Abaqus教程之网格自适应

为了提高分析精度以及解决在大变形分析中网格畸形的问题，Abaqus提供了三种网格自适应的方法，需注意各自的目标以及适用范围。

本文以一个挤压成型的实例，着重介绍ALE自适应网格和自适应网格重划（adaptive remeshing）。网格间的求解变换（mapsolution）将在下文中介绍。

ALE自适应网格

1. 建立模型

分别建立压头（2D轴对称，解析刚体）和坯料（2D轴对称，变形体）的模型，如下图所示。

压头和坯料模型

2. 创建坯料材料

创建坯料的材料参数，密度为7.8e-9 t/m3，弹性模量为2e5 MPa，泊松比为0.3，屈服强度为100 MPa，切线模量为300 MPa。

塑性参数定义

3.生成装配体（略）

4.设置分析类型

创建静力分析载荷步，打开大变形，并定义合适的迭代增量。

step定义

5.定义接触关系

定义压头和坯料上方及右侧的无摩擦接触关系。

接触关系定义

6.定义边界条件

胚料底部约束Y方向的位移，左侧约束X方向的位移（对称边界），压头施加向下7.6mm的位移。

约束条件

7.划分网格

定义坯料的单元类型为CAX4R，并在长度方向划分较密的网格，高度方向的网格可以较为稀疏，最终划分的网格如下图所示。

网格划分图

8.建立Job并计算

计算过程中出现error “Time increment required isless than the minimum specified”，计算不收敛。因此下面将改为显式动力学进行分析。

9.显式动力学分析

将step改为“dynamic，explicit”，计算时间为3.8e-4s。同时给予压头向下20000mm/s的恒定速度（替换向下的位移）。重新建立任务提交计算。

最终计算完成，没有出现error，但是网格出现了畸变，这对于计算精度有着较大的影响。

压缩过程动图（显示动力学）

10. 显式动力学分析+ALE

在step模块中，点击菜单栏other : ALE Adaptive Mesh Domain，选择需要进行ALE网格自适应的区域，并将frequency设为5，remeshing sweeps per increment设为3。（每5个增量步进行一次remesh过程，每一次remesh进行3次sweep）

ALE设置

进行ALE设置后，重新建立任务提交计算。计算成功完成，并且在整个压缩过程中，网格没有出现畸变。这说明ALE对于控制网格变形有着明显的效果。

自适应网格重画

如果要采用自适应网格重画功能（adaptive remeshing），需要注意以下两点：

●对于三维实体模型，必须使用四面体单元网格；对于二维模型，必须使用三角形单元或以进阶算法（advancing front）生成的四边形单元网格，否则在提交分析时将会提示错误；

●自适应网格重画根据计算结果误差因子，对误差较大的区域进行网格细化，其根本目的是提高分析精度，而并非解决网格畸形问题。

11. 静力学分析+adaptive remeshing

由于adaptive remeshing只能在ABAQUS/standard求解器中使用，因此分析类型仍设置为static，general。

在mesh模块中，将胚料划分为四边形网格。在菜单栏中选择adaptivity：remeshing rule，，选择胚料区域，进行误差监测变量的设置。

Adaptive remeshing 设置

为了节省计算时间，将压头向下移动的距离改为3.8mm。

在job模块中，在菜单栏中选择adaptivity：，创建自适应网格计算任务，保持默认迭代次数3次，提交计算。

迭代次数=1 迭代次数=2 迭代次数=3

网格remeshing过程

Deformation plot

由最终的变形图可以看出，随着网格的细化迭代，模型的变形更加贴近ALE的计算结果，可以认为计算结果更为精确。

本例主要介绍了ABAQUS中ALE和adaptive remeshing这两种自适应网格方法。ALE对于控制网格畸变有着很好的效果，而adaptive remeshing更着重于网格细化，个人认为ALE方法实用性更强。