Abaqus有限元分析中的沙漏效应

Theodore

1.沙漏的定义

沙漏hourglassing一般出现在采用缩减积分单元的情况下：

比如一阶四边形缩减积分单元，该单元有四个节点“o”，但只有一个积分点“*”。而且该积分点位于单元中心位置，此时如果单元受弯或者受剪，则必然会发生变形，如下图a所示。

沙漏的产生是一种数值问题，单元自身存在的一种数值问题，举个例子，对于单积分点线性单元，单元受力变形没有产生应变能--也叫0能量模式，在这种情况下，单元没有刚度，所以不能抵抗变形，不合理，所以必须避免这种情况的出现，需要加以控制，既然没有刚度，就要施加虚拟的刚度以限制沙漏模式的扩展---人为加的沙漏刚度就是这么来的。

关于沙漏现象的判别，也就是出现0能模式的方法最简单的是察看单元变形情况，就像刚才所说的单点积分单元，如果单元变成交替出现的梯形形状，如果多个这样的单元叠加起来，就像我们windows中的沙漏图标。

2.ABAQUS中沙漏的控制

• *SECTIONCONTROLS：指定截面控制：

  
  

警告：对于沙漏控制，使用大于默认值会产生额外的刚度响应，甚至当值太大时有时导致不稳定。默认沙漏控制参数下出现沙漏问题表明网格太粗糙，因此，更好的解决办法是细化网格而不是施加更大的沙漏控制。

该选项用来为减缩积分单元选择非默认的沙漏控制方法，和standard中的修正的四面体或三角形单元或缩放沙漏控制的默认系数；在explicit中，也为8节点块体单元选择非默认的运动方程：为实体和壳选择二阶方程、为实体单元激活扭曲控制、缩放线性和二次体积粘度、设置当单元破损时是否删除他们、或为上述完全破损的单元指定一标量退化参数。

• 必需参数：

  
  

NAME：名字

• 可选参数：

  
  

DISTORTION CONTROL：只用于explicit分析。设置为YES则激活约束防止负体积单元出现或其他可压缩材料的过度变形，这对超弹材料是默认的。DISTORTION CONTROL参数对线性动力学不可用并且不能防止单元由于时间不稳定、沙漏不稳定或不切实际的物理变形造成的扭曲。设置为NO则不激活约束，对于除了超弹材料等单元都是默认值。

HOURGLASS设置：

• HOURGLASS=COMBINED定义沙漏控制的单元粘性-刚度形式；

• HOURGLASS=ENHANCED基于假定的增强应变方法来控制沙漏；

• HOURGLASS=RELAXSTIFFNESS使用整合的粘弹性形式控制沙漏；

• HOURGLASS=STIRRNESS对于standard分析除了超弹材料和修正的四面体和三角形外的单元默认，为所有减缩积分单元定义沙漏控制是严格的弹性；

• HOURGLASS=VISCOUS为缩减积分单元定义沙漏阻尼。

• 数据行：

  
  

1、对于沙漏刚度的比例因子，影响移动自由度。如果为空，默认值是1.0。建议范围是0.2~3；

2、对于沙漏刚度的比例因子，影响转动自由度。如果为空，默认值是1.0。建议范围是0.2~3；

3、对于沙漏刚度的比例因子，在explicit中，影响小应变壳单元的超出平面的移动自由度，如果为空，默认值是1.0，建议范围是0.2~3。不用于standard中；

4、explicit中的线性体积粘度的比例系数。如果为空，默认值是1.0，建议范围是0.0~1.0。不用于standard中；

explicit中的二次体积粘度的比例系数。如果为空，默认值是1.0，建议范围是0.0~1.0。不用于standard中。

来源：有限元在线    FEAonline