有限元知识 | 剪切锁死、体积锁死

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了剪切锁死和体积锁死两种现象。剪切锁死发生在理论上无剪切变形的单元中，导致弯曲刚度偏大。解决方法包括采用减缩积分、细化网格、非协调单元和假定剪切应变法。体积锁死则是单元体积应变化但未变化，常由伪围压应力引起，使体积模量偏大。对于弹塑性材料，二阶全积分单元易发生体积锁死。解决方法包括细化大应变区域网格和采用mixed formulation法。通过检查积分点的围压应力是否突变，可判断是否发生体积锁死。

一.剪切锁死（shear locking）

简单地说就是在理论上没有剪切变形的单元中发生了剪切变形。该剪切变形也常称伴生剪切（ parasitic shear）。

发生的条件：

   1.一阶、全积分单元；

   2.受纯弯状态；

产生的结果：

   使得弯曲变形偏小，即弯曲刚度太刚。

解决方法：

   1.采用减缩积分；

   2.细化网格；

   3.非协调单元；

   4.假定剪切应变法；

二.体积锁死（volumetric locking）

简单地说就是应该有单元的体积变化的时候体积却没发生变化。该原因是受到了伪围压应力（Spurious pressure stresses ）。

发生的条件：

   1.全积分单元；

   2.材性几乎不可压缩。

二阶单元：对于弹塑性材料（塑性部分几乎属于不可压缩），二阶全积分四边形和六面体单元在塑性应变和弹性应变在一个数量级时会发生体积锁死。二次减缩积分单元发生大应变时体积锁死也伴随出现。

但值得注意的是，一阶全积分单元当采用选择性减缩积分（selectively reduced integration）时可以避免出现体积锁死。

产生的结果：使得体积不变，即体积模量太大，刚度太刚。

解决方法：

   1.将大应变区域网格细化；

   2.mixed formulation法。

检查方法：

   输出积分点的围压应力，分析围压应力是否在相邻积分点存在突变，是否显棋格式分布，是的话就说明出现体积锁死。