Ansys Mechanical单元生死技术在Workbench界面中的应用
01 什么是单元生死(Birth and Death)？单元生死是一种仿真分析技术或方法，它允许我们在仿真分析过程中激活、杀死某些单元；其常应用于加工制造过程、装配过程、涉及材料失效或去除的仿真分析中，比如：开挖（如隧洞开挖）分阶段施工（如桥梁架设）焊接、退火连续装配3D打印材料失效… 利用单元生死技术分析被刚性球破坏的圆盘单元生死技术允许用户在分析过程中(多个载荷步中)重新激活或杀死特定的单元。在载荷历程的下一载荷步“激活”单元：这意味着在分析中该单元在前一载荷步是被杀死，但后面被重新激活了。在载荷历程中单元被“杀死”，这意味着该单元停止提供任何显著的结构响应。这些变化(激活或杀死状态) 在每个载荷步的开始时刻发生，并在该载荷步中保持。单元生死是状态改变非线性(类似于接触状态)，它们提供阶跃的、而不是渐变的单元状态改变(是状态的“突然”改变)。02 单元生死技术的实现 单元被“杀死”时，它不是从刚度矩阵删除了，而是它的刚度降为一个低值。杀死单元的刚度乘以一个极小的减缩系数(缺省为 1e-6)。为了防止矩阵奇异，该刚度不设置为0。与杀死的单元有关的单元载荷矢量(如压力、温度)是零输出。对于杀死的单元，质量、阻尼和应力刚度矩阵设置为0。单元一被杀死，单元应力和应变就被重置为0。因为杀死的单元没有被删除，所以刚度矩阵尺寸大小总是保持着。 当单元为“激活”时，它的刚度缩减系数被删除。所有的单元，包括开始被杀死的，在求解前必须存在，这是因为在分析过程中刚度矩阵的尺寸不能改变。当单元为“激活”时，它的刚度、质量和阻尼矩阵返回到它们的原始值。03 在Workbench环境中实现单元生死(Birth and Death)的方式Ansys Mechanical软件在Workbench环境中有三种方式实现单元生与死： 整个部件(Full Body)的生与死在Workbech环境中的Mechanical界面中可直接添加该功能对象。允许在不同的加载步中控制其生或死。如果需要控制其刚度变化，可以使用Command命令。 整个部件(Full Body)的生与死 接触(Contact)的生与死同样在Workbech环境中的Mechanical界面中可直接添加接触的生死对象。它控制接触单元和目标单元的生与死。由于Body是保持了完全刚度，因此其更具有鲁棒性。通过控制接触生死，模拟中就不再需要再进行Body的移动了。 接触(Contact)的生与死 Element by Element生与死通过判别单元的结果是否达到临界值来控制该单元的生与死；可用于逐层加工建模或简化的材料失效方式。目前在Workbech环境中需要通过插入Command命令来实现。Smart断裂和其他更复杂的方法可取代。 Element by Element生与死04 单元生死——其它注意事项打开大变形求解设置(NLGEOM,ON) 若不存在其它非线性, 应指定“完全”Newton-Raphson (指定 “Full N-R” (NROPT,FULL))选项。非线性分析中, 在杀死或重新激活单元时注意不要产生奇异点 (例如结构分析中尖锐的内曲角) 或大的刚度突变，这种情形很可能引起收敛困难。 杀死和重新激活单元引起系统刚度的突变(阶跃改变)，若这些改变太剧烈，则可能发生收敛困难；若出现收敛困难，则可考虑增加载荷步数量或限制给定载荷步的杀死或激活的单元数。来源：艾迪捷
