Abaqus弹塑性分析收敛问题及注意事项

本文摘要（由AI生成）：

文章主要讨论了在弹塑性材料上施加载荷时可能遇到的问题及解决方法。当载荷造成很大的局部应变时，可能会出现收敛问题和警告信息。解决方法包括设定塑性数据时，让其中最大的真实应力和塑性应变大于模型中可能出现的应力应变值；对于出现很大局部塑性应变的部件，如果不关心其准确的应力和塑性变形，可以将其设置为线弹性材料；尽量不要对塑性材料施加点载荷，而是根据实际情况来使用面载荷或线载荷；如果必须在某个节点上施加点载荷，可以使用耦合约束来为载荷作用点附近的几个节点建立刚性连接。此外，文章还讨论了应力应变关系曲线中的负斜率问题以及不可压缩性材料在弹塑性分析中可能遇到的问题。

作者：曹金凤 仿真秀APP专栏作者

在弹塑性材料上施加载荷时要注意，如果此载荷会造成很大的局部应变（使用点载荷时尤其容易出现此问题），就可能造成收敛问题，在MSG文件中看到下列警告信息：

***WARNING: THE STRAIN INCREMENT HAS EXCEEDED FIFTY TIMES THE STRAIN TO CAUSE FIRST YIELD AT 16 POINTS.

同时也会出现下列现象：

●迭代过程中的增量步长不断减小，直至分析失败；

●在后处理中把变形缩放系数设为1时，仍在施加载荷处看到由于过度变形而扭曲的单元。

此时，可以考虑以下解决方法：

●设定关键词 *PLASTIC的塑性数据时，应让其中最大的真实应力和塑性应变大于模型中可能出现的应力应变值；

●对于出现很大局部塑性应变的部件，如果不关心其准确的应力和塑性变形，可以将其设置为线弹性材料；

●尽量不要对塑性材料施加点载荷，而是根据实际情况来使用面载荷或线载荷；

●如果必须在某个节点上施加点载荷，可以使用耦合约束（coupling constraint）来为载荷作用点附近的几个节点建立刚性连接，这样这些节点就会共同承担点载荷，在Abaqus/CAE中的操作如下：在Interaction模块，主菜单Interaction → Constraint → Create，Type为Coupling，如图1所示： 

图1  定义耦合约束

如果在应力应变关系曲线中有负斜率（例如在拉伸试验中，试样断裂前的那部分曲线），则可能会在MSG文件中看到Negative Eignevalue警告信息：

***WARNING: THE SYSTEM MATRIX HAS 1 NEGATIVE EIGENVALUES.

下面的应力应变关系曲线是一个负斜率的例子：

*Material, name=Steel

*Plastic

418., 0.

780., 0.095

500,0.15

另外，如果材料是不可压缩性的（例如金属材料），在弹塑性分析中使用二次完全积分单元（C3D20）容易产生体积自锁。如果使用二次减缩积分单元（C3D20R），当应变大于20% ~ 40%时，需要划分足够密的网格才不会产生体积自锁。因此，建议使用的单元是：非协调单元（C3D8I）、一次减缩积分单元（C3D8R）和修正的二次四面体单元（C3D10M）。