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01DEFORM常见问题:应变值不变问题
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01DEFORM常见问题:应变值不变问题

介绍

作者:吴华春 上海安世亚太结构应用工程师

本文共计1591字,阅读时间预计5分钟


编者按

作者在本文对DEFORM软件使用时常出现的问题进行了深入探讨,并针对应变值不变的问题提出了解决方案,有利于技术工程师在实际使用时进行更好的模拟仿真。



在变形中,有一种相对常见的情况:零件变形,但有效应变保持为0,其他变量(如应力)的行为异常。报错信息如图-1所示,工件的单元应力为0。(注:图-1所示错误多发生在用户自定义材料中,因此用户首先要确认输入的材料参数是否符合材料本构模型。)

当应变率非常小时,应变值不变的问题很常见,并且与称为'极限应变率'的值相关。

01DEFORM常见问题:应变值不变问题


图-1 单元应力为0的错误信息



什么是极限应变率?

在DEFORM中,刚塑性有限元算法是因变形而在单元中产生的应力。在刚塑性模型中,如果一个单元没有塑性变形,那么该单元的应力是不明确的。然而良好的收敛,需要一致的应力。

为了改善收敛,DEFORM 使用被称为“极限应变速率(LMTSTR)”的值来识别零件的刚性或几乎刚性区域,并计算变形率接近零的区域的流动应力。 


一般来说,流动应力和应变率之间的关系是非线性的,由流动应力定律定义。 在低于极限应变速率的值下,可假定流动应力和应变率关系在0和01DEFORM常见问题:应变值不变问题01DEFORM常见问题:应变值不变问题极限应变率)下的流动应力之间是线性的。


根据计算目的,应变率低于极限应变率的单元被视为“刚性”。它们不会计算应变,并且报告的有效应力可能相当低。


如何计算极限应变率?

极限应变率保持是指“平均应变率”的固定比率。该比率在前处理器工件属性中进行定义,通常为100:1。

低于LMTSTR的应变率流动应力是基于从0到LMTSTR流动应力之间的线性拟合计算。

■ 在每个变形时间步数中,计算所有变形单元的平均应变率,此后更新的值便会重新计算极限应变率。

■ 对于应变率低于LMTSTR的单元,应变和损伤值不会增加。


为什么这会引起问题?

如果模拟中每个单元的应变率都小于极限应变率,那么平均应变率将不会被重新计算,极限应变率也不会被重新计算。

这对于刚体运动的模拟是必要的,例如零件在模具中下降的早期阶段可能就会发生此类情况。


然而,当变形速度足够慢,单元发生变形,但仍然低于极限值时,就会产生问题。若零件没有显示出应变,可能会出现相当大的变形。 


此问题如何解决?

对于变形速率较慢的模拟,必须在模拟开始前重新定义平均和极限应变率。  

每个塑性工件的值都在属性对话框中设置,平均应变率可以由V/L来估计,其中V为模具速度,L为零件的特征变形长度。

■ 极限应变率通常应定义为平均应变率的1/100。

■ 用户可以参照图-2所示,从DEFORM的前处理器的界面进行平均应变率和极限应变率的设置,当然也可以利用文本编辑器打开KEY文件,进行参数修改,如图-3所示。

01DEFORM常见问题:应变值不变问题


图-2 平均应变率和极限应变率设置


01DEFORM常见问题:应变值不变问题

图-3 KEY文件中平均应变率和极限应变率设置


模拟除外,工件的刚性部分将看到高持续应力低于屈服应力,例如机械切削加工模拟和自由挤压。在这些情况下,刚性区域可能倾向于在持续的应力下“蠕变”。此时,应使用比平均应变率小5个数量级的极限应变速率。 


如何计算不同条件下的平均应变率?

LMTSTR保持是指平均应变率AVGSTR的恒定比率。在每个计算方案步骤之后,AVGSTR将重新计算为所有变形单元的非加权平均值。然后,根据前处理器中最初定义的比率重新计算LMTSTR。

■ 对于典型的模拟:AVGSTR和LMTSTR之间的2个数量级比率是合适的(即AVGSTR = 1,LMTSTR = 0.01)。

■ 对于应变率极低的仿真:应根据AVGSTR = V/h来计算平均应变率,其中V是特征成形速度(即模具或冲孔速度),h是特征工件高度。LMTSTR = 0.01* AVGSTR。

■ 对于涉及工件非变形区域大的恒定应力的模拟:刚性区域可能会稍微“漂移”,从而造成小而潜在的重大误差。对于这种类型的模拟,可使用5个数量级比率(即AVGSTR = 1,LMTSTR = 1e-5),典型情况例如自由挤出和切削仿真。

01DEFORM常见问题:应变值不变问题

图-4 流动应力与极限应变率的比较



总结

■ 在出现应力为0的情况时:多数情况在用户自定义材料参数时出现,主要是少设置参数,此时可以针对同一模型,换成DEFORM材料库的材料进行模拟确认。

■ 在出现应变为0的情况时:如果是用户自定义材料参数,同样是再更换为材料库中的材料,对问题进行确认,如果是本身就是使用材料库文件,就使用本文中的建议,修改平均应变率AVGSTR和极限应变率LMTSTR。

■ 这2个参数涉及工件变形较慢的工况时:建议调低极限应变率LMTSTR

■ 涉及快速变形的刚性“漂移”时调低极限应变率LMTSTR到1e-5。


*本文版权归上海安世亚太所有,

如需转载,请与我们联系。


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2021 - 03 - 04
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