在模拟金属塑性成形过程(例如轧制、挤压、板料成形)时,经常要使用准静态分析。成形加工中的模型运动速度一般不会很快,所以应该属于静态分析的范畴,但成形加工一般都是大变形的复杂接触问题,如果用 Abaqus/Standard 做静态分析,计算时间会很长,甚至常常无法收敛。
如果使用 Abaqus/Explicit 进行准静态分析,就不存在收敛问题。“准静态分析”就是用慢速运动的 Abaqus/Explicit 动态分析模拟静态问题,其关键是要设置合适的加载速度、分析步时间、质量缩放系数等模型参数,避免加载速度过快导致的局部变形问题,使结果尽量接近静态分析的结果,否则即使能够得到分析结果,其计算结果往往也是错误的。
那么如何判断模型中的运动速度是否太快呢?一个重要标准是分析过程中模型的的动能(kinematic energy)一般不应超过内能(internal energy)的5% ~ 10%。动能所反映的是运动速度,内能所反映的是变形的程度。在 Visualization 功能模块中选择菜单 Result → History Output,可以绘制动能 ALLKE 和内能 ALLIE 随时间变化的曲线。
在进行准静态分析时,同样要遵循 Abaqus/Explicit 分析的一些重要原则(详见第本公众号文章:
1.Abaqus/Explicit求解器分析准静态问题时的加载速率
2.Abaqus中的质量缩放技术
3.Abaqus/Explicit分析重要概念(1):稳定极限、时间增量及影响因素
由于 Abaqus/Explicit 不存在收敛问题,即使模型本身存在错误,也往往可以得出一个分析结果,需要靠读者自己判断这个结果是否正确、是否符合工程实际。
温馨提示:金属塑性成形过程并不一定都是静态或准静态的,如果模型的运动速度很快,存在高速冲击和碰撞,那么就应该使用普通的 Abaqus/Explicit 求解器进行动态分析,其分析目的就是模拟冲击效应所造成的局部变形,这时动能可能和内能的大小相仿,或者远远大于内能。