晶体塑性显式vumat计算模拟

1年前浏览2534

发散首先根据abaqus指导手册确定显式动力学分析适用的问题类型如下：

一，高速动态事件

显式动力学方法最初是为了分析高速动态事件而开发的，使用隐式程序（例如Abaqus/Standard）进行分析的成本可能非常高。作为这种模拟的一个例子，在材料中分析了钢板上短时爆炸载荷的影响。由于载荷作用迅速且非常剧烈，因此结构的响应变化很快。准确跟踪通过板的应力波对于捕获动态响应很重要。由于应力波与系统的最高频率相关，因此获得准确的解决方案需要许多小的时间增量

二，复杂的接触问题

使用显式动力学方法比使用隐式方法更容易制定接触条件。结果是Abaqus/Explicit 可以轻松分析涉及许多独立实体之间复杂接触相互作用的问题。 Abaqus/Explicit 特别适合分析承受冲击载荷并随后在结构内经历复杂接触相互作用的结构的瞬态动态响应。此类问题的一个示例是 Contact 中介绍的电路板跌落测试。在这个例子中，一块放在泡沫包装中的电路板从 1 m 的高度跌落到地板上。问题涉及包装和地板之间的冲击，以及电路板和包装之间快速变化的接触条件。

三，复杂的后屈曲问题

不稳定的后屈曲问题在 Abaqus/Explicit 中很容易解决。在此类问题中，结构的刚度会随着载荷的施加而急剧变化。后屈曲响应通常包括接触相互作用的影响。

四，高度非线性的准静态问题

由于各种原因，Abaqus/Explicit 在解决某些本质上是静态的问题时通常非常有效。涉及复杂接触（例如锻造、轧制和板材成形）的准静态过程模拟问题通常属于这些类别。片材成型问题通常包括非常大的膜变形、起皱和复杂的摩擦接触条件。体成型问题的特点是大变形、飞边形成以及与模具的接触相互作用。使用 Abaqus/Explicit 进行准静态分析中介绍了准静态成形模拟的示例。

五，材料的失效与性能退化

在隐式分析程序中，材料退化和失效通常会导致严重的收敛困难，但Abaqus/Explicit 可以很好地模拟此类材料。材料退化的一个例子是混凝土开裂模型，其中拉伸开裂导致材料刚度变为负值。材料失效的一个例子是金属的延展性失效模型，其中材料刚度会降低，直到降至零。此时，失败的元素将从模型中完全删除。

注意：这些类型的分析中的每一种都可以包括温度和热传递效应

显式积分的主要优势为

显式方法特别适合解决需要许多小增量才能获得高分辨率解决方案的高速动态事件。如果事件的持续时间很短，则可以有效地获得解决方案。

接触条件和其他极其不连续的事件很容易用显式方法表示，并且可以在逐个节点的基础上强制执行而无需迭代。可以调整节点加速度以平衡接触期间的外力和内力。显式方法最显着的特点是没有隐式方法所需的全局切线刚度矩阵。由于模型的状态是显式推进的，因此不需要迭代和容差。

需要注意的是在显式计算中，收敛性是有条件的，即给定的时间步长，必须小于最小的稳定时间步长，以避免结果发散。通常显式计算的稳定时间步长在1E-7，对于晶体塑性这类复杂的本构模型计算稳定时间步长通常在1E-9之下，所以计算时间往往较长，当然可以适用质量缩放来提高最小稳定时间步长，从而节约计算时间，（质量密度会影响稳定性极限，因此在某些情况下缩放质量密度可能会提高分析效率。例如，由于许多模型的复杂离散化，通常存在包含控制稳定性极限的非常小的或形状不良的元素的区域。这些控制元素的数量通常很少，并且可能存在于局部区域。通过仅增加这些控制元素的质量，可以显着增加稳定性极限，而对模型整体动态行为的影响可以忽略不计。）但要保证缩放对于计算结果影响很小。因为显着改变模型的质量可能会改变问题的物理特性。

另外，由于稳定性极限与最短元素尺寸大致成比例，因此保持元素尺寸尽可能大是有利的。不幸的是，为了进行准确的分析，通常需要精细的网格。为了在使用所需级别的网格细化时获得尽可能高的稳定性限制，最好的方法是使用尽可能均匀的网格。由于稳定性极限基于模型中的最小单元尺寸，因此即使是单个小的或形状不佳的单元也可以大大降低稳定性极限。出于诊断目的，Abaqus/Explicit 在状态(.sta) 文件中提供了网格中具有最低稳定性限制的 10 个元素的列表。如果模型包含的一些元素的稳定性限制远低于网格其余部分的稳定性限制，则更均匀地重新划分模型可能是值得的。

在编写显式晶体塑性时，经常出现数值震荡。如果确实发生，结果通常是无、非物理的，并且通常以振荡解为特征。这种问题常出现在晶体塑性本构模型里面！

可以将编写后的显式程序与原本的隐式结果对比寻找问题。并验证结果的可靠性。

显式晶体塑性结果展示：