ABAQUS模型處理技巧

1、abaqus模型的處理技巧唐彩明 HYPERLINK /u/2242328033 /u/2242328033 2011-09-24 15:59:27 abaqus的多圖層繪圖abaqus的cae默認(rèn)一個(gè)視區(qū)僅僅繪出一個(gè)圖形，譬如contor圖，變形圖，x-y曲線圖 等，其實(shí)在abaqus里面存在一個(gè)類(lèi)似于origin里面的圖層的概念，對(duì)于每個(gè)當(dāng)前視區(qū)里面 的圖形都可以建立一個(gè)圖層，并且可以將多個(gè)圖層合并在一個(gè)圖形里面，稱(chēng)之為Overlay Plot，譬如你可以在同一副圖中，左邊繪出contor圖，右邊繪出x-y圖等等，并且在abaqus 里面的操作也是很簡(jiǎn)單的。首先進(jìn)入可視化模塊，當(dāng)然要先打開(kāi)

2、你的模型數(shù)據(jù)文件（.odb）第一步要先創(chuàng)建好你的圖形，譬如變形圖等等進(jìn)入view里面的overlay plot，點(diǎn)擊creat，創(chuàng)建一個(gè)圖層，現(xiàn)在在viewport layer 里出現(xiàn)了你創(chuàng)建的圖層了注意你創(chuàng)建的圖層，可以看到在visible下面有個(gè)選擇的標(biāo)記，表示在視區(qū)里面你 的圖層是否可見(jiàn)，和autocad里面是一樣，取消則不可見(jiàn)current表示是否是當(dāng)前圖層，有 些操作只能對(duì)當(dāng)前圖層操作有效，同cad name是你建立圖層的名稱(chēng)，其他的屬性值和你的 模型數(shù)據(jù)庫(kù)及圖形的類(lèi)型有關(guān)，一般不能改動(dòng)的。重復(fù)2-4步就可以創(chuàng)建多個(gè)圖層了創(chuàng)建好之后就可以選擇plot/apply，則在視區(qū)顯示出所有的

3、可見(jiàn)的圖層 子結(jié)構(gòu)的概述什么是子結(jié)構(gòu)子結(jié)構(gòu)也叫超單元的（兩者還是有點(diǎn)區(qū)別的，文后會(huì)談到），子結(jié)構(gòu)并不是abaqus里面 的新東東，而是有限元里面的一個(gè)概念，所謂子結(jié)構(gòu)就是將一組單元組合為一個(gè)單元（稱(chēng)為 超單元），注意是一個(gè)單元，這個(gè)單元和你用的其他任何一種類(lèi)型的單元一樣使用。為什么要用子結(jié)構(gòu)使用子結(jié)構(gòu)并不是為了好玩，凡是建過(guò)大型有限元模型的兄弟們都可能碰到過(guò)計(jì)算一個(gè) 問(wèn)題要花幾個(gè)小時(shí)，一兩天甚至由于單元太多無(wú)法求解的情況，子結(jié)構(gòu)正是針對(duì)這類(lèi)問(wèn)題的 一種解決方法，所以子結(jié)構(gòu)肯定是對(duì)一個(gè)大型的有限元模型的，譬如在求解非線性問(wèn)題的時(shí) 候，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)非線性問(wèn)題，系統(tǒng)往往經(jīng)過(guò)多次迭代，每次這個(gè)系統(tǒng)的剛

4、度矩陣都會(huì)被重 新計(jì)算，而一般來(lái)說(shuō)一個(gè)大型問(wèn)題往往有很大一部分的變形是很小的，把這部分作為一個(gè)子 結(jié)構(gòu)，其剛度矩陣僅要計(jì)算一次，大大節(jié)約了計(jì)算時(shí)間。哪些情況可以使用子結(jié)構(gòu)前面提到的非線性問(wèn)題，包括了很小變形的或者線彈性部分可以使用子結(jié)構(gòu)，特別是當(dāng) 模型中有很多相同的部分時(shí)，提到的最多的一個(gè)例子就是桌子的四條腿，四條腿作為子結(jié)構(gòu) （因?yàn)榛緯r(shí)彈性變形）可以包括了很多的實(shí)體單元，可以大大提高效率再一個(gè)就是問(wèn)題確實(shí) 太大，只有采用子結(jié)構(gòu)將問(wèn)題分成很多塊，計(jì)算出結(jié)果后再次采用子結(jié)構(gòu)分塊計(jì)算，一直到 能對(duì)每塊單獨(dú)計(jì)算為止。abaqus中子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及要注意的問(wèn)題子結(jié)構(gòu)是一組單元的集合，但是在子結(jié)構(gòu)中僅僅

5、只有你指定的那些節(jié)點(diǎn)的自由度會(huì)保留 下來(lái)而其他節(jié)點(diǎn)的自由度都被消除了，其他的節(jié)點(diǎn)均是通過(guò)線性插值的方式獲得求解；子結(jié)構(gòu)是通過(guò)你指定的節(jié)點(diǎn)與其他的單元建立聯(lián)系的;在abaqus的6.4版本中只有子結(jié) 構(gòu)這個(gè)概念沒(méi)有超單元了，其區(qū)別就是子結(jié)構(gòu)可以求得單元內(nèi)部準(zhǔn)確的解而超單元不行;當(dāng) 你定義子結(jié)構(gòu)的時(shí)候不要包含太多的單元，因?yàn)閱卧膭偠染仃嚰傻臅r(shí)候會(huì)花掉太多的時(shí) 間，可以用更多的含有較少單元的子結(jié)構(gòu)代替。在abaqus中子結(jié)構(gòu)的用法一般包括如下部分，首先你要利用substructure generate和retained nodal dofs 定義一個(gè)子結(jié)構(gòu)，然后你可以定義子結(jié)構(gòu)的內(nèi)部荷載，邊界條

6、件一旦你已經(jīng)定義了子結(jié)構(gòu)以 后你就可以象利用一般的單元一樣使用子結(jié)構(gòu)了，譬如輸出請(qǐng)求等等。因?yàn)閮?nèi)容太多只能另 外的文章再述了，大家也可以直接看看手冊(cè)，要注意的是，abaquscae是不支持子結(jié)構(gòu)的。 如何在不同的分析步改變材料的參數(shù)我所了解的大概有三種不同的方法：最強(qiáng)大的當(dāng)然是采用umat的方式，不過(guò)需要有深厚的有限元基礎(chǔ)，一般人不推薦使 用采用場(chǎng)變量，不過(guò)功能相對(duì)簡(jiǎn)單采用abaqus的import命令將前面分析的結(jié)果傳遞到新的分析之中這里介紹下第二種方法*什么是場(chǎng)變量所謂場(chǎng)變量，我的理解就是一個(gè)環(huán)境變量，它建立了一個(gè)與材料參數(shù)之間的中介，雖然 不能直接指定材料參數(shù)在不同的分析步具有不同的值，

7、但是通過(guò)場(chǎng)變量，間接的達(dá)到了目的。*怎樣使用場(chǎng)變量其實(shí)場(chǎng)變量用的較多的實(shí)在熱力學(xué)和流體力學(xué)的分析種，這里介紹的僅僅是在固體力學(xué) 中的用法定義場(chǎng)變量*你可以在initial中指定場(chǎng)變量的值，格式如下initial conditions， type = field，variable = n （場(chǎng)變量的編號(hào)）Set-1 （你定義的結(jié)點(diǎn)集），1.0 （場(chǎng)變量的值）場(chǎng)變量是通過(guò)編號(hào)來(lái)識(shí)別的，一次只能定義一個(gè)場(chǎng)變量*你也可以直接在分析步中指定場(chǎng)變量的值，格式如下*field, variable=1Set-1,1當(dāng)然也可以同時(shí)使用initial和field，當(dāng)你指定的場(chǎng)變量改變時(shí)，默認(rèn)材料的參數(shù)是 在增量步

8、間線性變化的。建立材料參數(shù)和場(chǎng)變量之間的聯(lián)系如果你用cae，在prop模塊里面的材料參數(shù)一般都有Number of field variables，場(chǎng) 變量都是從1開(kāi)始的，你也可以選擇多個(gè)場(chǎng)變量。填入場(chǎng)變量的值和材料參數(shù)間的關(guān)系，譬 如楊是模量泊松比f(wàn)ield1200.E9, 0.3, 1.180.E9, 0.3, 2.如果你用的是命令格式，則在inp文件里面鍵入：*ELASTIC, DEPENDENCIES=1200.E9, 0.3, , 1.180.E9, 0.3, , 2.第四個(gè)參數(shù)表示場(chǎng)變量的值注意場(chǎng)變量在不同分析步中的值有你在不同的分析步中指定，如果沒(méi)有指定，材料參數(shù)默認(rèn) 微是場(chǎng)變量

9、1的值，例如 *STEP， name=step1*STATIC*FIELD, VARIABLE=1NALL, 1.*END STEP*STEP, name=step2*STATIC*FIELD, VARIABLE=1NALL, 2.*END STEPcae步支持場(chǎng)變量，所以你必須自己更改inp文件技巧如果材料的參數(shù)變化比較復(fù)雜，一般是利用副職曲線來(lái)定義場(chǎng)變量值的變化，*FIELD, VARIABLE=1，amplitude=?對(duì)幅值曲線步清楚的自己可以看手冊(cè)模型的重啟動(dòng)分析一restart按理說(shuō)restart不應(yīng)該算是一個(gè)分析的技巧，而是一個(gè)常識(shí)，不過(guò)呢可能有很多朋友沒(méi)有建 過(guò)大型模型導(dǎo)致re

10、start也用的較少，所以也介紹下。什么是 restart你的job可能包含多個(gè)step，可是如果你的模型很大，可能會(huì)有這樣一種情況，當(dāng)你 花了幾天幾夜，終于分析好的時(shí)候，你發(fā)現(xiàn)the first step的邊界條件設(shè)置的有問(wèn)題，這 對(duì)于你真是晴天霹靂，于是你只好重新來(lái)過(guò)，可是第二天你發(fā)現(xiàn)你的電腦restart，這時(shí)的 你可能只能問(wèn)上帝了，how can i do?*restart,就是將一個(gè)復(fù)雜的模型分析過(guò)程分成很多的階段，甚至是一個(gè)increatment step 一個(gè)階段，你可以對(duì)每個(gè)階段的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，然后進(jìn)入下一個(gè)階段進(jìn)行分析。重啟動(dòng)需要那些文件對(duì)于standard來(lái)說(shuō)，.res，.

11、mdl,.stt,.prt,.odb，這些文件是用于重啟動(dòng)的，explict 是.abq,.stt,.prt,.odb.如何在一個(gè)分析中設(shè)置重啟動(dòng)來(lái)生成以上文件。這里只介紹下在standard的用法，其實(shí)很簡(jiǎn)單？inp 文件里面加入*RESTART, WRITE, FREQUENCY=N就可以了cae默認(rèn)加入了重啟選項(xiàng)，不過(guò)可以在stepoutput-restart request里面設(shè)置輸出的 頻率，也就是frequency。*技巧：因?yàn)閞es文件包含了模型的幾乎全部信息，所以非常大，你可以設(shè)置overlay 參數(shù)使后面的數(shù)據(jù)覆蓋吊前面的數(shù)據(jù)，不過(guò)restart的話你也只能從最后一個(gè)增量步開(kāi)

12、始如何重啟你要指定一個(gè)重啟點(diǎn)，inp文件里面加上*RESTART, READ, STEP=step， INC=increment就可以了 cae 中更簡(jiǎn)單，首先在model edit attribute里面選擇restart， 指定前面分析的job名和你想重啟動(dòng)的開(kāi)始分析步和增量步就可以了，然后在job里面指定 重新創(chuàng)建的工作類(lèi)型，restart， thats all.注意重啟動(dòng)不能改變你的原始分析中的任何參數(shù)，也就是說(shuō)，你的啟動(dòng)點(diǎn)的模型必須和原始 分析中的模型完全一致的，所以不要企圖采用restart的方法來(lái)改變邊界條件，材料參數(shù)或 者網(wǎng)格的密度等等。這些需要另外的技巧來(lái)實(shí)現(xiàn)。ABAQUS的

13、材料行為模式彈性材料：Linear elasticity （線彈性）No compression or tension elasticity （無(wú)壓縮或位伸彈性材料，即單力性材料）Plane stress orthotropic failure （平面應(yīng)力單元）Porous elasticity （多孔彈性）Hypoelasticity （亞彈性）Hyperelasticity （超彈性）Foam elasticity （泡沫單元）Viscoelasticity （粘彈性）非彈性材料Classical metal plasticity （塑性）Metals subjected to cycli

14、c loading （受周期荷載金屬單元）Rate-dependent yield （率相關(guān)屈服單元）Creep and Swelling （蠕變）Anisotropic yield and creep （各向異性）Porous metal plasticity （多孔塑性）Deformation plasticity （塑變單元）Granular materials or polymers （粒狀材料或復(fù)合材料）Clay plasticity （粘土塑性）Crushable foam plasticity （可壓泡沫塑性）Jointed material （？ ）Concrete （混凝土）

15、二.有限元理論（一）關(guān)于應(yīng)力應(yīng)變金屬的工程應(yīng)力（未變形單位面積上的力）稱(chēng)為名義應(yīng)力，與之相對(duì)應(yīng)的為名義應(yīng)變（每單位未變形長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)）。-名義應(yīng)力 名義應(yīng)變?cè)谥豢紤]的情況下，拉伸和壓縮應(yīng)變是相同的，即：，其中l(wèi)是當(dāng)前長(zhǎng)度，是原始長(zhǎng)度，為真實(shí)應(yīng)變或?qū)?shù)應(yīng)變。與真實(shí)應(yīng)變對(duì)應(yīng)的真實(shí)應(yīng)力：，F(xiàn)為材料受力，A是當(dāng)前面積。在ABAQUS中必須用真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變定義塑性.ABAQUS需要這些值并對(duì)應(yīng)地在輸入文件 中解釋這些數(shù)據(jù)。然而，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)常常是用名義應(yīng)力和名義應(yīng)變值給出的。這時(shí)，必須應(yīng)用公式將塑性材料的名義應(yīng)力（變）轉(zhuǎn)為真實(shí)應(yīng)力（變）?？紤]塑性變形的不可壓縮性，真實(shí)應(yīng)力與名義應(yīng)力間的關(guān)系為：，當(dāng)前

16、面積與原始面積的關(guān)系為：將A的定義代入到真實(shí)應(yīng)力的定義式中，得到：其中也可以寫(xiě)為。這樣就給出了真實(shí)應(yīng)力和名義應(yīng)力、名義應(yīng)變之間的關(guān)系：真實(shí)應(yīng)變和名義應(yīng)變間的關(guān)系很少用到，名義應(yīng)變推導(dǎo)如下：上式各加1，然后求自然對(duì)數(shù)，就得到了二者的關(guān)系：ABAQUS中的*PLASTIC選項(xiàng)定義了大部分金屬的后屈服特性。ABAQUS用連接給定數(shù)據(jù)點(diǎn)的一 系列直線來(lái)逼近材料光滑的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。可以用任意多的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)逼近實(shí)際的材料性質(zhì); 所以，有可能非常逼真地模擬材料的真實(shí)性質(zhì)。在*PLASTIC選項(xiàng)中的數(shù)據(jù)將材料的真實(shí)屈 服應(yīng)力定義為真實(shí)塑性應(yīng)變的函數(shù)。選項(xiàng)的第一個(gè)數(shù)據(jù)定義材料的初始屈服應(yīng)力，因此，塑 性應(yīng)變值應(yīng)

17、該為零。在用來(lái)定義塑性性能的材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，提供的應(yīng)變不僅包含材料的塑性應(yīng)變，而是包括材 料的總體應(yīng)變。所以必須將總體應(yīng)變分解為彈性和塑性應(yīng)變分量。彈性應(yīng)變等于真實(shí)應(yīng)力與 楊氏模量的比值，從總體應(yīng)變中減去彈性應(yīng)變，就得到了塑性應(yīng)變，其關(guān)系為： 其中是真實(shí)塑性應(yīng)變，是總體真實(shí)應(yīng)變，是真實(shí)彈性應(yīng)變?？傮w應(yīng)變分解為彈性與塑性應(yīng)變分量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ABAQUS輸入數(shù)據(jù)的示例下圖中的應(yīng)力應(yīng)變曲線可以作為一個(gè)例子，用來(lái)示范如何將定義材料塑性特性的實(shí)驗(yàn)特性的 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ABAQUS適用的輸入格式。名義應(yīng)力一應(yīng)變曲線上的6個(gè)點(diǎn)將成為*PLASTIC 選項(xiàng)中的數(shù)據(jù)。第一步是用公式將名義應(yīng)力和名義應(yīng)變轉(zhuǎn)化為真

18、實(shí)應(yīng)力和應(yīng)變。一旦得到這些值，就可以用 公式不確定與屈服應(yīng)力相關(guān)聯(lián)的塑性應(yīng)變。下面給出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。在小應(yīng)變時(shí)，真實(shí)應(yīng)變 和名義應(yīng)變間的差別很小，而在大應(yīng)變時(shí)，二者間的就會(huì)有明顯的差別;因此，如果模擬的 應(yīng)變比較大，就一定要向abaqus提供正確的應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)。定義這種材料的輸入數(shù)據(jù)格 式在圖中給出。（二）.對(duì)于受力的大小，受力的方式，還有本構(gòu)方程參數(shù)的選擇對(duì)于模型是否收斂影響很 大.泊松比的影響：材料的泊松比的大小對(duì)于網(wǎng)格的擾動(dòng)影響很大，在foam中，由于其泊松比 是0，所以它對(duì)于單元的擾動(dòng)不是很大。所以在考慮到經(jīng)常出現(xiàn)單元節(jié)點(diǎn)被翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的現(xiàn)象， 可以調(diào)整泊松比的大小。REMESH:對(duì)于c

19、reep的，特別是材料呈現(xiàn)非線性的狀態(tài)下，變形很大，就有必要對(duì)其進(jìn)行重 新劃分網(wǎng)格，用map solution來(lái)對(duì)其舊網(wǎng)格進(jìn)行映射。這就要決定何時(shí)進(jìn)行重新劃分網(wǎng)格， 這個(gè)就要看應(yīng)變的增長(zhǎng)幅度了，通過(guò)觀察網(wǎng)格外形的變化曲線來(lái)決定是否要進(jìn)行重新劃分區(qū) 域。接觸表面的remesh時(shí)，網(wǎng)格類(lèi)型，單元數(shù)目等必須和原有的mesh保持一致，這個(gè)對(duì)于 contact的計(jì)算十分重要。但是對(duì)于剛體表面的remesh沒(méi)有這個(gè)必要的，單元數(shù)目可以減 少，網(wǎng)格可以粗化，但是對(duì)于非剛體，一般將網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化。對(duì)于NIGEOM （非線性）：the load must be applied gradually. We appl

20、y the load gradually by dividing the step into increments。Omit this parameter or set NLGEOM=NO to perform a geometrically linear analysis during the current step. Include this parameter or set NLGEOM=YES to indicate that geometric nonlinearity should be accounted for during the step （stress analysis

21、 and fully coupled thermal-stress analysis only）. Once the NLGEOM option has been switched on, it will be active during all subsequent steps in the analysis.幾何非線性是與分析過(guò)程中模型的幾何改變想聯(lián)系的，幾何非線性發(fā)生在位移的大小影響到 了結(jié)構(gòu)響應(yīng)的情況，可能由于是大繞度后者是轉(zhuǎn)動(dòng)；突然的翻轉(zhuǎn)；初應(yīng)力或載荷硬化。塑性分析中的注意問(wèn)題：對(duì)于大應(yīng)變，真實(shí)應(yīng)變和名義應(yīng)變之間的差值就會(huì)很大，所以在給 abaqus提供應(yīng)力一應(yīng)變數(shù)據(jù)時(shí)，一定要注意正

22、確的給予賦值，在小應(yīng)變的情況下，真實(shí)應(yīng) 變和名義應(yīng)變之間的差別很小，不是很重要。對(duì)于單元的選擇：在ABAQUS中存在一類(lèi)雜交的單元族，還有一類(lèi)縮減的單元存在，這些用 于模擬超彈性材料的完全不可壓縮特性的。但是線性減縮積分單元由于存在所謂的沙漏（hourglass）的數(shù)值問(wèn)題而過(guò)于柔軟，所以似使得網(wǎng)格容易被扭曲，因而在小沖孔的蠕變 模擬中會(huì)出現(xiàn)error，因此最好選用其它的單元做分析，當(dāng)然也可以加hourglass進(jìn)行補(bǔ)充。 數(shù)學(xué)描述和積分類(lèi)型對(duì)實(shí)體單元的準(zhǔn)確性都能產(chǎn)生顯著的影響。對(duì)于大應(yīng)變的扭曲的模擬（大變形分析）最好選用細(xì)網(wǎng)格劃分的線性減縮積分單元（CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D

23、8R 等）。對(duì)于接觸問(wèn)題，采用線性減縮積分單元或者非協(xié)調(diào)單元，在模型中選用非協(xié)調(diào)單元可以使得 網(wǎng)格的扭曲減小到最小。單元性質(zhì)：*solid section對(duì)于三維和軸對(duì)稱(chēng)單元不需要附加任何幾何信息的，節(jié)點(diǎn)的坐 標(biāo)已經(jīng)能夠完整的定義單元的幾何形狀。而平面應(yīng)力和平面應(yīng)變單元?jiǎng)t必須在數(shù)據(jù)行指定單 元的厚度。數(shù)值奇異性：在沒(méi)有邊界的時(shí)候，在模型上因?yàn)橛邢薜挠?jì)算精度，講存在很小的非平衡力， 如果模型應(yīng)用于經(jīng)理模型而沒(méi)有邊界條件（只有作用力），這個(gè)非平衡力就會(huì)引起模型發(fā)生 無(wú)限的剛體運(yùn)動(dòng)。這個(gè)剛體的運(yùn)動(dòng)在數(shù)學(xué)上被稱(chēng)為數(shù)值的奇異性。當(dāng)abaqus在模擬時(shí)檢驗(yàn) 出數(shù)值奇異性的時(shí)候，會(huì)將節(jié)點(diǎn)等問(wèn)題信息打出來(lái)。一般模擬結(jié)果有奇異性時(shí)不可信的，必 須要加約束。后處理：對(duì)于一些輸出的類(lèi)型的轉(zhuǎn)化，含義具體可以見(jiàn)CAE26-10其實(shí)對(duì)于應(yīng)力，還有V值的大小的變化，主要還是調(diào)起始的時(shí)間的步長(zhǎng),這個(gè)其實(shí)步長(zhǎng)可能要 取到1e-20,楊鎮(zhèn)的曲線,他的起始步長(zhǎng)就需要很小的（我用了 0.00000000000001）,但是不加 損傷,后來(lái)步長(zhǎng)增加很快的，沒(méi)有什么東西了 三、CAE點(diǎn)滴在建模作