首页/文章/ 详情

有限元基础知识:客观率是什么

1月前浏览177

之前说了应力的多种度量 材料的名义应力、应变与真实应力、应变转换公式的推导

对于大变形分析,及大变形下的诸多非线性材料的仿真分析,我们经常会听到一个名词“客观率”(objective rate),很多人都对这个名词比较陌生,或者说是知道这个名词也不知道其含义,其实故名思意,客观率就是指:大变形(尤其是大转动下)还能客观的(符合物理规律的)表达应力的变化率。

最为简单的例子则是,比如一个物体在做刚体旋转,那么其应力理应是 0,其变化率理应也是 0,那么如果计算出来真的是 0 的我们就说其是客观的。所以其实客观率是一种计算力学的概念,由于我们做的各种各样的假设,在计算中我们很多种方法算出来的应力变化速率可能就是不客观的,而如果用这样的一些应力率去计算,就会引入人为的错误。

通常来说我们常用的有以下几种客观率:

Jaumann 率

 
 这里    为自旋张量(速度梯度的反对称部分,对应于变形率是速度梯度的对称部分),  ,其中    为速度梯度。 

Green-Naghdi 率  

大家可以看到 Green-Naghdi 率与上述 Jaumann 率非常类似,只是这里      换成了 角速度张量     .

Truesdell 率

 

其中      为速度梯度,而这里可以认为 Truesdell 率为考虑了变形率的 Jaumann 率,当只考虑刚体转动的时候,其实两者就是一样的。

这里大家也不用纠结这 3 种客观率啥意思,其实就是人名。

而这三种率,都是客观的,我们应该用哪个呢?其实可以认为这三种率是三种类似的度量衡,就像关羽身高九尺用的是汉尺,我们现在用米来描述一个人的身高,但一个人其实该度高就多高是固定的。但这里面又有一点不同,这三个种客观率都是 physical 的(符合物理规律的),却因为精度与仿真场景的不同有不同的应用,在 ABAQUS 中采用如下的处理方式:

 总的来说可以认为实体单元一般采用 Jaumann 率,而对于壳、梁、膜等结构单元一般采用 Green 率。而对于哪里需要使用这些率,大家是否记得在弹塑性 Mises 本构的推导中就出现了      应力率,那么在大变形的框架下,我们就需要考虑上述这些,详情请见 我所常用的材料:Mises塑性2




来源:大狗子说数值模拟
Abaqus非线性UM材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-02-09
最近编辑:1月前
大狗子说数值模拟
博士 传播国际一流的数值模拟算法
获赞 6粉丝 9文章 47课程 0
点赞
收藏
作者推荐

力学概念| 弹性支座的应用

弹性支座在跨中▲图1a图1a所示组合结构,设梁的惯性矩为,链杆的截面面积,当时,即中间支座为刚性,原结构化为图1b所示的两跨超静定梁,最大弯矩出现在中间支座处,梁上侧受拉。▲图1b当时,相当于没有链杆的约束,原结构变为图1c所示的简支梁,最大弯矩出现在跨中。▲图1c前者最大弯矩仅为后者的1/4,且弯矩分布更均匀。除去上述两种理想情况,可将中间支座视为弹性支座,如图2所示。▲图2如图3所示的设计,二层的楼面荷载传递给梁,又通过节点传递给吊柱,最终传递到屋面梁,由于屋面对视觉没有限制,故屋面梁的尺寸可以大一些。吊柱给二层和三层的梁充当弹性支座,可以进一步减小下层梁的截面尺寸。▲图3弹性支座在跨端图4所示的梁,当支座为刚性时,两支座反力的大小为5:3,支座的弯矩大小为。当支座的刚度为0时,原结构变为悬臂梁,支座的弯矩大小为。▲图4除去上述两种特殊情况,可将中间支座视为弹性支座,如图5所示。当支座的刚度为时,两支座反力的大小为4:1。▲图5如图6a所示的设计,幕墙立柱顶部其实是一种弹性支座,下部应设置一个固定支座,这样水平风荷载大部分传递给下部支座,从而提高了荷载传递效率,增加结构整体刚度。▲图6a▲图6b有关荷载传递效率与结构刚度,可参看力学概念|理解刚度(一)来源:大狗子说数值模拟

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈