单元元体积锁定(Volumetric locking)是有限元分析中的一种数值问题,通常出现在使用完全积分单元时,特别是在处理几乎不可压缩或超弹性材料时。当材料的泊松比接近0.5,体积模量变得非常大,导致体积应变非常小,从而使得单元表现出过度刚化,不产生体积变形的现象。这种现象称为体积锁定,会导致分析结果失真,甚至非线性分析不收敛。
在超弹性材料分析中,由于橡胶材料的泊松比接近0.5,导致体积弹性模量趋于无穷大,使得单元在体积变形时表现出过度刚化,从而产生体积自锁现象。
ANSYS中的解决方法:ANSYS提供了相关单元技术来解决体积自锁问题,例如:
-使用混合U-P(杂交单元)技术,通过在单元内插入静水压力附加自由度来解决体积自锁问题。
-对于单元,可以设置KEYOPT(6)=1来启用混合U-P技术。
在求解栏插入体积相容公差值vtol,推荐取值范围为1e-5到1e-2。
其他解决方法:
-适当引入少量的可压缩性,将不可压缩材料的泊松比设置为0.475-0.5之间的数值。
-采用缩减积分技术或增强应变单元技术。
-对于大应变区域,网格细化也是一个有效的解决方法。