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1、准静态分析AAUS/Eic准静态过程(guasi-sai ress) 在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态,以致在任意选用的短时间dt内,状态参量在整个系统的各部分均有拟定的值，整个过程可以当作是由一系列极接近平衡的状态所构成,这种过程称为准静态过程。无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。准静态过程是一种抱负过程,事实上是办不到的。准静态原为一种热力学概念，在这里引用重要是指模型在加载的过程中任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为静力状态，因此当加载过程进行得无限缓慢时，在各个时刻模型所处的状态就可近似地看作是静态，该过程便是准静态过程。准静态啮合过程仿真重要考虑的是
2、弧齿锥齿轮副在加载时的接触状态,以及齿面和齿根的应力变化规律,其前提是不考虑齿轮副惯性的影响。ABAExpcit准静态分析 显式求解措施是一种真正的动态求解过程,它的最初发展是为了模拟高速冲击问题,在此类问题的求解中惯性发挥了主导性作用。当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。由于最小稳定期间增量一般地是非常小的值，因此大多少问题需要大量的时间增量步。在求解准静态问题上,显式求解措施已经证明是有价值的,此外ABAQU/picit在求解某些类型的静态问题方面比ABAQU/Standar更容易。在求解复杂的接触问题时,显式过程相对于隐式过程的一种优势是更加容易。此外,当
3、模型很大时，显式过程比隐式过程需要较少的系统资源。 将显式动态过程应用于准静态问题需要某些特殊的考虑。根据定义,由于一种静态求解是一种长时间的求解过程,因此在其固有的时间尺度上分析模拟常常在计算上是不切合实际的,它将需要大量的小的时间增量。因此,为了获得较经济的解答,必须采用某些方式来加速问题的模拟。但是带来的问题是随着问题的加速,静态平衡的状态卷入了动态平衡的状态,在这里惯性力成为更加起主导作用的力。目的是在保持惯性力的影响不明显的前提下用最短的时间进行模拟。 准静态(Qusi-staic)分析也可以在AUSndar中进行。当惯性力可以忽视时，在BQUSar中的准静态应力分析用来模拟含时间有
4、关材料响应(蠕变、膨胀、粘弹性和双层粘塑性)的线性或非线性问题。有关在AASStana中准静态分析的更多信息,请参阅AAQUS分析顾客手册(AQS Aaysi ersMna）的第6.节“Qusistatic anlyi”。1显式动态问题类比 假设两个载满了乘客的电梯。在缓慢的状况下，门打开后你步入电梯。为了腾出空间，邻近门口的人慢慢地推她身边的人,这些被推的人再去推她身边的人，如此继续下去。这种扰动在电梯中传播，直到接近墙边的人表达她们无法移动为止。一系列的波在电梯中传播,直到每个人都达到了一种新的平衡位置。如果你稍稍加迅速度,你会比前面更用力地推动你身边的人，但是最后每个人都会停留在与缓慢的
5、状况下相似的位置。 在迅速状况下，门打开后你以很高的速度冲入电梯，电梯里的人没有时间挪动位置来重新安排她们自己以便容纳你。你将会直接地撞伤在门口的两个人,而其她人则没有受到影响。 对于准静态分析，实际的道理是同样的。分析的速度常常可以提高许多而不会严重地减少准静态求解的质量；缓慢状况下和有某些加速状况下的的最后成果几乎是一致的。但是，如果分析的速度增长到一种点，使得惯性影响占主导地位时，解答就会趋向于局部化,并且成果与准静态的成果是有一定区别的。2. 加载速率 一种物理过程所占用的实际时间称其为它的固有时间（ntur tim）。对于一种准静态过程在固有时间中进行分析，我们一般能得到精确的静态成
6、果。毕竟,如果实际事件真实地发生在其固有时间尺度内，并在结束时其速度为零，那么动态分析应当可以得到这样的事实,即分析事实上已经达到了稳态。你可以提高加载速率使相似的物理事件在较短的时间内发生,只要解答保持与真实的静态解答几乎相似,并且动态效果保持是不明显的。. 光滑幅值曲线 对于精确和高效的准静态分析,规定施加的载荷尽量地光滑。忽然、急促的运动会产生应力波，它将导致振荡或不精确的成果。以也许最光滑的方式施加载荷规定加速度从一种增量步到下一种增量步只能变化一种小量。如果加速度是光滑的,随其变化的速度和位移也是光滑的。QU有一条简朴、固定的光滑环节（smoth sp）幅值曲线,它自动地创立一条光滑
7、的载荷幅值。当你定义一种光滑环节幅值曲线时，BA自动地用曲线连接每一组数据对，该曲线的一阶和二阶导数是光滑的,在每一组数据点上,它的斜率都为零。由于这些一阶和二阶导数都是光滑的,你可以采用位移加载，应用一条光滑环节幅值曲线，只用初始的和最后的数据点，并且中间的运动将是光滑的。使用这种载荷幅值容许你进行准静态分析而不会产生由于加载速率不持续引起的波动。.2 构造问题 在静态分析中,构造的最低模态一般控制着构造的响应。如果已知最低模态的频率和相应的周期,你可以估计出得到合适的静态响应所需要的时间。为了阐明如何拟定合适的加载速率，考虑在汽车门上的一根梁被一种刚性圆环从侧面侵入的变形,实际的实验是准静
8、态的。采用不同的加载速率，梁的响应变化很大。以一种极高的碰撞速度为400m/s,在梁中的变形是高度局部化的。为了得到一种更好的准静态解答,考虑最低阶的模态。最低阶模态的频率大概为2Hz,它相应于ms的周期。应用在BQUS/Stanad中的特性频率提取过程可以容易地计算自然频率。为了使梁在4ms内发生所但愿的.2m的变形，圆环的速度为50m/s。虽然50m/s似乎仍然像是一种高速碰撞速度，而惯性力相对于整个构造的刚度已经成为次要的了，变形形状显示了较好的准静态响应。虽然整个构造的响应显示了我们所但愿的准静态成果,但一般抱负的是将加载时间增长到最低阶模态的周期的10倍以保证解答是真正的准静态。为了
9、更进一步地改善成果,刚环的速度也许会逐渐增大,例如应用一条光滑环节幅值曲线,从而减缓初始的冲击。2.3金属成形问题 为了获得低成本的求解过程,人为地提高成型问题的速度是必要的，但是，我们可以把速度提高多少仍可以获得可接受的静态解答呢？如果薄金属板毛坯的变形相应于其最低阶模态的变形形状,可以应用最低阶构造模态的时间周期来指引成型的速度。然而在成型过程中,刚性的冲模和冲头可以以如此的方式约束冲压,使坯件的变形也许与构造的模态无关。在这种状况下，一般性的建议是限制冲头的速度不不小于%的薄金属板的波速。对于典型的成型过程,冲头速度是在1m/的量级上,而钢的波速大概为500m/s。因此根据这个建议,一种
10、50的因数为冲头提高速度的上限。 为了拟定一种可接受的冲压速度,建议的措施涉及以多种变化的冲压速度运营一系列的分析,这些速度在3m/s至0m/s的范畴内。由于求解的时间与冲压的速度成反比,运营分析是以冲压速度从最快到最慢的顺序进行。检查分析的成果,并感受变形形状、应力和应变是如何随冲压速度而变化的。冲压速度过高的某些体现是与实际不符的、局部化的拉伸与变薄，以及对起皱的抑止。如果你从一种冲压速度开始，例如50s,并从某处减速，在某点上从一种冲压速度到下一种冲压速度的解答将成为相似的,这阐明解答开始收敛于一种准静态的解答。当惯性的影响成为不明显时,在模拟成果之间的区别也是不明显的。 随着人为地增长
11、加载速率，以逐渐和平滑的方式施加载荷成为越来越重要的方式。例如，最简朴的冲压加载方式是在整个成型过程中施加一种定常的速度。在分析开始时,如此加载会对薄金属板坯引起忽然的冲击载荷,在坯件中传播应力波并也许产生不但愿的成果。当加载速率增长时，任何冲击载荷对成果的影响将更加明显。应用光滑环节幅值曲线，使冲压速度从零逐渐增长可以使这些不利的影响最小化。2. 回弹回弹常常是成型分析的一种重要部分,由于回弹分析决定了卸载后部件的最后形状。尽管ABQUSxlit十分适合于成型模拟,对回弹分析却遇到某些特殊的困难。在BAQUS/xplic中进行回弹模拟最重要的问题是需要大量的时间来获得稳态的成果。特别是必须非
12、常小心地卸载，并且必须引入阻尼以使得求解的时间比较合理。幸运的是,在AAQS/Expict和AU/Stndad之间的紧密联系容许一种更有效的措施。 由于回弹过程不波及接触，并且一般只涉及中度的非线性，因此BQU/Standard可以求解回弹问题,并且比AS/xpcit求解得更快。因此，对于回弹分析更偏爱的措施是将完整的成型模型从ABQUSxpl输入（ot)到BAUS/Standrd中进行。3. 质量放大质量放大(ass scalig)可以在不需要人为提高加载速率的状况下减少运算的成本。对于具有率有关材料或率有关阻尼（如减震器)的问题,质量放大是惟一可以节省求解时间的选择。在这种模拟中，不要选择
13、提高加载速度,由于材料的应变率会与加载速率同比例增长。当模型的参数随应变率变化时,人为地提高加载速率会人为地变化了分析的过程。人为地将材料密度增长因数倍，则波速就会减少因数倍,从而稳定期间增量将提高因数倍。注意到当全局的稳定极限增长时,进行同样的分析所需要的增量步就会减少，而这正是质量放大的目的。但是，放大质量对惯性效果与人为地提高加载速率正好具有相似的影响。因此,过度地质量放大,正像过度地加载速率,也许导致错误的成果。为了拟定一种可接受的质量放大因数，所建议的措施类似于拟定一种可接受的加载速率放大因数。两种措施的唯一区别是与质量放大有关的加速因子是质量放大因数的平方根,而与加载速率放大有关的
14、加速因子是与加载速率放大因数成正比。例如,一种为10倍的质量放大因数正好相应于0倍的加载速率因数。 通过使用固定的或可变的质量放大，可以有多种措施来实现质量放大编程。质量放大的定义也可以随着分析步而变化,容许有很大的灵活性。具体的内容请参阅BUAS分析顾客手册第.1.1节“ass scling”。4能量平衡评估模拟与否产生了对的的准静态响应，最具有普遍意义的方式是研究模型中的多种能量。下面是在ABAQ/Expit中的能量平衡方程:tl=EI+EEEFDE式中,EI是内能（涉及弹性和塑性应变能),V是粘性耗散吸取的能量,EKE是动能,D是摩擦耗散吸取的能量,W是外力所做的功，total是在系统中
15、的总能量。 如果模拟是准静态的，那么外力所做的功是几乎等于系统内部的能量。除非有粘弹性材料、离散的减震器、或者使用了材料阻尼，否则粘性耗散能量一般地是很小的。由于在模型中材料的速度很小,因此在准静态过程中,我们已经拟定惯性力可以忽视不计。由这两个条件可以推论，动能也是很小的。作为一般性的规律,在大多数过程中，变形材料的动能将不会超过它的内能的一种小的比例（典型的为5到10%)。当比较能量时，请注意BAQExplic报告的是整体的能量平衡,它涉及了任何具有质量的刚体的动能。由于当评价成果时我们只对变形体感爱好，当评价能量平衡时我们应在toa中扣除刚体的动能。 例如，如果你正在模拟一种采用滚动刚体模具的传播问题，刚体的动能也许占据模型整个动能的很大部分。在这种状况下,你必须扣除与刚体运动有关的动能,然而才也许做出与内能故意义的比较。5 例题：ABAUSElcit凹槽成型 修改由ABAQUS/tandad分析所创
