引言

體積鎖死,，又稱體積閉鎖、體積自鎖等,，是有限元分析過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一種數(shù)值問題,，一般發(fā)生在完全積分單元中。由于在數(shù)值計算時不能保證體積變形為零,，從而夸大體積變形剛度,，導致體積鎖死。

體積鎖死的一個顯著特征是：各個積分點之間或各個單元之間的靜水壓應力出現(xiàn)急劇變化,。在可視化界面中繪制靜水壓應力的云紋圖,，如果看到靜水壓應力從一個積分點到另一個積分點的變化很大，呈棋盤形分布,，就有可能出現(xiàn)了體積鎖死的數(shù)值計算問題,。

體積自鎖

超彈性材料表現(xiàn)為不可壓縮（泊松比等于0.5）或是近似不可壓縮的（泊松比大于0.475），完全積分單元會呈現(xiàn)出過度剛化,，而不會產(chǎn)生體積變形,，即所謂的“體積自鎖“。

體積彈性模量計算如下：
K=E/[3?6?5(1?6?12?6?5v)]
當泊松比v取0.5時,，體積彈性模量K趨于無窮大,，難以變形，導致體積自鎖,。

ANSYS相關單元技術

而ANSYS中為了解決該問題,，引入了相關單元技術，如縮減積分,、增強應變,、混合U-P（雜交單元）。

體積自鎖,，建議采用混合U-P技術

值得注意的是,，平面應力模型是不會發(fā)生體積自鎖的。

mixed U-P formulation通過在單元內(nèi)插入靜水壓力附加自由度,，解決體積自鎖問題,。

除了默認的SOLID285單元，其他單元均設置KEYOPT(6)=1或2

ketopt,matid,6,1

還可以在求解欄插入體積相容公差值,，與混合U-P單元技術對應使用,。取值范圍為0<vtol<1，默認為1e-5，推薦為1e-5~1e-2

/solu
solc,,,,vtol

此外,，對于不可壓縮材料,，適當引入少量的可壓縮性可以減輕體積鎖死的現(xiàn)象。

幾乎不可壓縮材料和完全不可壓縮材料的計算結果很接近,，因此可將不可壓縮材料的泊松比取為0.475-0.5之間的數(shù)值,。

參考文獻

ANSYS命令流學習教程及書籍參考：ANSYS Workbench命令流