CAE軟件操作小百科(54)

收稿日期：2021-[KG*9〗05-[KG*9〗18

作者簡介：

馮超（1998—），男，安徽蕪湖人，碩士研究生，研究方向?yàn)殇囯姵仉姌O材料擴(kuò)散、反應(yīng)應(yīng)力及其耦合本構(gòu)關(guān)系，

（E-mail）F_chao@tongji.edu.cn

1 如何在Adams view中設(shè)置彈簧的非線性剛度？

首先，通過file/import/file type → test data/create spline/file to read選擇位移-阻尼力曲線（即特性曲線），txt文件格式第一列為位移、第二列為阻尼力，在independent column index中填入1。

然后，可以在edit/modify中修改spline列表，在右側(cè)view as中選擇plot即可看到該曲線的形狀。

最后，通過stiffness coefficient → spline：F=f（defo） 修改彈簧屬性，選擇剛導(dǎo)入的spline曲線即可。

Bushing在view中無法設(shè)置非線性剛度，但在rail、car等template的模板中可以設(shè)置為非線性形式。

2 Adams中的接觸建模有哪些注意事項(xiàng)？

（1）步長。在模型中有接觸力的情況下，使用相對大的步長進(jìn)行仿真，可能導(dǎo)致收斂問題，使接觸計算困難。在積分步長內(nèi)，大的位移（特別是轉(zhuǎn)動位移）會導(dǎo)致明顯的不連續(xù)。仿真計算時，把hmax參數(shù)設(shè)置為相對小的值，可以幫助模型限制位移，從而使計算更容易收斂。

（2）靜平衡。在包含接觸的模型中進(jìn)行靜平衡求解非常困難，必須考慮合適的建模技術(shù)。如果預(yù)計對象在靜平衡時是接觸狀態(tài)，那么應(yīng)確保對象在建模初始配置下也是接觸狀態(tài);如果預(yù)計對象在平衡狀態(tài)時不接觸，那么應(yīng)使對象與接觸位置很接近，使得在靜平衡迭代過程中可以更容易地檢測到接觸。使用合適的TLIM和ALIM求解參數(shù)設(shè)置也能限制擾動，幫助找到靜平衡位置。如果很難找到靜力平衡，那么應(yīng)考慮對模型使用動力平衡方法。

（3）薄殼。在一個求解步中，Adams會執(zhí)行多個積分步以滿足預(yù)測校正的要求。如果輸入的幾何厚度很薄，那么有可能出現(xiàn)一個幾何體完全穿透到另一個幾何體中的現(xiàn)象，導(dǎo)致無效交叉體積的計算、錯過接觸或生成異常高的接觸力，減小hmax可以幫助避免這一問題。

（4）摩擦。摩擦計算是高度非連續(xù)的，可能導(dǎo)致數(shù)值收斂問題，特別是在相對低速的狀態(tài)下，摩擦計算困難將加重已經(jīng)困難的接觸計算。只要是有可能先運(yùn)行模型而不考慮接觸的摩擦，就模型運(yùn)行成功后再考慮摩擦的影響。如果附加的接觸力導(dǎo)致數(shù)值計算更加困難或仿真速度緩慢，那么可以嘗試增加摩擦設(shè)置中的參數(shù)stiction_transition_velocity 和friction_transition_velocity，也可以減小摩擦因數(shù)，有助于積分收斂。

（5）復(fù)雜幾何。從幾何生成器中獲取接觸幾何交集信息的時間，與給定幾何的復(fù)雜程度相關(guān)。有些方法可設(shè)置幾何限制，盡可能避免不必要的訪問，但復(fù)雜的幾何信息仍然會很在大程度上影響仿真。可以預(yù)估接觸幾何對之間的實(shí)際接觸區(qū)域，根據(jù)可能接觸的幾何區(qū)域?qū)缀误w進(jìn)行修剪或分割，在接觸定義時只引入分割后可能產(chǎn)生接觸的幾何體，以避免過于復(fù)雜的幾何接觸。同時，可以將復(fù)雜幾何替換為幾何基元，如球或圓柱體等，這些幾何基元之間的接觸計算可采用更快的計算方法。

（6）沖擊和回彈。在沒有辦法獲取沖擊參數(shù)的情況下，可采用回彈系數(shù)進(jìn)行分析，回彈系數(shù)可通過物理實(shí)驗(yàn)或從材料特性中獲得。通常，沖擊方法的數(shù)值連續(xù)性更好，并且可以更快獲得仿真結(jié)果。另外，沖擊方法還提供更多的接觸行為控制，包括阻尼、彈性指數(shù)等參數(shù)，可以幫助調(diào)整得到數(shù)值上滿意的結(jié)果。回彈系數(shù)法一般只用于回彈系數(shù)可以獲得而沖擊參數(shù)無法獲得的情況。對于給定的幾何體，只要有辦法可以輔助計算或確定沖擊參數(shù)，就應(yīng)該盡量用沖擊方法建立接觸。

（7）接觸的幾何定義。有時候，接觸幾何定義的順序不同，幾何體的相對速度和參與接觸幾何體的復(fù)雜程度也不同，合適的幾何定義順序可以提供更好的計算條件。如果模型計算困難，那么有時調(diào)整幾何順序能夠使計算得到改進(jìn)。如果計算結(jié)果不同，那么可能是計算公差設(shè)置太大，縮小誤差公差有時可以得到收斂的結(jié)果。

（8）使用SI2積分器。SI2積分器可以計算得到更好的速度結(jié)果，因此可以生成更好的、沒有尖波的加速度結(jié)果。加速度尖波會對接觸行為產(chǎn)生不利的影響，

對于大部分接觸模型，SI2積分器是較好的選擇。

（9）用二維接觸近似。只要有可能，盡量使用二維元素定義接觸（如點(diǎn)對線、線對線），或在定義SFORCE、VFORCE或GFORCE元素時使用IMPACT函數(shù)。

（10）定義接觸參數(shù)（如剛度、阻尼、彈性指數(shù)）。考慮機(jī)械系統(tǒng)中每個部件的質(zhì)量和慣量，以及接觸體碰撞后的相對移動速度，以此確定接觸參數(shù)的定義值是否合適。

3 Abaqus收斂設(shè)置的技巧有哪些？

Automatic stabilization在解決實(shí)際收斂問題中使用較多，特別是對于橡膠問題（默認(rèn)不考慮自動穩(wěn)定），其本質(zhì)是引入黏性規(guī)劃系數(shù)以提高收斂性能，使得當(dāng)剛度矩陣K中具有接近0或者小于0的特征值時，也能夠計算得到虛擬解。黏性系數(shù)太小、太大都不行，太小不能解決收斂性問題，太大會導(dǎo)致解不正確。Automatic stabilization選項(xiàng)見圖1。

Automatic stabilization共有3個非空選項(xiàng)。

（1）Specify dissipated energy fraction。通過“on the dissipated energy fraction”計算damping factor，當(dāng)前幾步模型都穩(wěn)定收斂時可用，其實(shí)質(zhì)是超出范圍導(dǎo)致不收斂的能量耗散因數(shù)，預(yù)設(shè)值是0.000 2。其關(guān)鍵字為*Static， stabilize=0.000 2， allsdtol=0， continue=NO。

通常，若啟用這一選項(xiàng)，則備用的劃勾選項(xiàng)“use adaptive stabilization with max.ratio of stabilization to strain energy”默認(rèn)自動選中，見圖2。

（2）Specify damping factor。該選項(xiàng)是在第一步不穩(wěn)定或者奇異時使用，即直接指定damping factor的值（一般為定值，但不能太大）。其關(guān)鍵字為

*Static， stabilize， factor=0.000 2， allsdtol=0， continue=NO。

啟用這一選項(xiàng)時，備選項(xiàng)的數(shù)值可根據(jù)之前以及整個分析步的accuracy tolerance調(diào)整，見圖3。

（3）Use damping factors fromprevious general step。該選項(xiàng)用于第一步不啟動、在第二步開始的時候系統(tǒng)自己計算initial damping factors的情況。其關(guān)鍵字為*Static， stabilize， allsdtol=0.05， continue=YES。

啟用這一選項(xiàng)時的設(shè)置窗口見圖4。