Abaqus 超弹性材料(9)-压缩性与体积锁定(2)

1. 如何判断模型是否出现了严重的体积锁定问题？

在Abaqus的后处理模块中通过显示未平均的静水压力 (PRESS) 云图可以判断是否出现严重的体积锁定问题。如果模型存在严重的体积锁定问题，则单元或积分点之间的压力变化非常迅速，云图呈现棋盘状。如下图模型的左下角和右下角所示，静水压力变化不是均匀过渡的，呈现棋盘状，说明这两个区域出现了严重的体积锁定问题。

 

2. 如何减轻体积锁定问题

通常通过调整网格和引入少量的可压缩性，可以减轻超弹性材料的体积锁定问题。

2.1 调整网格

如图所示，上下挤压模型，在角落区域单元变形非常严重。如果压缩力增加，分析可能会失败。

 

通过分区，调整网格形状。可以观察到在左侧的上下角落，随着压缩量的增大，网格的形状得到一定的改善，使得该区域的单元的扭曲量减小。但模型右侧上下角落的网格变形仍然显著。

 

对比不同网格的静水压力云图，可以观察到，相较于初始网格，调整后的网格的左侧上下角落的静水压力值变化更为均匀，说明此处的体积锁定问题得到改善，而右侧的体积锁定问题仍然存在。这也与模型的变形相对应。

 

2.2 引入少量的可压缩性

在超弹性材料模型中，D1控制材料的压缩性。例如，对于Mooney-Rivlin 超弹性材料模型，有D1=(1-2υ) / (C10+C01)，其中υ是材料的泊松比。当D1=0时，材料的泊松比为0.5，即材料是完全不可压缩材料。因此可以通过将D1设置为非零值来引入可压缩性。

在该示例中，C10=178551.39，C01=3955.84，将D1设置为5E-07，则对应于泊松比υ=0.454。

对比不同D1值的静水压力云图，可以观察到，将D1设置为很小的非零值，右侧上下角落的体积锁定也得到改善。

 

因此，通过在橡胶材料模型中引入少量的可压缩性，可以减轻体积锁定。如果可压缩性很小，用几乎不可压缩材料获得的结果将与用不可压缩材料获得的结果非常相似。

来源：仿真技术汇