Abaqus/Explicit准静态分析

今天无意中搜寻Abaqus如何使用UMAT编译3D Hashin失效准则，在过往模拟仿真过程中采用Abaqus/Explicit求解器和VUMAT的载荷位移曲线总是出现出现抖动，导致分析中出现于实验结果不对应的仿真结果。困扰许久，因而打算搜索是否有UMAT来解决该问题。

搜索结果发现可以采用Explicit求解器来模拟准静态问题（quasi-static），发现该网站

https://abaqus-docs.mit.edu/2017/English/SIMACAEGSARefMap/simagsa-m-Quasi-sb.htm

对准静态分析给出了较为详细、通俗易懂的分析，现将所了解的相关内容记录如下，以供后续分析时查阅：

Abaqus中的Explicit求解器最初使用来模拟高速碰撞模型，其中惯性力在分析中占据主导地位。在解决动态平衡时，不平衡力作为在相邻单元之间的应力波传播。Explicit在解决准静态问题方面已经被证明是有用的，相比于Standard求解器，其具有易于解决复杂的接触问题。随着模型的扩大，显示求解比隐式求解需要更少的系统资源。

将显式求解器应用于准静态问题需要一些特殊的考虑。由于静态解决方案根据定义是长期解决方案，因此在其自然时间尺度上模拟事件通常在计算上是不切实际的，这将需要过多的小时间增量。为了获得经济的解决方案，必须以某种方式加速事件。问题在于，随着事件的加速，静态平衡状态演变为动态平衡状态，惯性力变得更加主导。目标是在最短的时间段内对过程进行建模，其中惯性力保持不显著。

在利用Explicit求解器分析准静态问题时需要如下操作：

1.     采用Smooth amplitude curves的加载方式：该方式能够尽可能将载荷平滑地施加在结构上，其中内置的Smooth步幅曲线可自动创建平滑的加载幅度。软件会自动将每个数据对于曲线进行连接，这些曲线的一阶和二阶导数是平滑的，并且在每个数据对的值均为零。该方法允许进行准静态分析，而不会由于加载的速率的不连续而产生波。

2.     在准静态分析中，结构的最低模态主导了结构的响应。可以通过abaqus中的frequency求解出结构的基频后，就可以得到适当的准静态分析所需要的时间。

材料的几种波速：（dilatational weave；shear weave；Rayleigh weave）

3.     在分析过程中，可以逐步从最快速度向下降低速度，因为载荷速度与求解时间成反比，当降低到两个相邻速度之间的求解结果较为接近时，就可以考虑去其中一个进行分析计算。

4.     评估模拟是否产生适当的准静态相应的最通用的方法是研究模型中的各种能量。如果模拟是准静态的，则外力施加的功几乎等于系统的内部能量。除非是粘弹性材料、离散的缓冲材料或材料阻尼，否则粘性耗散的能量非常小。作为一般规则，变形材料的动能在整个过程的大部分时间内不应超过其内部能量的一小部分（通常为5%至10%）。

5.     在比较能量时，Abaqus/Explicit能够得到全局能量平衡，其中包括具有质量的任何刚体的动能。由于在评估结果时仅对可变性体感兴趣，因此应当减去刚体的动能。

6.     可以在创建分析步时创建两个分析步，第一个是将设置一个非常小的分析步0.0001s，该时间段可以避免动态效应同时防止对工作运行时间产生影响。第二个分析步就可以为正常计算出的话时间。

7.     为了帮助确定分析准静态假设的近似程度，各种能量历史需要输出，可以在历史输出中勾选内置的抗锯齿过滤器（antialiasing filter）。

8.     在划分单元时，需要将单元设置为Explicit，同时将Hourglass control改为enhanced（增强型沙漏控制）。

9.     可以利用abaqus中内置的网格检查连确定时间步增量的大小，进而可以评估所需要的增量步数。

10.  在查看最终感兴趣的结果（例如应力和变形形状）之前，我们需要确定解决方案是否是准静态的。一种好的方法是将动能历史与内部能量历史进行比较。在金属成形分析中，大部分内部能量是由塑性变形引起的。在该模型中，坯料是动能的主要来源（支架的运动可忽略不计，并且冲头和模具没有与之相关的质量）。为了确定是否已获得可接受的准静态解决方案，坯料的动能应不大于其内部能量的百分之几。为了获得更高的精度，特别是当感兴趣的回弹应力时，动能应该更低。这种方法非常有用，因为它适用于所有类型的金属成形过程，并且不需要对模型中的应力有任何直观的理解; 许多成形过程可能过于复杂，无法直观地感受到结果。

11.   

12.  虽然是准静态分析口径的良好主要指标，但动能与内能的比率不足以确定质量。您还应该独立评估两种能量，以确定它们是否合理。当需要精确的回弹应力结果时，评估的这一部分变得越来越重要，因为精确的回弹应力解决方案高度依赖于精确的塑性结果。即使动能相当小，如果它包含大的振荡，该模型也可能具有显着的可塑性。一般来说，我们希望平稳加载可以产生平滑的结果 如果负载平稳但能量结果是振荡的，结果可能不充分。由于能量比率无法表现出这种行为，如果动能不表示准静态行为，则可以查看某些节点的速度历史，以了解模型在不同区域的行为。这样的速度历史可以指示模型的哪些区域振荡并且引起高动能。