Abaqus在輪胎中應用的10大算例

1、ABAQUS中的輪胎it模目 錄第一講ABAQUS中的輪胎建模工具1ABAQUS提供的輪胎分析設計包括：1子結構與子模旳的介紹1分析過程包括：1第二講.模型組成3單元選擇3實體單元：3軸對稱單元：4圓柱體單元：4數值積分：4沙漏和沙漏控制5沙漏控制的耍點：5増強的沙漏控制方法：5不可壓縮材料：6歹方法：6雜交(混合)單元： 6彎曲問題和剪力口鎖：7選擇單元的一些其他考慮：8模擬加強層8結 構單元(structural elements) 與rebar layers 的 區(qū)別： 8ABAQUS111 的REINFORCEMENT: 8Reb.ar layers9Rebar layers 的 定義

2、： 9Rebar layers屮的預應力： 10輸出11內埋單元11第三講.模擬接觸13接觸分析中的一般考世13接觸面的定義13有限滑動中面需要考虔的一些問題13光滑三維主面14剪切面14變形體之間的有限滑動15接觸修補算法 (contact patch algorithm): 15變形體與剛體之間的有限滑移15-I-目錄附加部分16面的調整：16TIE約束16接觸對的移除和重新建立16三維二次單元的口動轉換16ABAQUS/STANDARD中的接觸形式17約束方式17碩接觸18増強的拉格朗日方法18軟接觸18不分離接觸19服從于容差的接觸19ABAQUS中的摩擦模型20，向同性庫侖摩擦模型2

3、0罰函數法21拉格朗日乘子法22“粗糙”摩擦(rough Action) 22齊向異性摩擦22靜態(tài)和運動學摩擦模型23使用用戶子程序FRIC23第四講.輪胎分析材料模型25應力與應變測呈25應變測量：25應力雖測：?6材料方向26默認材料方向26材料方向的旋轉26定義可選的材料方向27溫度和場變量相關28線彈性28超彈性29ABAQUS屮的橡膠材料模型29Mullins 效應31粘彈性33粘彈性材料的行為33時域粘彈性過程39頻域粘彈性的過程40例題：旋轉圓盤40目錄模型描述40第五講.模型生成和結果傳遞43介紹43模型生成43旋轉軸對稱截面43材料方向系統(tǒng)45電膜單元中的rebar46Reb

4、ar layers46通過線或面進行反射對稱46一些限制：47結果傳遞47例題中的一些翌點：48第六講.子結構和子模型51子結構51子結構的概念51使用子結構的優(yōu)勢51子結構的生成和用法51語法細節(jié)52定義保留自由度52子結構載荷悄況52語法52位置容差(POSITIONTOLERANCES) 53動態(tài)子結構53子模型的槪念53子模型的冃的54棊本假設54操作方法:54數據傳遞55定義邊界條件56指定值(prescribedvalues) 57例題：57第七講.用ABAQUS/STANDARD進行穩(wěn)態(tài)滾動分析59穩(wěn)態(tài)輸運分析59理論59參考構型59對于v和a的解釋：61慣性效應61模型定義和分

5、析64定義模型64接觸條件64穩(wěn)態(tài)輸運分析64收斂性64加載65旋轉運動65參考構架的運動65材料行為65單元和輸出66一些限制66穩(wěn)態(tài)滾動例題67例題中的一些要點：67第八講.聲場和線性動力學69御場部分概述69多種有效的求解理論69耦合的結構一聲分析69御學區(qū)域的口適應重劃分69例題：充氣輪胎的耦合結構一聲分析69問題描述：69穩(wěn)態(tài)動態(tài)的日標70穩(wěn)態(tài)動態(tài)過程的概述70子空間映射法71頻率提取71定義頻率范用71邊界條件和載荷72例題：埼嶇路面上輪胎的穩(wěn)態(tài)分析72問題描述72CPU計算時間比較73結果比較73第九講.使用ABAQUS/EXPLICIT進行瞬態(tài)分析75介紹75時間積分算法75自

6、動的時間増戢和穩(wěn)定性76阻尼76體積黏性阻尼76-V-ABAQUS中的輪胎妃模材料阻尼77準靜態(tài)分析78ABAQUS/Explicit 與 ABAQUS/Standard 的交互操作79對于滾動仿貞的特殊考虔79例題80ABAQUS中的輪胎it模第一講.ABAQUS中的輪胎建模工具ABAQUS提供的輪胎分析設計包括： 胎圈部分的屈曲分析 不同胎面設計的輪胎磨耗 噪音生成熱耗散 舒適性分析（評估滾動過程屮的振動） 不同表面的牽引 不利環(huán)境卜的安全性問題 合理費用的制造子結構與子模型的介紹子結構：子結構允許用八組介個單尤集，并使用減縮口由度數的方法來分析該單尤集 的線性響應。用丁聲一結構耦合。子模

7、型：基已經存在的整體模型的結論來研究部分模型。當感興趣的區(qū)域為局部區(qū)域 時可以減少分析費用。分析過程包括： 一 般的靜態(tài)分析； 屈曲分析（特征値和失穩(wěn)的后屈曲分析）：I然頻率提?。ò素瓴⑨躩執(zhí)行的Lanczos求解器町以對人規(guī)模特征值問題提供改進的訃 算能力）；熱傳遞和耦介的熱應力分析； 穩(wěn)態(tài)滾動分析（確泄輪胎滾動阻力和扭矩的仃效計算技巧以及基J歐拉方式的計算，其 屮網格不動，而材料在網格內流動）； 顯式積分技巧的瞬態(tài)動力學； 穩(wěn)態(tài)動力學（諧波我荷作用卜的線性響應）；耦介的聲一結構分析，典何口動時間增彊的快速稀疏矩陣求解器對復雜非線性問題町 以提供有效的求解，同樣具有系數矩陣求解器的并行算法可

8、以對F具有多個處理器的電 腦提供改進的求解算法。通過川戶子程序也叮以計算復朵載荷條件，材料模型以及單元 形式的問題。第1頁共84貞第2頁共84貞第二講.模型組成第二講.模型組成建模技巧的特殊選擇，單元類空，加強層表述的方法強烈的依賴r以卜兒點： 分析的冃標：全局分析還是局部分析？ 分析類空：頻率提??；印跡分析：穩(wěn)態(tài)滾動或者是瞬態(tài)分析？ 載荷：對稱還是非對稱（二維還是三維）？ 材料類熨：可壓縮還是不可壓縮？接觸部分：剛體還是變形體路面和輪網？ 計算機資源的問題？這些考慮同樣對網格的選擇也由影響： 均勻網格劃分：對拉格朗I滾動和頻率提取，耍求周向網格均勻劃分； 精細的局部劃分：印跡分析和穩(wěn)態(tài)滾動分

9、析； 二維還是三維問題。ABAQUS同時也提供了不同的單元和建模工貝用輪胎組件的建模： 梁和trusses單元：模擬胎圈加強層： 殼單尤：傳統(tǒng)單尤和實體單尤可以模擬全局模熨中的層/復介殼； 實體單元：所冇的組件依賴需要的精細等級（簾布，胎冠，胎圈加強層）； 各向異性材料的膜單元：氣密層和帶束： Rebar單元:實體中的簡單rebar （胎圈加強層）和實體或者膜單元中的面內rebar （氣 密層和帶束層的加強層）； 剛體單尤：輪網和路而。單元選擇實體單元：對不可壓縮或者近似不可壓縮的單尤，石耍一些特殊的考世，這在卜面會進行講述。 默認情況卜應力/應變輸出都是在整體坐標系卜的，如來使用ORIENT

10、ATION選項（可 用J洛向同性和并向異性材料），那么應力/應變張屆位局部坐標系卜 該選項可以用在各 向同性和各向異性材料中。對非線性問題（包括人位移，轉動，剪切），實體單尤是介適的?？梢园ǔ跏嫉膽?力剛度以及由J：而載荷引起的壓力一我荷剛度，允許在穩(wěn)定性和失穩(wěn)分析中使用這些單尤。 仃限應變使用“真實”應力的形式（力與當前而積的比值），應變的度鼠采用対變形率的積 分。單尤可以包括不同的體我荷，如重力，離心力和Conolis力以及而壓力我荷等?？梢栽?所仃的實體單元的節(jié)點上定義與時間相關的溫度值。幾仃相應的熱傳導單元以及完全耦介的 熱傳導/應力分析單元。對J迴柱形單元不提供相應的熱傳導或苦耦介

11、的溫度一位移單元.軸對稱單元：CAX類型單元，定義在az平面，廠為第一坐標，z為對稱軸。任何徑向的位移町以引 起周向的丿垃變（hoop strain）由為純的軸對稱模式，因此只允許四個非零變甌 每,乙， %，滄。對軸対稱單尤，ORIENTATION選項只能在八z '卜面內使用。軸對稱單尤中 定義的點載荷必須是繞閥周積分的我荷總和；類似的，反力輸出也是沿著圓周的積分輸出。 分布載荷則應該給出單尤面積或者單位體積上的栽荷值。帶白扭轉的軸対稱單元：CGAX類型單尤。允許該類型單尤繞對稱軸發(fā)生扭曲，町用 包括白限轉動的非線性分析中。該類型單尤仃三個自由度：徑向位移妬，軸向位移,繞 對稱軸的扭轉

12、卩，其中卩以弧度單位給出°模型中任意一點在周向匕的扭轉必須為常數以便 使兒何變形保持為軸對稱。只旳扭轉的軸對稱單元貝仃完全的三維應力狀態(tài)，默認時，比應 力丿血變在柱坐標系卜輸出。該類型單元支持rebai?？梢允褂肙RIENTATION選項，此時材 料方向完全常規(guī)化，支持圓柱體，螺旋狀（helical）的正交各向片性以及完全一般的各向片 性材料。圓柱體單元；CCL類吃單尤。用精確模擬初始狀態(tài)為關柱形兒何形狀的模熨變形。除了實體圓柱 體單尤，ABAQUS還提供了圓柱體膜單尤（MCL）,圓柱體面單元（SFMCL）。可以使用專 用的三角兩數在【員 1周方向上內插位移，此時即使是覆蓋了很人角度

13、，対，三維問題也可以提 供精確解，并由J：允許使用少昴的單尤，從而減小了計算費用。圓柱體單尤在圓周方向上的 每一段弧都使用了三個節(jié)點。默認的張駅結果為在固定的阜滲考構也計算的柱坐標系卜進 行輸出。對于圓柱體膜單元的默認張量輸出是根據位J：單元面上的局部基礎和基J：標準 ABAQUS映射規(guī)則計算的局部單元方向進行輸出。如果對闘柱體單尤使用了局部方向，輸 出會在隨著變形旋轉定義的局部坐標系匕進行。貝冇雜交尤以及縮減積分的圓柱體單尤是冇 效的，但是沒仃一階的縮減積分関柱體單尤。圓柱體單尤可以與普通單尤貝冇相同的網格， 可以與普通單元在截面上相連。數值積分：ABAQUS中的所有單尤都是數值積分，這在每

14、一個積分點和不規(guī)則的單尤形狀上允許 第#頁共84貞ABAQUS中的輪胎妃模獨工的材料響應。比中完全積分是指進行準確應變能積分所盂的最小高斯積分點(如果單元 并沒冇扭曲)?？s減積分比完全積分小一階。對扭曲單尤和非線性材料單尤，沒冇那一種 數值積分是楕確的，但是可以對網格進行轎細劃分，解就會收斂正確的答案。沙漏和沙漏控制使用縮減積分的缺點在會導致網格失穩(wěn)，一般稱為“沙漏”。沙漏變形不會產生川變, 因此不會対能帚積分冇任何貢獻。比行為類似j:剛體。對一階四邊形，六面體縮減積分單 元，沙漏會進行傳播，因此，對丁這些單元沙漏是一個嚴乘的問題。為了抑制沙漏，必須人為的増加沙漏控制剛度，ABAQUS對J：所

15、冇的一階縮減積分單 尤都可以使用沙漏控制。對J：三角形和四面體單元，ABAQUS 一般使用完全積分，因此也 就不存在沙漏的問題。對J：兒何線性和包括冇限用變的兒何IF線性問題都可能存在沙漏，対 兒何線性問題沙漏一般不會影響計算應力的質員。對兒何非線性，沙漏一般與積分點的 W變相互影響，從而導致不準確或者失稅.対涉及到有限應變彈性則尤具嚴豆 (HYPERELASTIC)o因此對J：仃限應變彈件分析，強烈推薦使用完全積分單元。沙漏控制的要點：該模式與剛體模式和常應變模式正交?？梢酝ㄟ^提供“沙漏剛度”來阻止其發(fā)生，典型 的沙漏剛度是基J：剪切彈性模彊的一個小部分。默認時，ABAQUS使用味J：沙漏的

16、控制算 法，兀屮剛度值茲J材料定義的彈性屬性,*HOURGLASS STIFFNESS選項可以覆蓋默認ffi。 如果沒仃在input文件中定義彈性屬性(比如材料使用UMAT用戶子程序進行定義)，那么 沙漏剛度必須通ii*HOURGLASS STIFFNESS fl接定義。增強的沙漏控制方法：ABAQUS也可以提供基J;増強的假設應變(enhanced assumed strain)方法的沙漏控制 算法，這種方法對J出線性材料提供了增加的沙漏阻抗以及町以使線彈性材料的位移求解11 仃更好的粗糙網恪榕度。在STANDARD和EXPLICIT屮祁是廉容的。使川方法為：SETCION CONTROLS

17、, CONTROLS=<NAME>, HOUGALSS=ENHANCED,SOLID SECTION, CONTROLS=<NAME>,第5頁共84貞第二講.模熨組成-Example一般可以通過比較ALLIE和ALLAE來看是否存在偽應變能。(ALLAE/ALLIEV1%)在網格桔度較高的分析屮，一階減縮積分的沙漏控制表現較好，而對粗糙網格，則很 不務確?？梢酝ㄟ^使用倉ENERGY PRINT, *ENERGY FILE,ENERGY OUTPUT選項來監(jiān)控 偽應變能。與偽模式控制相關的能屆必須小總內能的1%。對彈性彎曲問題，使用増強 的沙漏控制方法可以得到改進的粗糙網

18、格楙度。不可壓縮材料：許多卄線性問題會涉及到不可壓縮和近似不可壓縮材料(實體橡膠)。除了平面應力情 況，常規(guī)使用的不可壓縮材料的仃限單尤網格經常會表現出過硬的行為(體積門鎖)。該問 題產生的原因足由每個積分點上的體積必須保持固定，這將會在運動學中允許的位移區(qū)域 上施加過度的約束。比如，在梧細網格的三維8節(jié)點六面體單尤中，在每一個節(jié)點上冇三個 n由度。每一個積分點上的體積必須保持固定，由完全積分在每個單元上使用了 8個點， 因此每個單元上就冇8個約束而只冇3個門由度。過度的約束就會引起門鎖。幾乎在所冇的 完全積分單元中，包括由常應變三角形或四而體單元，這個問題都存在。山縮減積分組成的 實體則不會

19、產生過度約束，丙此，縮減積分單尤可以仃效的消除體積fl Wo歹方法：可以使用“選擇性縮減”的方法消除體積門炭 對J：體積項(volumetric terms)使用縮 減積分，而對于偏項(deviatoric terms)使用完全積分。ABAQUS中對“完全積分”的一 階單尤使用了這種修改的選擇性積分的形式。用單尤的平均的體應變來代秤在高斯點的實際 體積應變，之所以稱為耳方法是由J采用了修正的應變一位移關系(B矩陣)。除了平而應 力單尤外，對所仃的ABAQUS中的一階完全積分實體單元，都可以使用歹方法。但是對 二階的四邊形和六面體單元不能使用這種方法，這是由為材料近似不可壓縮時，不能使 用那些完

20、全積分單元的標準版本。雜交(混合)單元：對J -不 4壓縮材料的另一種分析方法是在平均總義上通過拉格朗口乘法器(Lagrange multiplier technique)技巧對毎-個單元強加不町爪縮約束。ABAQUS中這類單元代弓為 第6頁共84頁ABAQUS屮的輪胎址模C. H單元族（比如CCL24H）。在這種表達式壓力作為獨龍的內插基本解變鼠，通過本 構理論與位移解進行耦介。ABAQUS中使用的這種雜交尤引入了更多的變帚，耦合只涉及 到體積模帚的倒數（inverse）,因此，單尤可以被用在完全不可壓縮的材料行為上。一階雜 交元對每一個單尤只使用了一個簡單約束，因此每一個單尤只引入了一個附

21、加變杲。二階 的混介單元允許在單尤上施加的約朿線性變化，在二維問題以及軸対稱中每個單尤需耍三個 拉格朗I乘法器，在三維問題中每個單元需耍四個拉格朗口乘法器。雜交元比普通單尤具冇 更人的波陣而（wavefront）o在方程求解器中，與不可壓縮材料相關的拉格朗口乘法器必須 用適半的順序進行以避免零除現象。ABAQUS門動辨認與可壓縮材料相關的拉格朗I乘法 器來提供最佳性能。因此，它們只冇在需要的時候才能使用，比如所冇的網格都為嚴格的不 可壓縮性材料；為近似不可壓縮型材料的二階單元網格。注意：包金冇一階三角形或四而體單尤的網格會由J：在雜交形式上的強加約束數目人 高，以至不能阻止門鎖而產生過度約朿。

22、因此，對這些單元的不可壓縮性材料，推薦使 用四邊形或者磚型類型（brick-type）網格進行填充。彎曲問題和剪力自鎖:完全積分的一階單尤可以準確表示所冇的剛體和常應變領域。但是由在高斯點上引起 的寄生（parasitic）剪力而使其對J：彎曲的表現太剛,這種過度的剛性行為稱為剪力自鎖。 為了提供彎曲行為，單尤必須在高斯點上產生剪切，這是由J沖尤中的邊和等參線必須保持 為T線。二階單尤不會產生這樣的問題，這是由J：這些單元表示了二次位移場，可以模擬沒 冇任何剪切應變的純彎曲響應。一階減縮積分單尤可以消除剪力門鎖，但是在厚度方向上需 耍多層單元才能準確模擬彎曲響應。對線性材料推薦在厚度方向上最少

23、使用4層單尤，如 果是報性變形，那么需耍更多的單元。ABAQUS可以提供冇效模擬彎曲問題的一階不可壓縮單尤模式庫。這些單元的內部變 形模式被附加在了單尤的標準位移模式卜來消除彎曲過程中產生的寄生剪應力。由JTE調和 模式増加了內部門由度，因此這些單元會比常規(guī)的-階位移單元計算費用略高一些。但是， ABAQUS可以通過在單元引入時就消除這些附加門由度來最小化計算費用。這種卑調和模 式可以根據變形梯度項直接用公式表達。對J：彎曲問題，II：調和模式單元與二階單尤具冇一 樣的精度，但是計算費用耍經濟的多。這種單元的第二個好處是提高了分析應變局部化問題 的能力。這種單元是真正的用一般目的的尤，它們可以

24、用丁小應變，人應變（冇一些限 制）分析，不會冇沙漏模式（由丁采用了完全積分），并且對J：近似不可壓縮材料不會產生 門鎖。if調和模式單元可以貝仃與常規(guī)實體單尤相同的網格劃分。if調和模式單元可以冇雜 交形式，但必須用j浣全卄調和材料行為。單尤可以用在動態(tài)和沖擊問題中并保留塊狀質屆 矩陣的相關優(yōu)勢?？梢杂迷趲缀蝘f線性和幾何線性問題中，對r仃限應變型性問題收斂會比 常規(guī)單元慢一些,但可以給出很好的結果對于有限應變彈性問題，當單元扭曲增加時，單 元會收斂欠?。阂虼?，對丁這類問題，推薦使用完全積分（雜交）單元。選擇單元的一些其他考慮：近似不可壓縮的模型可以用選擇型縮減枳分，一階單元可以仃效的進彳亍模

25、擬（比如 C3D8）,完全不可壓縮材料應該用雜交單元模擬。當使用精細網格劃分時,減縮積分單元會 比完全枳分四邊形或磚型單元更為經濟仃效。此時，在幾仃很少邊界條件的區(qū)域上沙漏仃町 能產生并會支配求解。粗糙的網格對沙漏更為敏感。一階單元對J彎曲問題農現更差（尤 其時完全枳分單元），并II在彎曲為主的問題屮不能使用（在轉彎時的胎側）。當初始形狀就 仃扭曲的時候，一階和二階四邊形和磚型都會存較差的搟度。階單元比二階單元的扭曲嬪 感度耍低，因此如果有嚴重的網格扭曲，那么對該何題一階單尤為更好選擇。如果產生了 動態(tài)的不連續(xù)（比如劇烈的剪切區(qū)域）或者如果接觸扮演了很重耍的角色，一階單尤更為健 壯并XL有更好

26、的桔度。一階單元使用塊狀質最矩陣，這在碰撞問題屮會仃更好的衣現。一階 單元的節(jié)點力直接與單元屮的應力一致，因此在接觸討題中更有優(yōu)勢。退化的一階四邊形和 六山|體單尤與一階三角形和四向體單尤一致。但是由r沙漏控制計算（減縮積分單尤），計 算費用會比較高，并丄由響多個枳分點（完全枳分單尤）。二階四邊形和八面體町以退化 為三角形和四面體，但是與二階的四面體和三角形并不等效，退化的四邊形和磚型不能準確 的代農線性丿W變區(qū)域。二階單元可以用比一階單元更少的單元捕捉兒何部分，比如彎曲邊界。 因此如果彎曲問題占主導，二階單元是一個更好的選擇。模擬加強層使用離散分析來模擬人的，明顯的加強層，母體和加強uzm的

27、界面被假定為完全綁定。 母體使用實體單尤來模擬，而加強層用以卜離散方法來模擬： 9C，膜和面單元中的rebar layers。 梁單元中的rebar （提供了軸向的加強丿£）。 離散結構單元，如桁架或膜單元，可以用來定義各向異性屬性。結構單元（structural elements與 rebar layers 的區(qū)別：各向異性的膜單元可以用來模擬加強層。但是，由于材料方向繞材料的平均旋轉軸旋轉, 使用各向異性彈性來模擬并非真實的連續(xù)體會在人變形時引起顯著的錯誤。Iff rebar的方向繞實際的變形方向旋轉，I大I此町以提供更精確的結果，比如輪胎帶束加 強層中的一個單獨的纖維，可以與其

28、他方向的纖維發(fā)生相對容易的剪切。ABAQUS 中的 reinforcement：ABAQUS中的rebar layers可以用來加強實體或者結構單元的母體,比如殼,膜。ABAQUS中rebar layers的總體使用如F： 可以直接通過在單尤中定義rebar layer來模擬殼，膜，和而單元中的加強層。而單尤除 rebar layer之外不具備冇任何單元屈性，主要用來作為rebar layer的載體。 使用內埋單元約束來模擬實體單元中的加強層。使用該方法，用rebar layer加強的而或 者膜單元內埋在實體單元構成的主母體中。 下表為模擬加強層的技巧：Rebar layersRebar la

29、yers用來模擬殼，膜，而單元中的單軸加強層。通常rebar layer比母體材料冇著 更高的剛度，因此彈性屬性己經足夠表征rebar材料的屬性（除了屈服和極限我荷計算）。使用*Rebar layer選項來定義rebar layer并具備仃如卜屬性： rebar layer可以疊放在売，膜或而單元上： rebar layer使用卜層單元的熨函數和積分配置，也就是說并不考慮母體材料和rebar中 的相對滑動： 它們的材料風性與下層單尤足獨立的： rebar layer涂抹在具仃常厚度的等效層上： 在-個單獨的單元中可以定義任意多盂耍的rebar layers。 Rebai* layers的體積并

30、不會從rebar layers附加的單尤體積屮減去，因此rebai- layers只能 在reinforcement所占的體積很小的時候使用 在動態(tài)分析中，rebar layers的質屆可以被考股進去，同樣也可以考慮諸如GRAV, CENTRIF和ROTA的分布我荷的影響。 可以使用IMPORT 命令在 ABAQUS/Standaid 利 ABAQUS/Exphcit 中傳遞 rebar layers 以及其相關結來。Rebar layers 的定義：Rebar layer 選項必須打*SHELL SECTION, +NIEBRANE SECTION,或者SURFACE SECTION選項聯(lián)合

31、使用來泄義殼，膜，面單元中的加強層。數據彳亍分別定義了： Rebai- layer名稱（用來在后處理屮標識截面點的列表）： 每一層rebar的橫截面枳： 在膜，殼，面單尤的平而內rebar的間距： 厚度方向上的rebar的位置（只對J：殼單尤），從殼的中而開始計算距離（沿養(yǎng)殼的正法 線方向為正）； Rebar的材料名稱。 方向角，單位為度，與局部1方向的夾角，沿著單尤法線方向為正； Rebar角度輸出駅測的等參方向。幣:復數據行來定義每一個rebar layer.注意以卜兩點：rebai- layer中的局部方向是通過 keyword選項中的方向定義來確定的；在膜或者売單尤上定義的任總方向對J

32、： rebar layer I1 的局部方面沒有任何影響。例如：SURFACE SECTION, ELSET=BELTREBAR LAYER, ORIENTATION=ORIENTRBNAME, 0 01,0 1,0.0, RBMAT, 30,1ORIENTATION, SYSTEM=RECTANGYLAR, NAME=ORIENT-0.7071, 0.7071, 0 0, -0.7071, -0.7071, 0 03,0.0Rebar layers中的預應力：町以使用INITIAL CONDITIONS, TYPE=STRESS ,REBAR 選項來定義 rebars 中的預W 力，町以包括

33、或荷不包括*PRESTRESS HOLD選項： 如果包括*PRESTRESS HOLD選項，在rebar中定義的初始應力會保持恒定，半運行平 衡迭代來得到母體材料中的相應應力時（自平衡），rebar layers會產生應變，但是這樣 的應變并不允許在rebar layers中產生應力。 如果不包括*PRESTRESS HOLD選項，那么初始應力允許在平衡的STATIC分析中發(fā) 生變化，母體和rebar的應力都進行調整來達到平衡構型。比如鋼筋混凝土，rebar在覆蓋混凝土之前先被拉伸到了預先指定的伸長，當混凝土覆 蓋rebar.然后釋放的rebar預拉伸會傳遞給混凝土一些載荷，在混凝土中引入壓應

34、力。在混 第11頁共84貞ABAQUS屮的輪胎址模凝土中產生的變形也降低了 rebar中的應力。輸出ABAQUSAriewer支持rebar layer方向和結果的可視化輸出，這対J場輸出和歷史輸出 都支持。在rebar積分點上的諸如應力和應變的輸出變屆是可用的，在*ELEMENT OUTPUT選 項屮使用REBAR參數來耍求這樣的輸出，結果可以一層一層的觀看，如來需耍顯示給定 rebar layer的結呆，那么選擇該層的名稱進行顯示。在layer中積分點上的rebar力,如RBFOR,為rebar應力乘以橫截而積。RBANG和RBROT標識了單尤內rebar的為前方向以及仃限變形引起的reb

35、ar layer的相 關轉動。內埋單元n/f rebar layers的膜和而巾元可以以任意的形式被內埋在實體單尤中，即使它們見仃 不匹配的網格。這可以通過使用*EMBEDDED ELEMENT選項來完成。ABAQUS tf先會檢 查內埋卩冗與主單尤的節(jié)點Z間的幾何關系。如呆內埋單元的節(jié)點位J：主單元屮，那么該節(jié) 點的II由度會被消除，節(jié)點成為內埋節(jié)點，內埋節(jié)點的fl由度彼約束為主單尤廣I由度的插ffi。 這可以幫助在結構屮更門然的用幾何方式定義rebar,同時也幫助在實體單尤中的rebar layers 的可視化。也可以建立內埋在實體單尤中的truss單元集介或實體單尤集介。由/內埋單尤約束

36、并 不耦介內埋單尤與主單元的轉動門由度，因此殼單元不能使用這樣的方法內埋在實體單元 中。ROUNDOFF TOLERANE參數用來調整內埋節(jié)點的位置以便準確的位主單元的而或 者邊上，這可以減少所需約束方程的數目，允許更經濟的求解。I、而捉供些対J選擇朕卩尤的rebar-reintorced還足面甲冗的rebai-reinforced的扌旨與： 使用面單元來模擬實體單元中加強層的單軸行為：使用膜單元來引入實體單尤中加強層的而內剪切彳了為。注意山J參考而截面的計算，膜 單元比面單尤的花費更人。第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎址模第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎址模embedded membra

37、ne element第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎址模第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎址模而是指向面外，并冇一定的角度。由上圖可以看出，rebar的方向并不在膜單元而內,第13頁共84頁ABAQUS屮的輪胎妃模第三講.模擬接觸第13頁共84頁ABAQUS屮的輪胎妃模第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎妃模接觸分析中的一般考慮當兩個物體接觸時，接觸應力通過公共面進行傳遞，一些情況卜，只傳遞法向應力，如 果含有摩擦，那么町以傳遞一定范由內的剪切應力。通常的口的是確定接觸區(qū)域和應力的傳 遞。接觸會引起嚴晅的非線性不連續(xù)行為，比如接觸約束的激活與不激活并非為光滑變化。 ABAQUS/Staiida

38、rd中的接觸町以被分為5個部分：變形體Z間的有限滑移；變形體與剛體 Z間的有限滑移；變形體本身的接觸（口接觸總是有限滑移的）；變形體Z間的小滑移：變 形體與剛體之間的小滑移。輪胎分析中很少使用自接觸和小滑移接觸，因此著重討論有限滑 移的接觸。接觸面的定義ABAQUS/Standard使用主/從面的方法來模擬接觸面。由J：卜層體是離散的，因此接觸 面也必須是離散的。從面上的節(jié)點接觸上面的離散片斷。ABAQUS中使用的主從面有著運 動學上的一些含義：從面節(jié)點不能穿透主面片斷；而主面的節(jié)點町以穿透從面的片斷。因此 對J上從面的選擇是很嚴格的：從面的網格必須更加細化，如果兩個|僑的網格密度一樣，那 么

39、從面應該是卜層單元更軟的面。第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎妃模接觸方向垂至主而，法向力可以沿著法線方向傳遞，縻擦力沿著平行主而的方向進 行傳遞。即使是最簡單的接觸問題，用戶也必須定義：每一個面由什么組成；產生接觸的而 的位置以及主/從而。ABAQUS會自動在這些定義上產生內部的接觸單元。對人多數的輪 胎分析而言，主從面的選擇足簡單的。而対/胎而花紋塊之間的接觸或者是變形體輪胎和變 形體路而（泥或者雪），接觸定義是很嚴格的。對面的定義冇兩種方法：定義可能產生接觸的每一個單元集介的面（如前所述）：允 許ABAQUS自動定義可能發(fā)生接觸的“門由面”。主而耍求面必須是連續(xù)的，也就是說穿 越而上的兩

40、個點不需耍離開或者穿透面。有限滑動中面需要考慮的一些問主而必須光滑來避免收斂性問題。ABAQUS/Standard會自動光滑卜列類型的主而：二 維變形體，三維變形體以及用剛體單元定義的剛性面。ABAQUS/Standard不會門動光滑解 析剛性而。光滑對從而沒冇任何影響。只冇半兩個相鄰而冇著不同法線方向的時候.才會第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎比模進行光滑。肖光滑一個二維變形體主而時，ABAQUS/Staiidard會在一階單尤間創(chuàng)建一個拋物線弧 在二階單元中創(chuàng)建一個三次弧。因此.主而的底層兒何形狀會發(fā)生變化。第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎比模第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎比模光滑

41、三維主面Jt4»*CONTACTPAIR屮的SMOOTH參數可以決定到底使用h和h中的多人部分進行 光滑，默認為0.2,最人值不能超過0-5。半光滑-個三維主而時，*CONTACT PAIR中的SMOOTH才定義了保留單尤面法向的 單元而的片斷。此時在虛線框內的點保留了卩冗的而法向，而框外的點則使用（平均的）光 滑法線方向。主而的幾何形狀并沒有發(fā)生變化（只是其法向），這會在剛度矩陣中產生非對 稱項，當表而曲率很人的時候，這些非對稱項會很明顯。第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎比模第#頁共84頁ABAQUS屮的輪胎比模剪切面在仃限滑動問題屮，主而的角點以外的部分是需耍的，它們可以阻止從

42、而節(jié)點“跌落或者掉入主面后而。這在ABAQUS/Standaid的接觸問題屮卑常巫耍。trimmed mast or surfaceslave surfaceAppropriate master surface definitionInappropriate master surface definition而對J：從面的角點外的部分，則是不需耍的，這是由J：這些多余的部分會引起在從血末 端接觸應力的失真。除了主面外的所有面都會在有限滑動問題中被自動剪切,可以使用 SURFACE, TRIM來改變這樣的默認設置。變形體之間的有限滑動運動的變形體之間的有限滑移是最普通的現象。這樣的滑動允許任意大

43、的滑移，允許面 H冇任意人的轉動和變形。半選擇了兒何卄線性時"STEP中的NLGEOM）,所冇的接觸 對默認為有限滑移。如前所述，三維的冇限滑移問題在接觸發(fā)生時會產生非對稱項。這些卄対稱項與主面的 曲率成比例，高度彎曲的主面會產生很人的IF対稱項。因此，対J：三維具冇彎曲主而的問題 建議使用IF對稱求解器（UNSYMM=YES）。注意：包括摩擦會導致Jacobian項出現作對稱 項，不論是二維還是三維問題.接觸修補算法（contact patch algorithm）：用人屆單元而定義的三維主面會產生非常人的波陣而。門動的接觸修補算法用來最小化 波陣而的人小。ABAQUS會估計一個最

44、人距離R,從面節(jié)點會滑移并且利用這個信息來定 義每一個從而節(jié)點允許的接觸而積。如來從面節(jié)點滑移出了允許的接觸面積，那么ABAQUS 會重新定義分析中的修補區(qū)域。計算的修補區(qū)域尺寸仃可能會覆蓋*CONTACT CONTROLS 選項屮的 DISTANCE 參數。用法為：*CONTACT CONTROLS, SLIDE DISTANCE/。變形體與剛體之間的有限滑移ABAQUS JWf-般的剛體運動能力。剛體也就是指系列的節(jié)點和單尤的運動由個 卩點（稱為參考巧點）進行控制。任何體或者體的一部分都可以被定義為剛體，并可以承受 任意丿、的剛體運動。剛體的兒何形狀包括：拖動或者旋轉個二維兒何剖血作為解析

45、剛體農 面：或者用節(jié)點和單元對一個體進行劃分（離散剛體人大部分的實體或結構單元類型,以 及剛體單元類型都町以在剛體定義屮被包括。在剛體是口由移動的動態(tài)問題屮，剛體參考點 W該放置在質G中心上。如果轉動口宙度被抑制，那么參考點的位豐是不相關的。單元町以 被連接在參考點上，比如連接MASS或者ROTARYI單元町以用來模擬動態(tài)問題中的剛體的 質彊或者轉動慣吊，乂比如連接彈簧單元來移除剛體運動模式或者仿典個支撐結構。在接 觸對屮，剛性表面一般為主面，并IL應該足夠光滑來避免收斂性問題。対J：解析剛性衣面町以川*SURFACE中的FILLET RADIUS來泄義一個光滑半徑。解析 剛體的定義使用SUR

46、FACE,其HSURFACE, TYPE=SEGMENTS農示二維模型屮-，段一 段的血，由線，関弧以及拋物線組成。三維的解析剛體備耍肖先在局部坐標系卜泄義 個二 維輪摩，然后使用* SURFACE, TYPE=CYLINDER表示由二維輪魔映射的三維無限矩形面 （路面）：或者是* SURFACE, TYPE=RE*OLUTION,衣示三維的旋轉面（輪輜）。必須用 RIGID BODY來賦F 個面為剛體。町以使用離散剛體來構建更普通的剛性面。剛體屮町以有很女的單尤類型，離散剛體町 以便用的面單元有：2D： R2D2,平面條；3D： R3D3,三角形殼單尤：RAX2,軸對稱殼；R3D4,四邊形殼

47、單尤：剛體單元的法線方向定義與殼或打梁單元相同。單元的編號定義了正方向，正方向為 SPOS面，負方向為SNEG面.fl S心7Y202 me RAX21 <Her® 工附加部分面的調整：任何*CONTACT PAIR中的從而節(jié)點可以門動進行調整以便J：準確的位J：接觸或苕準 確的位J：分開或苕穿透的距離上。在前處理屮沒冇準確的將節(jié)點放置在準確的位置上時，該 過程是作常冇用的。ABAQUS在分析前可以修正從而節(jié)點的坐標，而且這樣的調整不會引 起應變。TIE約束TIE約朿是用-個簡單的方法來永久性的綁定-些而。涉及到TIE的從而節(jié)點不能穿透 主而,離開主而或者與主而發(fā)生相對滑動。在

48、分析中初始沒仃TIE的節(jié)點保持未約束的狀態(tài), 他們不會“看到”主面而且可以穿透主面。接觸對的移除和重新建立接觸對的計算是很耗時的，即使他們沒有產生接觸，因此可以使用*MODEL CHANGE 選項來暫時移除接觸對，在后面的載荷步屮很容易再引入接觸對，而卜層單元保持不變，只 是接觸対受到了影響。ABAQUS/Staiidard會口動存儲涉及到移除接觸對的作用在丹點上的 接觸力，這些力會在移除我荷步過程中遞減到冬。對以在瞬間巫新引入接觸面，任何過盈接 觸節(jié)點上強加的約束在重新引入玻荷步的開始就施加在了模型上。三維二次單元的自動轉換對J：接觸問題，通過單元面進行丿E力傳遞是很基本的，作用在單元面上的

49、斥力通過單尤 型函數計算出等效的節(jié)點我荷；單尤面上的常用力對J：線性單尤而言，可以產生相同的節(jié)點 我荷，對r二次單尤而言，等效節(jié)點我荷則隨著單尤面發(fā)生變化，i大i此二次單尤在接觸問題 中有些麻煩，因為節(jié)點栽荷有著較大的變化。施加在二維二次單尤上的常斥力，不'I'均的節(jié)點力引起在非匹配的網榕匕產牛不平均的 接觸斥力分布。在不匹配的網格屮，非平均的節(jié)點力會導致非平均的接觸斥力分布。第15頁共84頁ABAQUS屮的輪胎址模施加在三維二次單元(無體中節(jié)點)，由角節(jié)點的力與壓力方向相反，接觸算法不能 正常進行運算，因此這些單元不能用于接觸。ABAQUS通過增加體中節(jié)點自動轉換這些三維單元

50、來形成三維拉格朗11單尤的接觸對 的從面,比如：殼單元S8R5為S9R5：六面體單元C3D20為C3D27, C3D20R為C3D27R, wedges單元:C3D15為C3D15V。這些實體單元中的節(jié)點可以變化，中面節(jié)點只是在組成 從而的單尤面上產生，因此對J" C3D27. C3D27R而言，可以有2127個節(jié)點：C3D15V 則可以有1518個節(jié)點。接觸問題中一階單尤比二階單尤有著更好的收斂性，但是，如果二階單元收斂，那么可以用更少的單元提供更精確的結果。q=pA/3 r=pA/12ABAQUS/Standard中的接觸形式約束方式接觸問題盂要使接觸的點之間貝冇強迫約束，且必須

51、在法線方向上施加這樣的強迫約束 以避免穿透。半并未接觸時，不盂耍約束。一般冇兩種方法來施加這樣的強迫約束：拉格朗 口乘子法和罰函數法。ABAQUS使用拉格朗口乘子法，這是由J：該方法貝冇以卜優(yōu)勢：蒂度一約束可以精確 滿足：不存在矩陣條件問題(matrix conditioning)：約束力作為拉格朗口乘子的值可以立即 生效：操作簡單。但是，該方法也有以下劣勢：對每一個接觸約朿增加了一個變鼠：由該 方法使系統(tǒng)矩陣非正定(引入了負特征值)，因此需要合適的消除順序(proper elunuiation sequence).拉格朗口乘子法還通過引入與而曲率成正比的切向項產生對雅格比矩陣的貢獻, 該項對

52、J： H.冇高度匸面曲率的三維冇限滑動問題杲朮對稱的，不比滑的曲而仝殳致奇孑的曲 率張帚，因此光滑曲面在有限滑動問題中非常重耍。硬接觸硬接觸對所何的接觸問題是一種默認的局部行為，斥力町以根據這種關系通過接觸對 進行傳遞，在使用拉格朗日乘子法時，駛接觸是強迫的。IContact pressureAnypossible when in contact -、uNo prsure when no contact .Ctearance破接觸中壓應力與容差的關系SURFACE BEHAVIOR IS供了對碩接觸的一些可選項：増強的拉格朗口乘子法：軟接 觸：不分離接觸。*SURFACE BEHAVIOR選項

53、作為*SURFACE INTERACTION的-個子選 項來定義接觸對的特性。*CONTACTCONTROLS選項可以用來包括接觸容差(比如，允許 的過盈或者負壓力)。增強的拉格朗日方法該方法是作為拉格朗口乘了法和罰函數法折中的最好描述，當使用罰函數項川來推動迭 代過程時，該方法可以幫助対接觸約束進彳j更好的農征。在平衡迭代的第一個系列屮，接觸 相容性卑罰剛度來進行確泄，一 I丄達到平衡，檢査容許誤差，如果超過了穿透容許淚差， 接觸壓力變人，迭代繼續(xù)。使用卜面的命令來進行這樣的操作：SURFACE BEHAMOR, AUGMENTED LAGRANGEPenalty stifftiess( o

54、ptional)使用卜面的命令*修改穿透浜差和罰剛度：CONTACT CONTROLS,RELATRT PENETRATION TOLERANCE=<default value is 0.001>,ABSOLUTE PENETRATION TOLERANCE=<no default value>,STIFFNESS SCALE FACTOR=<default value is 1.0>,相應的穿透謀差與打印到數據文件( dat)中的面的邊的平均長度相關。由J：罰剛度的 選擇可以給出與拉格朗口方法相比非常接近的結果，兇此除非剛度被比例縮放，否則用戸不 會看到收

55、斂率方面明顯的變化。軟接觸SURFACE BEHAMOR + 的 PRESSURE-。、王RCOOSURE 參數可以修改接觸由“破” 到“軟”，設置PRESSURE-OTRCOOSURE = EXPONENTIAL,面之.何的接觸斥力的進一 步變化隨著指數增長，其屮力為過盈鼠(力對J：容差為負)。設置PRESSURE-OATRCOOSURE = TABULAR.輸入數據點對（卩,加）來定義壓力和 過盈之間的線性關系。不分離接觸/E*SURFACE BEHAVIOR中設NO SEPARTION會在接觸一H建工后的剩余分析中 面被綁定在一起。只有法向接觸受到了影響，允許相關的從面節(jié)點和主"liZ間存在滑移。與 *TIE約束不同，*TIE是在整個分析中把初始接觸的面在所有的方向都綁定在一起。被綁定 的自由度包括所令的移動自由度（包括町能的轉動自由度），溫度，電勢能。NO SEPARTION 選項經常與*FRICTION, ROUGH選項一起使用，用來模擬沒冇柑對滑移的接觸。服從于容差的接觸CO