Abaqus分析收敛问题及解决方法（5）：Explicit求解器单元扭曲及波速比问题
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本文摘要（由AI生成）：
文章主要介绍了在 Abaqus/Explicit 分析作业中出现“单元的变形速度与波速之比大于1”错误信息的原因及解决方法。可能的原因包括单元的变形速度太大或材料的波速太小。解决方法包括设置 Smooth step 的幅值曲线、检查载荷、位移、速度、加速度等是否太大、降低运动速度、检查材料参数、检查质量缩放系数、检查网格质量等。
在 Job 功能模块中提交 Abaqus/Explicit 分析作业时，出现如下提示信息（如图1所示）：
---------------------------------------------------------------------------------------------------------There are a total of 92 excessively distorted elements (单元严重扭曲)***ERROR: The ratio of deformation speed to wave speed exceeds 1.0000 in at least one element. This usually indicates an error with the model definition. Additional diagnostic information may be found in the message file.（模型中至少有一个单元的变形速度与波速之比大于1） ---------------------------------------------------------------------------------------------------------在 STA 文件中也看到同样的错误信息，出现该错误信息的原因是什么？此问题应如何解决？
图1 提交 Abaqus/Explicit 分析作业时出现的错误信息
『错误原因』
在 Abaqus/Explicit 分析中经常会看到“单元的变形速度与波速之比大于1”的错误信息，可能的错误原因有两种：
1）单元的变形速度太大：常见的原因是加载速度过大，其冲击效应导致模型局部的单元发生了过于剧烈的变形，或者单元的初始形状太差；
2）材料的波速太小：波速是材料本身的性质，线弹性材料的波速计算公式如式（1）所示：
（式1）
其中： E为弹性模量； p为密度。波速太小可能是由于质量缩放系数设置得太大，或者材料参数设置错误（例如弹性模量和密度的量纲不一致）。
『解决方法』
1）定义载荷、位移、速度和加速度时，都应该设置Smooth step的幅值曲线，以避免出现跳跃式的突然变化。2）检查模型中的载荷、位移、速度、加速度等是否太大，注意各个量的单位要正确，例如在 Abaqus 中输入转角、角速度、角加速度时，使用的角度单位都应该是“弧度”，而不是“度”。3）如果在边界条件中定义了位移或转角，则加载速度取决于分析步时间。例如，齿轮在分析步中匀速旋转36°，如果分析步时间是0.1s，则相当于转速是每秒转动一周，这个速度比较正常；如果分析步时间是0.0001s，则相当于转速是每秒转动1000周，这个速度过快，可能使得分析结果不符合实际。如果加载速度过快，可以在不违背工程实际情况的前提下，适当降低运动速度。如果在边界条件中给定了位移或转角，那么增大分析步时间就相当于降低了运动速度，但要注意，分析步时间设置得过大可能会导致计算时间过长，在Abaqus/Explicit 分析中一般都只定义很短的分析步时间（例如0.02s）。在增大分析步时间的同时，可以采取一些缩短计算时间的方法，例如通过增大模型中最小单元的尺寸来增大 Abaqus/Explicit 自动确定的稳定增量步长。4）检查材料是否过软，如果材料参数的数量级不正确，就可能得到错误的结果。例如，当长度的单位是 mm 时，质量的单位必须是吨，密度的单位必须是吨/mm2，如果使用了 kg/mm2 作为密度的单位，就可能出现异常的结果。5）检查质量缩放系数是否设置得太大，导致材料的密度太大，惯性力过大。6）检查网格质量，不要让模型中出现形状过于不规则的单元。
