚴(yán)重地 降低準(zhǔn)靜態(tài)求解的質(zhì)量；緩慢情況下和有一些加速情況下的的最終結(jié)果幾乎是一致的。但是， 如果分析的速度增加到一個(gè)點(diǎn)，使得慣性影響占主導(dǎo)地位時(shí)，解答就會(huì)趨向于局部化，而且 結(jié)果

6、與準(zhǔn)靜態(tài)的結(jié)果是有一定區(qū)別的。.加載速率一個(gè)物理過(guò)程所占用的實(shí)際時(shí)間稱(chēng)其為它的固有時(shí)間(nature time )。對(duì)于一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程在固有時(shí)間中進(jìn)行分析，我們一般能得到準(zhǔn)確的靜態(tài)結(jié)果。畢竟，如果實(shí)際事件真 實(shí)地發(fā)生在其固有時(shí)間尺度內(nèi)，并在結(jié)束時(shí)其速度為零，那么動(dòng)態(tài)分析應(yīng)該能夠得到這樣的 事實(shí)，即分析實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)態(tài)。你可以提高加載速率使相同的物理事件在較短的時(shí)間 內(nèi)發(fā)生，只要解答保持與真實(shí)的靜態(tài)解答幾乎相同，而且動(dòng)態(tài)效果保持是不明顯的。光滑幅值曲線對(duì)于準(zhǔn)確和高效的準(zhǔn)靜態(tài)分析， 要求施加的載荷盡可能地光滑。突然、急促的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波，它將導(dǎo)致振蕩或不準(zhǔn)確的結(jié)果。以可能最光滑的方式施加載荷

7、要求加速度從一 個(gè)增量步到下一個(gè)增量步只能改變一個(gè)小量。如果加速度是光滑的，隨其變化的速度和位移 也是光滑的。ABAQUSW一條簡(jiǎn)單、固定的光滑步驟( smooth step )幅值曲線，它自動(dòng)地創(chuàng)建一條光滑的載荷幅值。當(dāng)你定義一個(gè)光滑步驟幅值曲線時(shí)，ABAQUS1動(dòng)地用曲線連接每一組數(shù)據(jù)對(duì)，該曲線的一階和二階導(dǎo)數(shù)是光滑的，在每一組數(shù)據(jù)點(diǎn)上，它的斜率都為零。由于這些一 階和二階導(dǎo)數(shù)都是光滑的，你可以采用位移加載，應(yīng)用一條光滑步驟幅值曲線，只用初始的 和最終的數(shù)據(jù)點(diǎn)，而且中間的運(yùn)動(dòng)將是光滑的。使用這種載荷幅值允許你進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析而 不會(huì)產(chǎn)生由于加載速率不連續(xù)引起的波動(dòng)。結(jié)構(gòu)問(wèn)題在靜態(tài)分析中，結(jié)構(gòu)

8、的最低模態(tài)通常控制著結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。如果已知最低模態(tài)的頻率和相應(yīng)的周期，你可以估計(jì)出得到適當(dāng)?shù)撵o態(tài)響應(yīng)所需要的時(shí)間。為了說(shuō)明如何確定適當(dāng)?shù)募?載速率，考慮在汽車(chē)門(mén)上的一根梁被一個(gè)剛性圓環(huán)從側(cè)面侵入的變形，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)是準(zhǔn)靜態(tài) 的。采用不同的加載速率，梁的響應(yīng)變化很大。以一個(gè)極高的碰撞速度為400m/s,在梁中的變形是高度局部化的。為了得到一個(gè)更好的準(zhǔn)靜態(tài)解答，考慮最低階的模態(tài)。最低階模態(tài)的頻率大約為250Hz,它對(duì)應(yīng)于4ms的周期。應(yīng)用在 ABAQUS/Standard中的特征頻率提取過(guò)程可以容易地計(jì)算自然頻率。為了使梁在4ms內(nèi)發(fā)生所希望的的變形，圓環(huán)的速度為50m/s o雖然50m/s似乎仍然像

9、是一個(gè)高速碰撞速度，而慣性力相對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度已經(jīng)成為次要的了，變形形狀顯示了很好的準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)。雖然整個(gè)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)顯示了我們所希望的準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)果，但 通常理想的是將加載時(shí)間增加到最低階模態(tài)的周期的10倍以確保解答是真正的準(zhǔn)靜態(tài)。為了更進(jìn)一步地改進(jìn)結(jié)果，剛環(huán)的速度可能會(huì)逐漸增大，例如應(yīng)用一 條光滑步驟幅值曲線，從而減緩初始的沖擊。金屬成形問(wèn)題為了獲得低成本的求解過(guò)程，人為地提高成型問(wèn)題的速度是必要的，但是，我們能夠把速度提高多少仍可以獲得可接受的靜態(tài)解答呢？如果薄金屬板毛坯的變形對(duì)應(yīng)于其最低階模態(tài)的變形形狀，可以應(yīng)用最低階結(jié)構(gòu)模態(tài)的時(shí)間周期來(lái)指導(dǎo)成型的速度。然而在成型過(guò)程 中，剛性的沖模和沖頭能

10、夠以如此的方式約束沖壓，使坯件的變形可能與結(jié)構(gòu)的模態(tài)無(wú)關(guān)。在這種情況下，一般性的建議是限制沖頭的速度小于 1%勺薄金屬板的波速。對(duì)于典型的成型過(guò)程，沖頭速度是在 1m/s的量級(jí)上，而鋼的波速大約為5000m/s。因此根據(jù)這個(gè)建議，一個(gè)50的因數(shù)為沖頭提高速度的上限。為了確定一個(gè)可接受的沖壓速度，建議的方法包括以各種變化的沖壓速度運(yùn)行一系列的分析，這些速度在3m/s至50m/s的范圍內(nèi)。由于求解的時(shí)間與沖壓的速度成反比，運(yùn)行分析是以沖壓速度從最快到最慢的順序進(jìn)行。檢查分析的結(jié)果，并感受變形形狀、應(yīng)力和應(yīng)變是如何隨沖壓速度而改變的。沖壓速度過(guò)高的一些表現(xiàn)是與實(shí)際不符的、局部化的拉伸與變薄，以及對(duì)起

11、皺的抑止。如果你從一個(gè)沖壓速度開(kāi)始，例如 50m/s,并從某處減速，在某點(diǎn)上從一個(gè)沖壓速度到下一個(gè)沖壓速度的解答將成為相似的，這說(shuō)明解答開(kāi)始收斂于一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)的解答。當(dāng)慣性的影響成為不明顯時(shí)，在模擬結(jié)果之間的區(qū)別也是不明顯的。隨著人為地增加加載速率，以逐漸和平滑的方式施加載荷成為越來(lái)越重要的方式。例如，最簡(jiǎn)單的沖壓加載方式是在整個(gè)成型過(guò)程中施加一個(gè)定常的速度。在分析開(kāi)始時(shí)，如此加載會(huì)對(duì)薄金屬板坯引起突然的沖擊載荷，在坯件中傳播應(yīng)力波并可能產(chǎn)生不希望的結(jié)果。當(dāng)加載速率增加時(shí)，任何沖擊載荷對(duì)結(jié)果的影響將更加明顯。應(yīng)用光滑步驟幅值曲線，使沖壓速度從零逐漸增加可以使這些不利的影響最小化。回彈回彈經(jīng)常是成

12、型分析的一個(gè)重要部分，因?yàn)榛貜椃治鰶Q定了卸載后部件的最終形狀。盡管ABAQUS/Explicit十分適合于成型模擬，對(duì)回彈分析卻遇到某些特殊的困難。在ABAQUS/Explicit中進(jìn)行回彈模擬最主要的問(wèn)題是需要大量的時(shí)間來(lái)獲得穩(wěn)態(tài)的結(jié)果。特別是必須非常小心地卸載，并且必須引入阻尼以使得求解的時(shí)間比較合理。幸運(yùn)的是，在ABAQUS/Explicit 和ABAQUS/Standard之間的緊密聯(lián)系允許一種更有效的方法。由于回彈過(guò)程不涉及接觸，而且一般只包括中度的非線性，所以 ABAQUS/Standard可 以求解回彈問(wèn)題，并且比ABAQUS/Explicit 求解得更快。因此，對(duì)于回彈分析更偏

13、愛(ài)的方法是將完整的成型模型從 ABAQUS/Explicit 輸入（import ）至U ABAQUS/Standard中進(jìn)行。.質(zhì)量放大質(zhì)量放大（mass scaling ）可以在不需要人為提高加載速率的情況下降低運(yùn)算的成本。對(duì)于含有率相關(guān)材料或率相關(guān)阻尼（如減震器）的問(wèn)題，質(zhì)量放大是惟一能夠節(jié)省求解時(shí)間 的選擇。在這種模擬中，不要選擇提高加載速度，因?yàn)椴牧系膽?yīng)變率會(huì)與加載速率同比例增 加。當(dāng)模型的參數(shù)隨應(yīng)變率變化時(shí)，人為地提高加載速率會(huì)人為地改變了分析的過(guò)程。人為地將材料密度增加因數(shù)倍，則波速就會(huì)降低因數(shù)f倍，從而穩(wěn)定時(shí)間增量將提高因數(shù)f倍。注意到當(dāng)全局的穩(wěn)定極限增加時(shí)，進(jìn)行同樣的分析所需

14、要的增量步就會(huì)減少，而 這正是質(zhì)量放大的目的。但是，放大質(zhì)量對(duì)慣性效果與人為地提高加載速率恰好具有相同的影響。因此，過(guò)度地質(zhì)量放大，正像過(guò)度地加載速率，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。為了確定一個(gè)可接受的質(zhì)量放大因數(shù)，所建議的方法類(lèi)似于確定一個(gè)可接受的加載速率放大因數(shù)。兩種方 法的唯一區(qū)別是 與質(zhì)量放大相關(guān)的加速因子是質(zhì)量放大因數(shù)的平方根，而與加載速率放大相 關(guān)的加速因子是與加載速率放大因數(shù)成正比。例如，一個(gè)為100倍的質(zhì)量放大因數(shù)恰好對(duì)應(yīng)于10倍的加載速率因數(shù)。通過(guò)使用固定的或可變的質(zhì)量放大，可以有多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量放大編程。質(zhì)量放大的定義也可以隨著分析步而改變，允許有很大的靈活性。詳細(xì)的內(nèi)容請(qǐng)參閱AB

15、AQUA身析用戶手冊(cè)第節(jié)Mass scaling 。. 能量平衡評(píng)估模擬是否產(chǎn)生了正確的準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)，最具有普遍意義的方式是研究模型中的各種能量。下面是在 ABAQUS/Explicit中的能量平衡方程：Etotal=EI+EV+EKE+EFD+EW式中，EI是內(nèi)能（包括彈性和塑性應(yīng)變能），EV是粘性耗散吸收的能量，EKE是動(dòng)能,EFD是摩擦耗散吸收的能量，EW是外力所做的功，Etotal是在系統(tǒng)中的總能量。如果模擬是準(zhǔn)靜態(tài)的，那么外力所做的功是幾乎等于系統(tǒng)內(nèi)部的能量。除非有粘彈性材料、離散的減震器、或者使用了材料阻尼，否則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，所以在準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程

16、中，我們已經(jīng)確定慣性力可以忽略不計(jì)。由這兩個(gè)條件可以推論，動(dòng)能也是很小的。作為一般性的規(guī)律，在大多數(shù)過(guò)程中，變形材料的動(dòng)能將不會(huì)超過(guò)它的內(nèi)能的一個(gè)小的比例（典型的為5%ij 10%）。當(dāng)比較能量時(shí)，請(qǐng)注意ABAQUS/Explicit報(bào)告的是整體的能量平衡，它包括了任何含有質(zhì)量的剛體的動(dòng)能。由于當(dāng)評(píng)價(jià)結(jié)果時(shí)我們只對(duì)變形體感興趣，當(dāng)評(píng)價(jià)能量平衡時(shí)我們應(yīng) 在Etotal中扣除剛體的動(dòng)能。例如，如果你正在模擬一個(gè)采用滾動(dòng)剛體模具的傳輸問(wèn)題，剛體的動(dòng)能可能占據(jù)模型整個(gè)動(dòng)能的很大部分。在這種情況下，你必須扣除與剛體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的動(dòng)能，然而才可能做出 與內(nèi)能有意義的比較。.例題：ABAQUS/Explicit

17、 凹槽成型修改由ABAQUS/Standard分析所創(chuàng)建的模型， 這樣才能在 ABAQUS/Explicit 中運(yùn)行它。這些修改包括在材料模型中增加密度，改變單元庫(kù)，并改變分析步。為了獲得正確的準(zhǔn)靜態(tài) 響應(yīng)，在運(yùn)行 ABAQUS/Explicit 分析前，你將應(yīng)用在ABAQUS/Standard的頻率提取過(guò)程來(lái)確定所需要的計(jì)算時(shí)間。前處理一一應(yīng)用 ABAQUS/Explicit 重新運(yùn)算模型對(duì)于一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，如果我們知道了坯件的最低階固有頻率，即基（fundamental ）頻，我們就可以確定分析步時(shí)間的一個(gè)大致的下限。一種獲得這個(gè)信息的方法是在ABAQUS/Standard中運(yùn)行頻率分析。

18、在這個(gè)成型分析中，沖壓對(duì)坯件產(chǎn)生的變形類(lèi)似于它的最 低階模態(tài)。因此，如果你想模擬整個(gè)結(jié)構(gòu)而并非局部的變形，選擇第一個(gè)成型階段的時(shí)間是 大于或等于坯件最低階模態(tài)的周期是十分重要的。運(yùn)行一個(gè)固有頻率提取過(guò)程：.將已存在的模型復(fù)制成為一個(gè)新的模型，命名為 Frequency ,并對(duì)Fequency模型進(jìn)行如 下全面的修改：在頻率提取分析中，你將用一個(gè)單獨(dú)的頻率提取分析步取代現(xiàn)在所有的分析 步。此外，你將刪除所有的剛性工具和接觸相互作用；它們與確定毛坯的基頻無(wú)關(guān)。.在Property 模塊中，為 Steel材料模型增加一個(gè) 7800的密度。.在Assembly模塊中，刪除沖模、沖頭和夾具部件的實(shí)體。對(duì)

19、于頻率分析并不需要這些剛體部件。（提示：你可以從工具箱中采用Delete工具刪除這些部件。）.進(jìn)入Step模塊，用一個(gè)單獨(dú)的頻率提取分析步替代現(xiàn)存的所有分析步。a.在 Step Manager （分析步管理器） 中，刪除分析步 RemoveRight Constraint 、Holder Force、 Establish Contact II 和 Move Runch。b.選擇分析步 Establish Contact I ,并點(diǎn)擊 Replace。c.在Repalce Step （替換分析步）對(duì)話框中，從 Linear Parturbation過(guò)程列表中選擇Frequency ,鍵入分析步描

20、述為Frequency modes ；選擇Lanczos特征值選項(xiàng)，并要求五個(gè)特征值。重新命名分析步為Extract Frequencies 。d.取消DOF Monitor （自由度監(jiān)視器）選項(xiàng)。（注意：由于頻率提取分析步是一個(gè)線性擾動(dòng)過(guò)程，將忽略材料的非線性性質(zhì)。在這個(gè)分析中，坯件的左端約束沿x-方向的位移和繞法線的轉(zhuǎn)動(dòng)；但是，沒(méi)有約束沿 y-方向的位移。因此，提取的第一階模態(tài)將是剛體模態(tài)。對(duì)于在 ABAQUS/Explicit中的準(zhǔn)靜態(tài)分析，第二階模 態(tài)的頻率將確定合適的時(shí)間段。）.在Interaction 模塊，刪除所有的接觸相互作用。.進(jìn)入 Load模塊，在 BC Manager （

21、邊界條件管理器）中檢查在 Extract Frequencies 分析步中的邊界條件。除了邊界條件名稱(chēng)CenterBC以外，刪除所有的邊界條件。將這個(gè)留下的采用了對(duì)稱(chēng)邊界條件的毛坯約束施加到左端。.在創(chuàng)建和提交作業(yè)前，如果有必要?jiǎng)t重新剖分網(wǎng)格。.進(jìn)入Job模塊，創(chuàng)建一個(gè)作業(yè)，命名為Forming-Frequency ，采用如下的作業(yè)描述：Channel forming - - frequency analysis 。提交作業(yè)進(jìn)行分析，并監(jiān)控求解過(guò)程。.當(dāng)分析完成時(shí)，進(jìn)入 Visualization 模塊，并打開(kāi)由這個(gè)作業(yè)創(chuàng)建的輸出數(shù)據(jù)庫(kù)文件。從主菜單欄中，選擇 Plot-Deformed Sh

22、ape；或者應(yīng)用在工具箱中的工具。繪制出一階屈曲模態(tài)的模型變形形狀。進(jìn)一步繪出毛坯的二階模態(tài)，將未變形的模型形狀疊加在模型變形圖 上。頻率分析表明坯件有一個(gè)140 Hz的基頻，對(duì)應(yīng)的周期為 s o對(duì)于成型分析，我們現(xiàn)在知道最短的分析步時(shí)間為s o創(chuàng)建ABAQUS/Explicit 成型分析成型過(guò)程的目標(biāo)是采用的沖頭位移準(zhǔn)靜態(tài)地成型一個(gè)凹槽。在選擇準(zhǔn)靜態(tài)分析的加載速率時(shí)，建議你在開(kāi)始時(shí)用較快的加載速率，并根據(jù)需要減小加載速率，更快地收斂到一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)解答。然而，如果你希望在你的第一次分析嘗試中就增加能夠得到準(zhǔn)靜態(tài)結(jié)果的可能性，你應(yīng)當(dāng)考慮分析步時(shí)間是比相應(yīng)的基頻緩慢10到50倍的因數(shù)。在這個(gè)分析中，

23、對(duì)于成型分析步，你將從的時(shí)間開(kāi)始。這是基于在ABAQUS/Standard中進(jìn)行的頻率分析，它顯示出毛坯具有140Hz的基頻，對(duì)應(yīng)于的時(shí)間周期。這個(gè)時(shí)間周期對(duì)應(yīng)于m/s的常數(shù)沖頭速度。你將仔細(xì)地檢查動(dòng)能和內(nèi)能的結(jié)果，以檢驗(yàn)結(jié)果中并沒(méi)有包含顯著的動(dòng)態(tài)影響。將Standard模型復(fù)制成一個(gè)新型，命名為 Explicit 。如果必要，通過(guò)從位于工具 欄下方的Model （模型）列表中選擇 Explicit模型作為當(dāng)前的模型。使所有接下來(lái)的模型改變成為Explicit 模型。在ABAQUS/Standard分析中，在沖頭和坯件之間模擬一個(gè)初始的縫隙以便于接觸計(jì)算。在ABAQUS/Explicit分析中

24、則不需要采取這種預(yù)防措施。因此，在 Assembly模塊中，沿 U2 方向平移沖頭 mo在警告對(duì)話框中出現(xiàn)的關(guān)于相對(duì)和絕對(duì)約束中，點(diǎn)擊Yes。在毛坯夾具上施加一個(gè)集中力，為了計(jì)算夾具的動(dòng)態(tài)反應(yīng)，必須在剛性體的參考點(diǎn)上 賦予一個(gè)點(diǎn)質(zhì)量。 夾具的實(shí)際質(zhì)量是不重要的；而重要的是它的質(zhì)量必須與毛坯的質(zhì)量（kg ）具有同一個(gè)數(shù)量級(jí)，以使在接觸計(jì)算中的振蕩最小化。選擇數(shù)值為kg的點(diǎn)質(zhì)量。在Property模塊中，創(chuàng)建一個(gè)點(diǎn)的截面定義，命名為 Pointmass。在Edit Section對(duì)話力I的InertialProperties 域中，鍵入點(diǎn)質(zhì)量的值。在參考點(diǎn)RigidRefHolder 應(yīng)用這個(gè)截面

25、定義。此外，編輯Steel材料定義來(lái)包括 7800 kg/m3的質(zhì)量密度。進(jìn)入Step模塊。你需要為 ABAQUS/Explicit分析創(chuàng)建兩個(gè)分析步。在第一個(gè)分析步 中施加夾具力；在第二個(gè)分析步中施加沖頭壓下力。除了命名為Establish Contact I 的分析步之外，刪除所有其他的分析步，并用一個(gè)單一的顯式動(dòng)態(tài)分析步替換這個(gè)分析步。鍵入 分析步描述為Apply holder force ,并指定s的分析步時(shí)間。這個(gè)時(shí)間對(duì)于施加夾具載荷是 適合的，因?yàn)樗亲銐蜷L(zhǎng)以避免了動(dòng)態(tài)效果，而且又足夠短以防止了對(duì)整個(gè)作業(yè)運(yùn)行時(shí)間的 明顯沖擊。將分析步重新命名為Holder force。創(chuàng)建第二個(gè)顯

26、式動(dòng)態(tài)分析步，命名為Displacepunch ,分析步的時(shí)間為，鍵入 Apply punch stroke作為分析步的描述。為了幫助確定分析是如何接近于準(zhǔn)靜態(tài)假設(shè)，研究各種能量的歷史是非常有用的。特 別有用的是比較動(dòng)能和內(nèi)部應(yīng)變能。能量歷史默認(rèn)地寫(xiě)入了輸出數(shù)據(jù)庫(kù)文件。在這個(gè)金屬成型分析的第一次嘗試中，對(duì)于施加的夾具力和沖頭壓力，你將應(yīng)用具有默認(rèn)的光滑參數(shù)的表格形式的幅值曲線。進(jìn)入Load模塊，為施加的夾具力創(chuàng)建一個(gè)名為Ramp1的表格形式的幅值曲線。在表1中輸入幅值數(shù)據(jù)。為沖頭壓力定義第二個(gè)表格形式的幅值曲線，命名為Ramp2在表2中輸入幅值數(shù)據(jù)。在Load Manager （載荷管理器）中

27、，在命名為 Holder force 的分析步中創(chuàng)建一個(gè)集中力，命名為 RefHolderForce ,在施加的點(diǎn)上指定RefHolder和一個(gè)沿著 CF2方向大小為-440000的力。對(duì)于這個(gè)載荷，改變幅值定義為Ramp1在Boudary Condition Manager（邊界條件管理器）中，刪除命名為MidLeftBC 和MidRightBC的邊界條件。編輯 RefDieBC邊界條件，這樣在 Holder force 分析 步中沿著U2方向的約束為零，不改變其他方向的約束。對(duì)于 RefHolderBC邊界條件，解除沿 著U2方向的約束，而其他方向的約束保持不變。在 Displace Pu

28、nch 分析步中，改變位移邊 界條件RefPunchBC,使沿著U2方向的位移為 m。對(duì)于這個(gè)邊界條件，應(yīng)用幅值曲線 Ramp2監(jiān)視自由度的值。在這個(gè)模型中，你將在整個(gè)分析步中監(jiān)視沖頭的參考節(jié)點(diǎn)的豎向位 移（自由度2）。在ABAQUS/Standard成型分析中，由于已經(jīng)設(shè)置了 DOFMonitor監(jiān)視RefPunch 的豎向位移，所以你無(wú)需做出任何改變。創(chuàng)建網(wǎng)格和定義作業(yè)。在網(wǎng)格Mesh模塊中，將用于剖分坯件網(wǎng)格的單元族改變?yōu)镋xplicit ,并指定增強(qiáng)沙漏控制，并剖分坯件網(wǎng)格。因?yàn)橐呀?jīng)將工具模擬成了解析剛性表面， 因此無(wú)需將它們剖分網(wǎng)格。在Job模塊中創(chuàng)建一個(gè)作業(yè)，命名為 Forming

29、-1 ,給予作業(yè)如下的描述：Channelforming - attempt 1。在運(yùn)行成型分析前，你可能希望知道該分析將需要多少個(gè)增量步，進(jìn)而了解該分析需 要多少計(jì)算機(jī)時(shí)間。你可以通過(guò)運(yùn)行數(shù)據(jù)檢查（ data check ）分析來(lái)獲得關(guān)于初始穩(wěn)定時(shí)間 增量的近似值。在這個(gè)例題中，從一個(gè)增量步到下一個(gè)增量步的穩(wěn)定時(shí)間增量不會(huì)有太大的 變化，因此知道了穩(wěn)定時(shí)間增量，你可以確定完成成型階段的分析需要多少個(gè)增量步。一旦 分析開(kāi)始，你就能夠知道每一個(gè)增量步需要多少CPU時(shí)間，進(jìn)而知道整個(gè)分析需要多少CPU時(shí)間。將模型保存到模型數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，并提交作業(yè)進(jìn)行分析。監(jiān)視求解過(guò)程；改正任何檢測(cè)到的模擬錯(cuò)誤，并

30、調(diào)查任何警告信息的原因。完成整個(gè)分析可能需要運(yùn)行10分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間。一旦分析開(kāi)始運(yùn)行，在另一個(gè)視圖窗中會(huì)顯示出你選擇來(lái)監(jiān)視（沖頭的豎向位移）的 自由度值的 X-Y曲線圖。從主菜單欄中，選擇 Viewport-Job Monitor: Forming-1 ,在分析 運(yùn)行的整個(gè)時(shí)間中跟蹤沿著2-方向沖頭位移的發(fā)展進(jìn)程。評(píng)價(jià)結(jié)果的策略。在查看我們最關(guān)心的結(jié)果之前，諸如應(yīng)力和變形形狀，我們需要確定結(jié)果是否是準(zhǔn)靜態(tài)的。一個(gè)好的方法是比較動(dòng)能與內(nèi)能的歷史。在金屬成型分析中，大部 分的內(nèi)能是由于塑性變形產(chǎn)生的。在這個(gè)模型中，坯件是動(dòng)能的主要因素（忽略?shī)A具的運(yùn)動(dòng)，坯件沒(méi)有與沖頭和模具相關(guān)的質(zhì)量）。為了確定是

31、否已經(jīng)獲得了一個(gè)可接受的準(zhǔn)靜態(tài)解答,的動(dòng)能應(yīng)該小于其內(nèi)能的幾個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)于更高的精確度，特別地是對(duì)回彈應(yīng)力感興趣時(shí)，動(dòng)能應(yīng)該是更低的。這個(gè)方法是非常有用的，因?yàn)樗鼞?yīng)用于所有類(lèi)型的金屬成型過(guò)程，而且 不需要任何直觀地理解在模型中的應(yīng)力；許多成型過(guò)程可能是過(guò)于復(fù)雜，以至于不允許對(duì)結(jié) 果有一個(gè)直觀的判斷。雖然是衡量準(zhǔn)靜態(tài)分析的良好和重要的證明，僅憑動(dòng)能與內(nèi)能的比值還不足以確任解 的質(zhì)量。你還必須對(duì)這兩種能量進(jìn)行獨(dú)立地評(píng)估，以確定它們是否是合理的。當(dāng)需要準(zhǔn)確的 回彈應(yīng)力結(jié)果時(shí)，這一部分的評(píng)估是更增加了重要性，因?yàn)橐粋€(gè)高度精確的回彈應(yīng)力解答是 高度地依賴(lài)于準(zhǔn)確的塑性結(jié)果。即使動(dòng)能是非常小的量，如果它包含

32、了高度的振蕩，則模型 也會(huì)經(jīng)歷顯著的塑性。一般說(shuō)來(lái)，我們希望光滑加載以產(chǎn)生光滑的結(jié)果；如果加載是光滑的， 但是能量的結(jié)果是振蕩的，則結(jié)果可能是不合適的。由于一個(gè)能量的比值無(wú)法顯示這種行為， 所以你也必須研究動(dòng)能本身的歷史以觀察是否是光滑的還是振蕩的。如果動(dòng)能不能顯示出準(zhǔn)靜態(tài)的行為，在某些節(jié)點(diǎn)上觀察速度的歷史可能是有用的，以 幫助理解在各個(gè)區(qū)域中模型的行為。這種速度歷史可以表明在模型的哪些區(qū)域是振蕩的，并 產(chǎn)生大量的動(dòng)能。評(píng)估結(jié)果。進(jìn)入 Visulization 模塊，并打開(kāi)由這個(gè)作業(yè)（）創(chuàng)建的輸出數(shù)據(jù)庫(kù)。繪 制動(dòng)能和內(nèi)能。創(chuàng)建能量歷史的曲線：.從主菜單欄中，選擇 Plot-History Ou

33、tput 。顯示出整個(gè)模型的偽應(yīng)變能歷史曲線。.從主菜單欄中，選擇 Result-History Output 。顯示出 History Output 對(duì)話框.從變量的列表中，選擇 Kinetic energy: ALLKE for Whole Model 。.點(diǎn)擊Plot創(chuàng)建一條ALLKE的歷史曲線。顯示出整個(gè)模型的動(dòng)能歷史曲線。.類(lèi)似地，創(chuàng)建模型內(nèi)能的歷史曲線，ALLIEo另外，動(dòng)能的歷史與坯件的成型沒(méi)有明確的關(guān)系，這表明這個(gè)分析是不適合的。在這個(gè)分析中，沖頭的速度保持為常數(shù)，而主要地依賴(lài)于坯件運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能卻遠(yuǎn)非是恒定值。在除了開(kāi)始階段以外的整個(gè)分析步中，動(dòng)能是內(nèi)能的一個(gè)很小的百分?jǐn)?shù)（小于1

34、衿o即使對(duì)于這 種嚴(yán)重的加載情況，還是滿足了動(dòng)能必須相對(duì)地小于內(nèi)能地準(zhǔn)則。盡管模型的動(dòng)能只是內(nèi)能 的一個(gè)小的分?jǐn)?shù)，它還是有一定的振蕩。所以，我們應(yīng)該以某種方式改變模擬以獲得更平滑 的解答。成型分析一一嘗試 2即使實(shí)際上沖頭是以幾乎接近于常值的速度運(yùn)動(dòng)，第一次模擬嘗試的結(jié)果表明理想的 方式是采用不同的幅值曲線以允許坯件更光滑地加速。當(dāng)考慮應(yīng)用什么類(lèi)型的加載幅值時(shí)， 記住在準(zhǔn)靜態(tài)分析的所有方面，光滑性是重要的。最偏愛(ài)的方法是盡可能光滑地移動(dòng)沖頭， 在理想的時(shí)間內(nèi)移動(dòng)理想的距離。應(yīng)用一種光滑地施加的沖頭力和一段光滑地施加的沖頭距離，我們現(xiàn)在將分析成型階 段；我們將與前面獲得的結(jié)果進(jìn)行比較。在Load

35、模塊中，定義一條光滑步驟幅值曲線，命名為Smoothl o輸入在表13-1中給出的幅值數(shù)據(jù)。創(chuàng)建第二條光滑步驟幅值曲線，命名為 Smooth2,應(yīng)用在表 13-2中給出的幅值數(shù)據(jù)。 在Holder force 分析步中，修改RefHolderForce 載荷，使它采用Smoothl的幅值。在Displace punch分析步中，修改位移邊界條件RefPunchBC,使它采用Smooth2的幅值。通過(guò)設(shè)置在分析步開(kāi)始時(shí)的幅值為和在分析步結(jié)束時(shí)的幅值為， ABAQUS/Explicit創(chuàng)建了一個(gè)幅值定義，它的一階和二階導(dǎo)數(shù)都是光滑的。因此，應(yīng)用一條光 滑步驟幅值曲線對(duì)位移進(jìn)行控制，也使我們確信了其

36、速度和加速度是光滑的。在Job模塊中，創(chuàng)建一個(gè)彳業(yè)，命名為 Forming-2 ,給予作業(yè)如下的描述：Channelforming - attempt 2。將模型保存到模型數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，并提交作業(yè)進(jìn)行分析。監(jiān)視求解過(guò)程；改正任何檢測(cè)到的模擬錯(cuò)誤，并調(diào)查任何警告信息的原因。完成整個(gè)分析可能需要運(yùn) 行10分鐘或更長(zhǎng)的時(shí)間。評(píng)估第二次嘗試的結(jié)果。動(dòng)能的響應(yīng)是明顯地與坯件的成型相關(guān)：在第二個(gè)分析步的 中間階段出現(xiàn)了動(dòng)能的峰值，它對(duì)應(yīng)于沖頭速度最大的時(shí)刻。因此，動(dòng)能是適當(dāng)?shù)暮秃侠淼摹?動(dòng)能與內(nèi)能的比值是相當(dāng)小的，并顯示出是可接受的。兩次成型嘗試的討論。我們?cè)u(píng)價(jià)結(jié)果可接受性的初始原則是動(dòng)能與內(nèi)能相比必須是

37、小 量。我們發(fā)現(xiàn)即使對(duì)于最嚴(yán)重的情況，嘗試 1,這個(gè)條件似乎是仍然得到了滿足。增加光滑步 驟幅值曲線幫助減小了在動(dòng)能中的振蕩，得到了令人滿意的準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)。附加的要求一一動(dòng)能和內(nèi)能的歷史必須是適當(dāng)?shù)暮秃侠淼囊灰皇欠浅Ｓ杏玫暮捅匾?，但是它們也增加了評(píng)價(jià)結(jié)果的主觀性。在一般更為復(fù)雜的成型過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)這些要求可 能是很困難的，因?yàn)檫@些要求的提出需要對(duì)成型過(guò)程的行為的一些直觀考慮。成型分析的結(jié)果。我們現(xiàn)在已經(jīng)滿意了關(guān)于成型分析的準(zhǔn)靜態(tài)解答是合適的，我們可 以研究感興趣的某些其它結(jié)果。圖 13-14顯示了應(yīng)用 ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit 得到的在坯件中 Mises應(yīng)力

38、的比較。從圖中顯示在ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit 分析中的應(yīng)力峰值的差別在1%以內(nèi)，并且在坯件中整個(gè)應(yīng)力的等值線圖是非常類(lèi)似的。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)準(zhǔn)靜態(tài)分析結(jié)果的有效性，你應(yīng)該從兩個(gè)分析中比較等效塑性應(yīng)變的結(jié)果和最終變 形的形狀。圖13-15顯示了在坯件中等效塑性應(yīng)變的等值線圖，而圖 13-16顯示了由兩個(gè)分 析預(yù)測(cè)的最終變形形狀的覆蓋圖。對(duì)于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit 的分析，等效塑性應(yīng)變的結(jié)果彼此相差在5%X內(nèi)。另外，最終變形形狀的比較顯示出顯式準(zhǔn)靜態(tài)分析的結(jié)果與ABAQUS/Standard靜態(tài)分析的結(jié)果吻合得極好。你也應(yīng)

39、該比較由ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit 分析預(yù)測(cè)的穩(wěn)態(tài)沖頭壓力。如圖13-17可見(jiàn)，由ABAQUS/Explicit 預(yù)測(cè)的穩(wěn)態(tài)沖頭壓力值比由 ABAQUS/Standard預(yù)測(cè)的值大約高 12%o在ABAQUS/Standard和 ABAQUS/Explicit 結(jié)果之間的這個(gè)差別主要是源于兩個(gè)因素。首先， ABAQUS/Explicit 規(guī)則化 了材料數(shù)據(jù)。其次，在兩個(gè)分析軟件中摩擦效果的處理稍有區(qū)別；ABAQUS/Standard使用罰函數(shù)摩擦，而ABAQUS/Explicit 使用動(dòng)力學(xué)摩擦。從這些比較中，可以明顯看出ABAQUS/Standard和AB

40、AQUS/Explicit 都有能力處理諸如本例問(wèn)題的困難接觸分析。然而，在 ABAQUS/Explicit中運(yùn)行這類(lèi)分析有某些優(yōu)勢(shì)：與 ABAQUS/Standard相比，ABAQUS/Explicit能夠更容易地處理復(fù)雜的接觸條件和采用較少的分 析步和邊界條件進(jìn)行計(jì)算。特別地，ABAQUS/Standard分析需要五個(gè)分析步和附加的邊界條件以確保正確的邊界條件和防止剛體運(yùn)動(dòng)。在ABAQUS/Explicit中完成同樣的分析只需要兩個(gè)分析步和無(wú)需附加邊界條件。然而，當(dāng)選擇 ABAQUS/Explicit進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析時(shí)，你必須明 確在一個(gè)合適的加載速率下你可能需要進(jìn)行迭代。在確定加載速率時(shí)，

41、建議你開(kāi)始時(shí)采用較快的加載速率，并根據(jù)需要減小加載速率。這可以幫助優(yōu)化對(duì)分析進(jìn)行求解的時(shí)間。加速分析的方法現(xiàn)在我們已經(jīng)獲得了一個(gè)可接受的成型分析的解答，我們可以嘗試采用更短的計(jì)算機(jī) 時(shí)間來(lái)獲得類(lèi)似的可接受的結(jié)果。因?yàn)椴捎蔑@式動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)的成型問(wèn)題的實(shí)際時(shí)間是過(guò)大的， 所以大部分成型分析都需要過(guò)多的計(jì)算機(jī)時(shí)間以至于無(wú)法按照它們自己的物理時(shí)間尺度進(jìn)行 運(yùn)算；若使分析在一個(gè)可接受的計(jì)算機(jī)時(shí)間范圍內(nèi)運(yùn)行，常常需要對(duì)分析做出改變以減少計(jì) 算機(jī)成本。有兩種節(jié)省分析成本的方法：.人為地增加沖頭的速度，從而在一個(gè)更短的分析步時(shí)間內(nèi)發(fā)生同樣的成型過(guò)程。這種方法稱(chēng)為加載速率放大（load rate scaling ）

42、。.人為地增加單元的質(zhì)量密度，從而增大穩(wěn)定時(shí)間極限，允許分析采用較少的增量步。這 種方法稱(chēng)為質(zhì)量放大（mass scaling ）。這兩種方法等效地做相同的事情，除非模型具有率相關(guān)材料或者阻尼。確定可接受的質(zhì)量放大。前述“加載速率”和“金屬成型問(wèn)題”討論了如何確定可接受的加載速率或質(zhì)量的放大因子以加速準(zhǔn)靜態(tài)分析的時(shí)間尺度。目標(biāo)是在保持慣性力不顯著 的前提下以最短的時(shí)間模擬過(guò)程。求解的時(shí)間加快多少是有界的，而且還要能夠得到一個(gè)有 意義的準(zhǔn)靜態(tài)解答。如在“加載速率”中討論的那樣，我們可以應(yīng)用同樣的方法以確定一個(gè)合適的質(zhì)量放大因子，如我們已經(jīng)應(yīng)用以確定一個(gè)合適的加載速率放大因子的方法。在兩種方法之間

43、的區(qū)別是加載速率放大因子f與質(zhì)量放大因子f2的效果相同。最初，我們假設(shè)分析步的時(shí)間為坯件的基頻周期的階數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)靜態(tài)結(jié)果。通過(guò)研究模型的能量和其他的結(jié)果，我們相信這些結(jié)果是可以接受的。這項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)生了大約s的沖頭速度。我們現(xiàn)在將接受采用質(zhì)量放大的求解時(shí)間，并將結(jié)果與我們沒(méi)有質(zhì)量放大求解的結(jié)果進(jìn)行比較，以確定由質(zhì)量放大得到的結(jié)果是否可以接受。我們假設(shè)這種放大僅可能降低結(jié)果的質(zhì)量，而不會(huì)使其得到改進(jìn)。目的是應(yīng)用質(zhì)量放大以減少計(jì)算機(jī)時(shí)間，并仍能產(chǎn)生可接受的結(jié)果。我們的目標(biāo)是確定放大因子的值為多少時(shí)仍能產(chǎn)生可接受的結(jié)果，以及在哪一點(diǎn)上質(zhì)量放大產(chǎn)生的結(jié)果成為不可接受的。為了觀察可接受的和不可接受的放大因子的影響，在穩(wěn)定時(shí)間增量尺度上，我們研究放大因子的一個(gè)范圍從到5；特別的，我們選擇了、和 5。這些加速因子分別換算成質(zhì)量放大因子為5、10和25。應(yīng)用質(zhì)量放大因子：.進(jìn)入Step模塊，并創(chuàng)建一個(gè)包含坯件的集合，命名為Blank.編輯分析步 Holder force。.在Edit Step （編輯分析步）對(duì)話框中，點(diǎn)擊Mass Scaling（質(zhì)量放大）頁(yè)并選中 Use scaling definitions below（使用如下放大定義）。.點(diǎn)擊Create