ABAQUS用戶單元User-defined elements使用詳解

2016-06-04  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

User-defined elements

用戶單元

1.  產(chǎn)品:Abaqus/Standard  Abaqus/Explicit  

2.  參考資料:

3.  概況:

用戶單元:

l  可以是描述模型幾何部件通常意義的有限單元;

l  可以反饋鏈接,提供一些點(diǎn)的力作為模型中其他點(diǎn)的位移、速度等的函數(shù);

l  可以用來求解非標(biāo)準(zhǔn)自由度;

l  可以是線性或非線性的。

4.  指派單元類型號(hào)給用戶單元

Abaqus/Standard中指派為Un,Abaqus/Explicit中指派為VUn,n為正整數(shù)且必須小于10000.

輸入格式:*USER ELEMENT, TYPE=element_type

5.  引入用戶單元

用戶單元以相同方式被引入作為Abaqus中單元:用戶指定單元類型Un或VUn,定義單元數(shù)和與每個(gè)單元關(guān)聯(lián)的結(jié)點(diǎn)。用戶單元可以以通常方式來分配單元集合,如為單元屬性定義,輸出要求,分布荷載說明等定義前后參考。

材料定義與用戶單元類型無關(guān)。必須在子程序中為一般用戶單元定義所有的材料性能,主要取決于用戶定義的材料常數(shù)和與單元有關(guān)、在相同的子程序中計(jì)算的求解依賴的狀態(tài)變量。對于線性用戶單元,所有材料性能必須通過用戶定義的剛度矩陣來定義。

輸入格式:引入用戶單元

*USER ELEMENT, TYPE=element_type

*ELEMENT, TYPE=element_type

6.  定義結(jié)點(diǎn)上激活自由度

激活自由度必須服從Abaqus慣例,因?yàn)锳baqus/Standard中收斂判別準(zhǔn)則是以自由度號(hào)為基礎(chǔ)的,在Abaqus/Explicit中只有自由度能被更新。

當(dāng)給用戶單元傳入或傳出信息時(shí),Abaqus總是在全局系統(tǒng)中工作。因此,即使在有些應(yīng)用局部坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的結(jié)點(diǎn)上,用戶單元的剛度、質(zhì)量等應(yīng)該在整體坐標(biāo)系下定義。

標(biāo)準(zhǔn)的和推薦的定義變量順序是第一個(gè)結(jié)點(diǎn)上的自由度先定義,其他的依次。

規(guī)則:指定單元每個(gè)結(jié)點(diǎn)上的激活自由度;所有單元結(jié)點(diǎn)有相同自由度,可以只指定自由度列表一次;否則指定一個(gè)新的與之前結(jié)點(diǎn)不同自由度的自由度列表(含相同的自由度)。因此單元不同結(jié)點(diǎn)可以使用不同自由度;這一點(diǎn)在耦合分析中特別重要,這種方法要求按單元變量順序進(jìn)行指定。

第一個(gè)自由度列表用來指定第一個(gè)結(jié)點(diǎn)自由度,其后的所有結(jié)點(diǎn)都將被指派這一自由度列表,第二個(gè)自由度列表也將被用于所有結(jié)點(diǎn),直到一個(gè)新的列表被定義。如果一個(gè)新的自由度列表的單元結(jié)點(diǎn)號(hào)小于等于前一列表,那么前一列表的自由度會(huì)指派給單元最近的結(jié)點(diǎn)號(hào)。這一種自由度產(chǎn)生方法可以在單元最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)之前被中止,主要是通過指定連續(xù)結(jié)點(diǎn)號(hào)的空自由度列表。

格式:*USER ELEMENT

1   自由度1被指派給所有結(jié)點(diǎn),

1, 2   自由度2被指派給所有結(jié)點(diǎn)

1, 6   “Rotation variables,” Section 1.3.1 of the Abaqus Theory Manual中有所描述, “Conventions,” Section 1.2.2.中有所提及。

在Abaqus/Standard中可以使用重復(fù)結(jié)點(diǎn)號(hào)方法來避免幾何非線性分析中旋轉(zhuǎn)更新,這樣至少有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度會(huì)從每個(gè)結(jié)點(diǎn)自由度列表上被忽略。

9.  Abaqus/CAE中用戶單元的可視化

在Abaqus/CAE中不支持繪制用戶單元。但是如果用戶單元包含位移自由度,它可以用標(biāo)準(zhǔn)單元來覆蓋;這些標(biāo)準(zhǔn)單元模型繪制可以顯示,允許用戶看到用戶單元的形狀。如果用戶單元必須有畸形網(wǎng)格,那么這此覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)單元的材料屬性必須被選擇,以致求解不會(huì)被改變。如果采用該技術(shù),用戶單元結(jié)點(diǎn)將會(huì)被TIE在標(biāo)準(zhǔn)單元結(jié)點(diǎn)上。因此用戶單元的自由度1,2,3必須與標(biāo)準(zhǔn)單元的位移自由度相符。

10. 在Abaqus/Standard中定義線性用戶單元

線性用戶單元只能在Abaqus/Standard中定義。最簡單的情況線性用戶單元可以被定義為剛度矩陣,如果需要的話還有質(zhì)量矩陣。這些矩陣可以從結(jié)果文件中讀取,或者直接定義。

11. 從Abaqus/Standard結(jié)果文件中讀取單元矩陣

為了從Abaqus/Standard結(jié)果文件中讀取單元矩陣,必須在先前的分析中將剛度和質(zhì)量矩陣寫入結(jié)果文件中作為單元矩陣輸出或子結(jié)構(gòu)矩陣輸出。

必須指定單元號(hào)n或子結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)符Zn,來知道與哪個(gè)矩陣對應(yīng)。對于通過部件裝配得到的模型,輸出到結(jié)果文件中的單元號(hào)是Abaqus/Standard中產(chǎn)生的內(nèi)部號(hào)。

另外,在輸出的單元矩陣中必須為其指定子步號(hào)和增量號(hào)。在子結(jié)構(gòu)內(nèi)部矩陣輸出時(shí)這些都不需要。

輸入格式:   *USER ELEMENT, FILE=name, OLD ELEMENT=n or Zn, STEP=n, INCREMENT=n

12. 直接指定矩陣來定義線性用戶單元

如果直接定義剛度和質(zhì)量矩陣,就必須指定單元的結(jié)點(diǎn)號(hào)。

輸入格式:  *USER ELEMENT, LINEAR, NODES=n

定義單元矩陣是否是對稱的。

輸入格式:  *USER ELEMENT, LINEAR, NODES=n, UNSYMM

定義質(zhì)量或剛度矩陣

單獨(dú)地定義單元質(zhì)量矩陣和剛度矩陣,如果是熱傳遞單元,剛度矩陣就是傳導(dǎo)率矩陣,質(zhì)量矩陣為指定的熱矩陣。

可以只定義一個(gè)單元矩陣,也可以兩個(gè)都定義。

無論直接定義還是讀取,Abaqus/Standard都是心每行四個(gè)值,F20格式來讀取。這種格式可以保證精度。寫成E20.14格式可以用F20格式讀取。

先是矩陣第一列,新起一行寫第二列,如果沒有指定單元矩陣為非對稱,只需要給出對角線上方的矩陣元素,不能給對角線下的元素。如果指定為非對稱的,則從每列第一個(gè)元素開始給出該列的元素。

輸入格式:

  Use the following option to define the element mass matrix:

    *MATRIX, TYPE=MASS

Use the following option to define the element stiffness matrix:

  *MATRIX, TYPE=STIFFNESS

Use the following option to read the element mass(stiffness)matrix from a file:

  *MATRIX, TYPE=MASS or STIFFNESS, INPUT=file_name

幾何非線性分析

當(dāng)在幾何非線性分析中使用線性用戶單元時(shí),對任何非線性效應(yīng)剛度矩陣都不會(huì)被更新,如有限旋轉(zhuǎn)。

13. 定義單元屬性

即使沒有屬性值(除了瑞利阻尼因子)與線性用戶單元關(guān)聯(lián),也必須為每個(gè)用戶單元關(guān)聯(lián)已定義的屬性。

輸入格式:*UEL PROPERTY, ELSET=name

為直接積分動(dòng)力分析定義瑞利阻尼

在直接積分動(dòng)力分析中,為線性用戶單元定義瑞利阻尼因子。定義如下:

[C]為阻尼矩陣,[M]為質(zhì)量矩陣,[K]為剛度矩陣,alpha和beta是用戶指定的阻尼因子。

14. 定義荷載

在使用集中力和集中通量的一般方法中,可以為線性用戶單元結(jié)點(diǎn)應(yīng)用點(diǎn)荷載,位移荷載和流動(dòng)荷載等。

分布式荷載和通量不能應(yīng)用于線性用戶單元。

15. 定義一般用戶單元

定義單元結(jié)點(diǎn)號(hào)

輸入格式:  *USER ELEMENT, NODES=n

定義單元矩陣是否對稱

輸入格式:  *USER ELEMENT, NODES=n, UNSYMM

定義最大坐標(biāo)號(hào)

輸入格式: *USER ELEMENT, COORDINATES=n

定義單元屬性

指定所需屬性值號(hào)

輸入格式:  *USER ELEMENT, I PROPERTIES=n, PROPERTIES=m

指定單元屬性數(shù)值

輸入格式:  *UEL PROPERTY, ELSET=name

定義儲(chǔ)存在單元中的求解依賴變量號(hào)

輸入格式:   *USER ELEMENT, VARIABLES=n

16. 定義單元對用戶子程序UEL中模型的貢獻(xiàn)

略

17. 子程序UEL中單元公式

略

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