[轉(zhuǎn)載]Abaqus特色功能大全

 

       1、接口優(yōu)勢(shì)

      Abaqus軟件具有較多良好的軟件接口,包括二維CAD接口、三維CAD接口、裝配件接口、第三方前處理軟件接口、其他CAE軟件接口等,使得Abaqus操作便捷、高效。

Abaqus接口示意圖

      1.1 分析接口

      1.1.1 MoldFlow分析接口

      該附加模塊可以將MoldFlow注塑分析的結(jié)果導(dǎo)入到Abaqus中,為后續(xù)的分析考慮材料方向和殘余應(yīng)力因素的影響。MoldFlow提供制造過程中部件的力學(xué)和熱力學(xué)材料參數(shù)以及殘余應(yīng)力結(jié)果信息。力學(xué)參數(shù)(包括纖維角度因素的影響)信息由MoldFlow計(jì)算,并以沿部件厚度方向積分點(diǎn)位置處的正交各項(xiàng)異性參數(shù)的方式寫出到接口文件中。

      1.1.2 MSC.ADAMS分析接口

      MSC.ADAMS分析接口可以讓用戶在采用MSC.ADAMS進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)分析時(shí)使用Abaqus模型的剛度信息。MSC.ADAMS分析接口可以將Abaqus模型的剛度矩陣轉(zhuǎn)換為ADAMS/Flex需要的數(shù)據(jù)格式。

Abaqus模態(tài)中性文件(mnf)的提取

      1.1.3 MADYMO聯(lián)合仿真

      該附加模塊在Abaqus/Explicit中使用,可以在車輛-乘員碰撞安全模擬中使用Abaqus/Explicit和MADYMO進(jìn)行聯(lián)合仿真。該分析技術(shù)可直接Abaqus/Explicit的碰撞分析和MADYMO的乘員分析進(jìn)行耦合。

      1.2 CAD交互接口

      交互式接口能夠?qū)AD模型傳遞到Abaqus/CAE中。這些功能強(qiáng)大的附加模塊僅需鼠標(biāo)輕輕一點(diǎn),就可將部件或整個(gè)裝配體傳遞到Abaqus/CAE中。用戶可以在CAD軟件中修改幾何模型,使用交互式接口快速更新Abaqus/CAE的有限元模型,而不丟失任何分析特征。這些交互式接口需要在每個(gè)CAD軟件中安裝插件使用,然后在Abaqus/CAE中通過CAD連接工具建立相應(yīng)的連接。

      1.2.1 CATIA V5交互式接口

      CATIA V5交互式接口可以使用交互式導(dǎo)入將CATIA V5的部件和裝配體傳遞到Abaqus/CAE中。CATIA V5模型中的材料和組定義也可以傳遞到Abaqus/CAE中。除此之外,CATIA V5交互式接口還可以直接導(dǎo)入CATIA V5的.CATPart 和 .CATProduct格式的模型。

      CATIA V5交互式接口有以下幾點(diǎn)功能:

      ? 可使快速地從CATIA V5中傳遞模型到Abaqus/CAE中,而兩個(gè)軟件需要在同一臺(tái)電腦上同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)CAD模型傳遞結(jié)束后,用戶可以繼續(xù)在CATIA V5中修改CAD設(shè)計(jì),然后只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)即可將修改后的模型更新到Abaqus/CAE中。同時(shí)用戶在Abaqus/CAE中創(chuàng)建的任何特征,例如分區(qū)、載荷、邊界條件、集合、面等,都會(huì)在導(dǎo)入過程中自動(dòng)重新生成。

      ? 可使用戶在Abaqus/CAE中修改CATIA模型中的特征參數(shù),修改后的參數(shù)會(huì)更新CATIA和Abaqus/CAE中的模型。

      ? 以上兩款軟件未沒有同時(shí)運(yùn)行或運(yùn)行在不同的電腦上時(shí),可手動(dòng)的交互式導(dǎo)入。用戶可保存裝配體為.eaf格式,將其導(dǎo)入到Abaqus/CAE中,或者使用此文件更新Abaqus/CAE在現(xiàn)有的模型。另外,手動(dòng)交互式導(dǎo)入可以在不同的Windows平臺(tái)之間運(yùn)行。

      ? 直接導(dǎo)入不是交互式導(dǎo)入,因此也不需要使用CATIA V5交互式導(dǎo)入插件。只要將CATIA V5的幾何模型保存為標(biāo)準(zhǔn)的部件或裝配體格式文件,就可以直接導(dǎo)入到Abaqus/CAE中。用戶將不能使用直接導(dǎo)入功能更新Abaqus/CAE現(xiàn)有模型。交互式導(dǎo)入和直接導(dǎo)入為企業(yè)或供應(yīng)商之間模型從CATIA V5導(dǎo)入到Abaqus/CAE中提供了很大的靈活性。

      CATIA V5交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8或以上版本,兼容CATIA V5 R18、R19、R20和R21。

       1.2.2 Pro/ENGINEER交互式接口

      Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用交互式導(dǎo)入將Pro/ENGINEER的部件和裝配體傳遞到Abaqus/CAE中。除了交互式導(dǎo)入,Pro/ENGINEER交互式接口也包含了直接導(dǎo)入接口,可以寫出.enf_abq格式的部件和裝配體。.enf_abq格式文件可以接著被導(dǎo)入到Abaqus/CAE中。

      Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用戶在Abaqus/CAE中修改Pro/ENGINEER模型中的特征參數(shù),例如孔徑或拉伸長(zhǎng)度。修改后的參數(shù)會(huì)更新Pro/ENGINEER和Abaqus/CAE中的模型。

      Pro/ENGINEER交互式接口交互式接口其他功能與CATIA V5交互接口相同。

      1.2.3 SolidWorks交互接口

       SolidWorks交互式接口可以輕松地將Solidworks中的部件或裝配體導(dǎo)入到Abaqus/CAE中,接著用戶可以修改Solidworks中的幾何模型,該接口自動(dòng)地更新Abaqus/CAE中模型修改且不丟失任何分析特征。當(dāng)用戶在使用Solidworks不斷更改設(shè)計(jì)模型而分析工具是基于Abaqus時(shí),SolidWorks交互式接口就顯得非常有用。

       SolidWorks交互式接口其他功能與CATIA V5交互接口相同。

      ? SolidWorks交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8EF及以上版本,且SolidWorks 為2009 SP1及以上版本。

        2 AMS 求解器

       Abaqus/Standard的附加分析功能允許用戶使用自動(dòng)多級(jí)子結(jié)構(gòu)特征值求解器(AMS)去計(jì)算模態(tài)問題。Abaqus/AMS特征值求解器的計(jì)算性能遠(yuǎn)超默認(rèn)的Lanczos求解器,尤其是對(duì)于大規(guī)模模型需要提取大量的模態(tài)時(shí)。大量的模型測(cè)試表明,對(duì)于模態(tài)提取問題,AMS求解器要快10-25倍,這取決于模型的復(fù)雜程度。

      AMS求解器示意圖

       3 CEL技術(shù)

      CEL(歐拉-拉格朗日結(jié)合分析),也稱為流固耦合分析,它使得Abaqus/Explicit 能夠分析流體結(jié)構(gòu)交互作用。同時(shí)也能分析實(shí)體材料遭受極端變形時(shí)的行為。

     裝有液體結(jié)構(gòu)的流固耦合分析

     輪胎模型 水/空氣復(fù)合模型 輪胎滑水仿真結(jié)果

     不同積水深度對(duì)輪胎滑水性能的對(duì)比

      輪胎滑水分析

     4 SPH技術(shù)

      SPH為光滑質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)法,Abaqus從6.11版本開始增加了SPH技術(shù),其是一種無網(wǎng)格(或自由網(wǎng)格)的數(shù)值計(jì)算方法。使用SPH技術(shù)時(shí),不需要定義節(jié)點(diǎn)和單元,只需要使用一系列的點(diǎn)(質(zhì)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn))來代替,這些節(jié)點(diǎn)一般被認(rèn)為是顆?；騻晤w粒。

      SPH技術(shù)可使用Abaqus/Explicit中的所有材料?？啥x其他拉格朗日模型中的任何初始條件和邊界條件。也可定義其他拉格朗日部件的接觸。

       在仿真分析時(shí),SPH是把物理量用有一定流動(dòng)速度的運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)集來描述,每個(gè)質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成插值點(diǎn),整個(gè)問題的解通過這些質(zhì)點(diǎn)的規(guī)則插值函數(shù)來得到,守恒方程用通量或質(zhì)點(diǎn)內(nèi)力來等效表達(dá)。由于其沒有網(wǎng)格畸變問題,所以能在朗格朗日格式下處理大變形問題以及結(jié)構(gòu)斷裂破壞等問題。

油箱晃動(dòng)仿真分析

    彈體穿靶仿真分析

      5 DEM技術(shù)

      離散單元法,又稱為DEM,其在Abaqus6.13版本中開始引入,可解決不連續(xù)介質(zhì)問題,這種技術(shù)允許建立粒狀或失效介質(zhì),與用于連續(xù)介質(zhì)SPH技術(shù)(連續(xù)介質(zhì))不同。其應(yīng)用比較廣泛可用于原料運(yùn)輸、包裝、加工顆粒材料等。

     下述例子是將進(jìn)入微粒隨機(jī)被二級(jí)篩按微粒的直徑區(qū)分開,并被收集到下端的3個(gè)容器中。每個(gè)微粒與其他微粒之間相互作用,且成為有限元模型的一部分。

      DEM技術(shù)進(jìn)行微粒的篩選分析

      6 XFEM技術(shù)

      XFEM是迄今為止求解不連續(xù)力學(xué)問題最有效的數(shù)值方法,它在標(biāo)準(zhǔn)有限元框架研究問題,保留了CFEM的所有優(yōu)點(diǎn),但不需要對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)存在的幾何或物理界面進(jìn)行網(wǎng)格剖分。

      XFEM與CFEM的最根本區(qū)別在于所使用的網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)內(nèi)部的幾何或物理

      界面無關(guān),從而克服了在諸如裂紋尖端等高應(yīng)力和變形集中區(qū)進(jìn)行高密度網(wǎng)格剖分所帶來的困難,當(dāng)模擬裂紋擴(kuò)展時(shí)也無需對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行重新剖分。也就是說在裂紋的擴(kuò)展過程中裂紋可以穿透單元擴(kuò)展。就其理論可以簡(jiǎn)單的理解為在單元內(nèi)部有很多的潛在節(jié)點(diǎn),當(dāng)需要時(shí)這些節(jié)點(diǎn)被激活實(shí)現(xiàn)裂紋穿透單元擴(kuò)展。

      XFEM分析圓管斷裂

       7 CZone技術(shù)

      Abaqus的CZone (CZA)是Abaqus/Explicit的一個(gè)拓展,它將CZone技術(shù)與Abaqus/Explicit強(qiáng)大的沖擊建模功能相結(jié)合。對(duì)受沖擊結(jié)構(gòu)的前緣的擠壓區(qū)域,CZA提供直接的基于擠壓的單元失效分析。

      CZone技術(shù)通過下面兩種方式融入Abaqus/Explicit當(dāng)中:

      ? 壓碎材料定義,描述材料的壓碎響應(yīng);

      ? CZone定義,對(duì)擠壓區(qū)域內(nèi)由于屈曲、剪切等引起的局部載荷進(jìn)行建模;

      典型的Abaqus的CZone分析的目標(biāo):確定吸收了多少能量;峰值加速度;平均加速度;多少材料完全壓碎;識(shí)別遭受其他破壞形式的區(qū)域;了解損傷的進(jìn)程。

      F1賽車復(fù)合材料前翼撞擊剛性桿。當(dāng)剛性桿穿過前翼,導(dǎo)致前翼發(fā)生桿穿過翼。碰撞力通過結(jié)構(gòu)進(jìn)一步傳遞,引起前翼脫離車輛。

       8 自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)

       Abaqus中的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)可用于切削加工、沖壓成型、表面磨損、沖蝕等仿真分析中,采用自適應(yīng)網(wǎng)格可采用整個(gè)模型或者是模型中的一部分,采用拉格朗日時(shí),模型跟隨內(nèi)部的初始材料運(yùn)動(dòng),歐拉邊界條件去控制材料流入或流出模型。

      ALE自適應(yīng)網(wǎng)格(也稱為任意的拉格朗日-歐拉自適應(yīng)網(wǎng)格),其不改變?cè)械木W(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),而是在單個(gè)分析步的求解過程中逐步改善網(wǎng)格的質(zhì)量。適用于Abaqus/Explicit的大變形分析,以及Abaqus/Standard中的聲疇、沖蝕和磨損問題。

       自適應(yīng)網(wǎng)格重劃,其通過多次重劃網(wǎng)格達(dá)到要求的求解精度,只適用于Abaqus/Standard分析,并且只能在Abaqus/CAE中實(shí)現(xiàn)。

       網(wǎng)格間的求解變換,其是用一個(gè)新的網(wǎng)格代替因變形過大而嚴(yán)重扭曲的原有網(wǎng)格,把原來的分析結(jié)果自動(dòng)映射到新網(wǎng)格上,然后繼續(xù)分析。僅適用于大變形問題的Abaqus/Standard分析,只能在inp文件中使用*MAP SOLUTION實(shí)現(xiàn)。

          Lagrangian、ALE、Eulerian自適應(yīng)網(wǎng)格算法

旋壓加工仿真分析

金屬切削加工仿真分析

9 螺栓預(yù)緊力技術(shù)

螺栓連接是機(jī)械零部件中最常見的連接方式,且其使用較多,這將導(dǎo)致以下問題:

? 采用實(shí)體單元(六面體)建模,不考慮螺紋,前處理工作量較大,且收斂困難;

? 采用實(shí)體單元(六面體)建模,考慮螺栓螺紋,前處理工作量大,且收斂困難;

? 采用Beam 耦合,工作量小,但不能真實(shí)反映螺栓真實(shí)應(yīng)力。

以上方式都是不考慮螺栓螺紋,這在一定程度上降低了螺栓的分析精度。鑒于此Abaqus

軟件提出采用不簡(jiǎn)化螺栓螺紋,同時(shí)不用做出螺栓螺紋方式,去有效的模擬真實(shí)的螺栓螺紋,提高了螺栓的仿真精度。

10 Gap單元

Gap單元可用于定義結(jié)構(gòu)之間兩節(jié)點(diǎn)間的接觸、摩擦和間隙等連接關(guān)系,其定義時(shí)建立在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上,受拉時(shí)為e-15的數(shù)量級(jí),受壓可直接傳力。另外不需要賦予材料屬性,目前cae實(shí)現(xiàn)不了,只能在inp文件中寫入,但可直接在ANSA軟件中定義。常用來模擬軸承的滾珠、非線性彈簧等。

間隙單元自由度

11 Gasket單元

機(jī)械零部件在使用過程中要考慮密封件的密封性能,如發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中有許多密封件來防止發(fā)動(dòng)機(jī)工作中可能出現(xiàn)的“三漏”現(xiàn)象,墊片密封件具有復(fù)雜的力學(xué)性能和截面組成,用傳統(tǒng)的建模方法和單元類型來模擬將會(huì)非常困難。

Abaqus中的Gasket單元經(jīng)長(zhǎng)期的工程應(yīng)用,被公認(rèn)可以方便有效地模擬墊圈密封作用過程及性能,其通過壓力-閉合曲線描述材料的力學(xué)性能,采用簡(jiǎn)單的建模方法,可以在發(fā)動(dòng)機(jī)等分析中方便的模擬墊片部件。

配氣機(jī)構(gòu)—凸輪軸系統(tǒng)密封分析

12 橡膠

針對(duì)橡膠超彈性材料,在其使用過程中存在幾何非線性、材料非線性,另外其力學(xué)行為對(duì)溫度、環(huán)境、應(yīng)變歷史、加載速率等十分敏感,使得描述橡膠的的行為變得復(fù)雜。

Abaqus軟件中橡膠本構(gòu)模型種類齊全,達(dá)16種之多,可以模擬各種橡膠材料的特性;可直接輸入橡膠材料的實(shí)驗(yàn)參數(shù),生成對(duì)應(yīng)的橡膠模型,并對(duì)模型的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn),確定穩(wěn)定收斂區(qū)間;

Abaqus目前獨(dú)有的Mullin效應(yīng)模擬可以在橡膠的超彈性本構(gòu)中考慮加載和卸載中應(yīng)變能的損失,以及轉(zhuǎn)化為熱能的效應(yīng),為精確模擬橡膠減震性能和工作中生熱情況提供了途徑;另外橡膠模型與接觸/摩擦功能能很好地結(jié)合,能處理橡膠材料的軟化、老化等問題;

空氣彈簧強(qiáng)度分析

13 輪胎分析

輪胎在設(shè)計(jì)過程中要考慮胎圈部分的屈曲分析、不同胎面設(shè)計(jì)的輪胎磨耗、噪音生成、熱耗散、舒適性分析(評(píng)估滾動(dòng)過程中的振動(dòng))、不同表面的牽引、不利環(huán)境下的安全性問題、合理費(fèi)用的制造等問題。在設(shè)計(jì)初期仿真手段的介入,可有效解決以上問題。

采用Abaqus軟件對(duì)輪胎進(jìn)行以下仿真:

? 靜態(tài)分析;

? 屈曲分析(線性屈曲和非線性屈曲);

? 自然頻率的提取;

? 熱傳遞和耦合的熱應(yīng)力分析;

? 穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)分析;

? 顯示積分的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué);

? 穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)(諧波載荷下的響應(yīng));

? 耦合的聲-結(jié)構(gòu)分析;

? 輪胎裝配和充氣過程分析;

14 磨損

采用Abaqus軟件可進(jìn)行刀具磨損、輪胎磨損、軸承磨損等仿真分析。

對(duì)于輪胎磨損,隨著胎面磨損,剩余花紋越來越少,輪胎與地面的附著力越來越差,尤其是行駛在濕路面上時(shí),輪胎的使用后期,花紋的剩余深度對(duì)行駛安全至關(guān)重要。

采用Abaqus軟件,可模擬穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)中的輪胎磨損,獲得輪胎行駛里程和磨損量的關(guān)系;同時(shí)利用此功能,還可以模擬胎面與濕滑路面的相互作用。同時(shí),輪胎滾動(dòng)中的偏摩分析可以利用穩(wěn)態(tài)滾動(dòng)過程中的印跡分析得到的應(yīng)力分布進(jìn)行有效判斷。

輪胎磨損仿真分析

15 碰撞假人模型

碰撞假人是用戶碰撞和乘員安全分析的附加產(chǎn)品。這些模型在Abaqus/Explicit中使用。其包括:前碰假人模型、側(cè)碰假人模型、后碰假人模型、頭部模型、腿部模型、行人頭部模型。前碰假人模型包含:Hybrid III-5th、Hybrid III-50th、Hybrid III-95th、Hybrid III-5th Ballast、Hybrid III- 50th Ballast、Hybrid III-95th Ballast;側(cè)碰假人模型包含:SID IIs、SID IIs Floating Rib Guide (FRG)、SID Iis SBL D、EuroSID II、EuroSID II Rib Extension (RE)、World SID 50;后碰假人模型包含:BioRID II。

以上問題的難點(diǎn)是,在進(jìn)行不同的仿真分析時(shí),假人的坐姿不同,這就需要不同坐姿的假人模型。可借助專業(yè)前處理軟件ANSA(Abaqus軟件的合作商)進(jìn)行做人坐姿的調(diào)整,借助ANSA軟件的dummy功能可方便、快捷的生成不同需求坐姿的假人模型。

ANSA軟件假人坐姿調(diào)整界面

16 安全氣囊

為了減小汽車發(fā)生正面碰撞時(shí)由于巨大的慣性所造成的對(duì)駕駛員和乘員的傷害,現(xiàn)代汽車在駕駛員前端方向盤中央和側(cè)面普遍裝有安全氣囊系統(tǒng),有些汽車在駕駛員副座前的工具箱上端也裝有安全氣囊系統(tǒng)。

Abaqus提供了通用的流體空腔功能、通用接觸功能,為安全氣囊的分析提供了所必須的所有功能。廣泛的流體空腔功能(多室、多種氣體樣本、混合氣體)、

流體交換(纖維滲漏、排氣孔、通氣孔或排氣孔的流量等)、充氣機(jī)(直接或測(cè)試數(shù)據(jù)選項(xiàng)、直接流率和溫度可定義成充氣時(shí)間的函數(shù))、接觸(雙面接觸算法和通用接觸算法、邊-邊接觸算法等)、耦合(流固耦合)等。

正面安全氣囊

側(cè)面安全氣囊

安全氣囊薄膜網(wǎng)格單元 前部安全氣囊充氣分析

側(cè)面安全氣囊分析

17 安全帶模型

安全帶在正面的低速碰撞中可以有效地保護(hù)乘員,是使用最為廣泛的乘員約束方式。Abaqus中采用MEMBER單元模擬安全帶,利用 Abaqus針對(duì)安全帶開發(fā)的滑輪CONNECTOR單元對(duì)安全帶裝置進(jìn)行準(zhǔn)確模擬。

含有預(yù)緊器和卷收器的安全帶模型

18 電磁分析

Abaqus6.12開始可進(jìn)行電磁分析。Abaqus/CAE支持電磁場(chǎng)建模功能,電磁場(chǎng)分析模型的信息可在Abaqus/CAE界面中創(chuàng)建,例如材料、截面屬性、載荷、邊界條件、分析步、輸出請(qǐng)求、單元選擇及結(jié)果可視化處理。并且可進(jìn)行電-熱-結(jié)構(gòu)分析。

Abaqus/CAE建立電磁模型界面

V型管電磁感應(yīng)加熱仿真分析

19 UMAT

UMAT(用戶材料子程序)是Abaqus提供給用戶自定義材料屬性的Fortran程序接口,使用戶能使用Abaqus材料庫中沒有的材料模型。另外用戶子程序涵蓋了建模、載荷到單元的幾乎各個(gè)部分。

用戶子程序具有以下的功能和特點(diǎn):

? 如Abaqus一些固有選項(xiàng)模型功能有限,用戶子程序可以提高Abaqus中這些選項(xiàng)的功能;

? 通常用戶子程序是用Fortran語言的代碼寫成;

? 可以以幾種不同的方式包含在模型中;

? 由于其沒有存儲(chǔ)在restart文件中,如需要,可在重新開始運(yùn)行時(shí)修改它;

? 在某情況下可利用Abaqus允許的已有程序;

UMAT流程圖

19 UEL

UEL(User defined element),用戶自定義子單元。Abaqus強(qiáng)大的原因很大程度上得益于其強(qiáng)大的可編程能力和后處理能力。相對(duì)更早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的固體分析軟件anlysis 來說優(yōu)勢(shì)明顯。

UEL是將節(jié)點(diǎn)位移通過程序來求出節(jié)點(diǎn)力,并更新軟件計(jì)算的一些參量,比如RHS(殘余應(yīng)力的不平衡量)。用戶首先根據(jù)節(jié)點(diǎn)的位移、形狀函數(shù)插值得到單元位移,根據(jù)彈性力學(xué)的幾何方程得出單元的應(yīng)變。因此可以說,Abaqus在某種程度上并不是一種商業(yè)化軟件,而是一款強(qiáng)大的偏微分方程的求解器。