ABAQUS學(xué)習(xí)筆記2

2017-03-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一.AQUS-.inp編碼介紹
(一).ABAQUS頭信息文件段(1-4)
1.*PREPRINT 輸出求解過程所要求的信息(在dat文件中)
ie:*PREPRINT, ECHO=YES, HISTORY=YES, MODEL=YES
2.*HEADING 標(biāo)題輸出文件(出現(xiàn)在POST/VIEW窗口中,且出現(xiàn)在結(jié)果輸出文件中)
ie:*HEADING
STRESS ANALYSIS FOR A PLATE WITH A HOLE
3.*RESTART 要求abaqus/standard輸出其POST/view模塊所需要的.res文件。其中的FREQ=?控制結(jié)果在每次迭代(或載荷步)輸出的次數(shù)。
ie:*RESTART, WRITE, FREQ=1
4.*FILE FORMAT 要求abaqus/standard輸出到.fil中的某些信息。它也用于post。對于在后處理中得到x-y形式的諸如應(yīng)力-時(shí)間、應(yīng)力-應(yīng)變圖有用!
ie: *FILE FORMAT, ZERO INCREMENT
(二).ABAQUS網(wǎng)格生成段
定義結(jié)點(diǎn)、單元,常用的命令有:結(jié)點(diǎn)定義(*NODE,*NGEN),單元定義(*ELEMENT,*ELGEN等)。
1.*NODE 定義結(jié)點(diǎn),其格式為:
*NODE
結(jié)點(diǎn)號,x軸坐標(biāo),y軸坐標(biāo),(z軸坐標(biāo))
2.*NGEN 在已有結(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行多個(gè)結(jié)點(diǎn)的生成,一般是在兩結(jié)點(diǎn)間以某種方式(直線、圓)產(chǎn)生一定分布規(guī)律的結(jié)點(diǎn)。
如:*NGEN, LINE=C, NSET=HOLE,
119, 1919, 100, 101 在兩結(jié)點(diǎn)(結(jié)點(diǎn)號為119,1919)間以圓弧形式生成多個(gè)結(jié)點(diǎn),100為任意相鄰結(jié)點(diǎn)的單元號增量,101為圓弧形成時(shí)圓心位置的結(jié)點(diǎn)(對于直線形式生成沒有此結(jié)點(diǎn))。所有這些生成的結(jié)點(diǎn)(包括119,1919)被命名成HOLE的集合(這樣做的目的是以后的命令中使用到它,比如說對這些結(jié)點(diǎn)施加同等條件的邊界條件或載荷等,HOLE就是這些結(jié)點(diǎn)的代稱)。*NGEN使用的前提就是必須存在已有結(jié)點(diǎn)。
*NGEN, NSET=OUTER
131, 1031, 100 以線形式形成結(jié)點(diǎn),結(jié)點(diǎn)號增量100,結(jié)點(diǎn)集合名為OUTER。
*NGEN, NSET=OUTER
1031, 1931, 100 同上生成結(jié)點(diǎn),可以同上結(jié)點(diǎn)集合名,這樣OUTER就包括這兩次生成的所有結(jié)點(diǎn)
3.*NFILL 在如上生成的結(jié)點(diǎn)集(實(shí)際上,代表兩條幾何意義上的邊界線)之間按一定規(guī)律(BIAS=?)填充結(jié)點(diǎn)。這樣所有生成的結(jié)點(diǎn)構(gòu)成一定形狀的實(shí)體(面)。
如:*NFILL, NSET=PLATE, BIAS=0.8
HOLE, OUTER, 12, 1 以HOLE為第一條邊界,OUTER為第二條邊界(終止邊),以從疏到密的規(guī)律(BIAS小于1)分布,其生成結(jié)點(diǎn)數(shù)在兩內(nèi)外對應(yīng)結(jié)點(diǎn)間為12,1為每組結(jié)點(diǎn)號的增量。所有這些結(jié)點(diǎn)被置于PLATE的集合中。
下面以上面生成的結(jié)點(diǎn)來生成單元:
4.*ELEMENT
定義單元所使用的類型(TYPE=?),然后另行定義通過聯(lián)結(jié)結(jié)點(diǎn)形成單元,其結(jié)點(diǎn)數(shù)目依靠單元類型而變。
*ELEMENT, TYPE=CPS4 //采用四單元的平面應(yīng)力單元
19, 119, 120, 220, 219 //定義順序:單元號,以逆時(shí)針方向形成單元的各結(jié)點(diǎn)號

(三)ABAQUS單元

注意:分析前要選擇合適的元素,這時(shí)要考慮的問題就是:使用什么樣類型的單元?有限元的基本思路就是將實(shí)際中的連續(xù)體離散化,實(shí)際結(jié)果是將眾多離散分析結(jié)果的集合,這似乎有點(diǎn)像積分的概念。選擇元素種類最重要考慮的是分析必要的現(xiàn)象,滿足必要的準(zhǔn)確度基礎(chǔ)上去掉不必要的細(xì)節(jié)與準(zhǔn)確度。是選擇1-D, 2-D or 3-D單元、用于何種分析的單元、是否高階單元等。
(四)ABAQUS材料
ABAQUS本身提供了豐富的材料庫供分析使用,并已能滿足常用的分析。但對于新型本構(gòu)關(guān)系的材料abaqus本身是無法體現(xiàn)的,UMAT則為這個(gè)問題提供了解決。自己編程將材料的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)表示出來,ABAQUS調(diào)用完成分析。
ABAQUS 的材料行為模式主要分為
彈性材料:
? Linear elasticity (線彈性)
? No compression or tension elasticity (無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 cyclic 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)
(五)ABAQUS求解
對于一個(gè)inp文件,不進(jìn)入CAE時(shí),需要這樣做:
1. 檢查inp文件的正確性(當(dāng)然主要是指keyword的使用),自己能做檢查最好,否則可以通過:ABAQUS datacheck job=yourjobname
2. 檢查確認(rèn)修正后進(jìn)行計(jì)算:
通過:ABAQUS job=yourjobname
3. 檢驗(yàn)分析結(jié)果的合理性:不只是會算,更要會對分析結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。首先要對整個(gè)分析及分析的并鍵之處成竹在心。然后可以通過以下途徑作結(jié)果確認(rèn):
①自已能夠得到的解析解
②實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
③其它數(shù)值解
④別人的求解結(jié)果(當(dāng)然你得信任他)
⑤直覺與經(jīng)驗(yàn)
4. 如果迭代無法收斂:需要通過.msg,.sta文件查看出錯(cuò)信息并做出判斷(在CAE中submit分析時(shí)可以通過monitor查看),判斷依據(jù)為:
①結(jié)構(gòu)約束是否足夠或過多
②材料數(shù)據(jù)是否正確
③單元是否適合此分析
④網(wǎng)格有沒有過扭曲、奇異
⑤接觸單元是否足夠
⑥步長是否過大

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)稱為名義應(yīng)力,與之相對應(yīng)的為名義應(yīng)變(每單位未變形長度的伸長)。 ----名義應(yīng)力 -----名義應(yīng)變
在只考慮的情況下,拉伸和壓縮應(yīng)變是相同的,即:
,其中l(wèi)是當(dāng)前長度, 是原始長度, 為真實(shí)應(yīng)變或?qū)?shù)應(yīng)變。與真實(shí)應(yīng)變對應(yīng)的真實(shí)應(yīng)力: ,F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)。
考慮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)的一系列直線來逼近材料光滑的應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？梢杂萌我舛嗟臄?shù)據(jù)點(diǎn)來逼近實(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)該為零。
在用來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。

總體應(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-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-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)過來的現(xiàn)象,可以調(diào)整泊松比的大小。
REMESH:對于creep的,特別是材料呈現(xiàn)非線性的狀態(tài)下,變形很大,就有必要對其進(jìn)行重新劃分網(wǎng)格,用map solution來對其舊網(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)變的增長幅度了,通過觀察網(wǎng)格外形的變化曲線來決定是否要進(jìn)行重新劃分區(qū)域。
接觸表面的remesh時(shí),網(wǎng)格類型,單元數(shù)目等必須和原有的mesh保持一致,這個(gè)對于contact的計(jì)算十分重要。但是對于剛體表面的remesh沒有這個(gè)必要的,單元數(shù)目可以減少,網(wǎng)格可以粗化,但是對于非剛體,一般將網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化。
對于NIGEOM(非線性):
the load must be applied gradually. We apply 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 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題:對于大應(yīng)變,真實(shí)應(yīng)變和名義應(yīng)變之間的差值就會很大,所以在給abaqus提供應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)時(shí),一定要注意正確的給予賦值,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。
對于單元的選擇:在ABAQUS中存在一類雜交的單元族,還有一類縮減的單元存在,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)值問題而過于柔軟,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)描述和積分類型對實(shí)體單元的準(zhǔn)確性都能產(chǎn)生顯著的影響。
對于大應(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,C3D8R等)。
對于接觸問題,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對于三維和軸對稱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)理模型而沒有邊界條件(只有作用力),這個(gè)非平衡力就會引起模型發(fā)生無限的剛體運(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,會將節(jié)點(diǎn)等問題信息打出來。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:對于一些輸出的類型的轉(zhuǎn)化,含義具體可以見CAE26-10
其實(shí)對于應(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,這個(gè)其實(shí)步長可能要取到1e-20,楊鎮(zhèn)的曲線,他的起始步長就需要很小的(我用了0.00000000000001),但是不加損傷,后來步長增加很快的,沒有什么東西了

三、CAE之點(diǎn)滴
1. 在建模作基面(草繪)時(shí),Approximate size的大小對方便地進(jìn)行平面繪圖很有意義。一般取欲畫尺寸的125%。
2. 當(dāng)草繪時(shí),作任一平面圖形(一般是閉合的)其邊界可以從任意地方開始,但好的起點(diǎn)終點(diǎn)對以后分網(wǎng)很有用處,一般地,起點(diǎn)、終點(diǎn)取習(xí)慣上的頂點(diǎn)、圓弧零度位置等特殊位置處,這樣網(wǎng)格質(zhì)量較高。
3. ABAQUS/CAE建模思想與proe等專業(yè)CAD軟件相似,都是特征建模,即:通過平面產(chǎn)生的基面以拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等生成體。
4. 作為feature的一種,草繪中對某些關(guān)鍵形狀標(biāo)以尺寸對以后方便的對part進(jìn)行修改很有用。
5. 建模過程中,合理有效的用好基準(zhǔn)Datum(面、軸、點(diǎn))對建立復(fù)雜的part有用!
6. Part可進(jìn)行copy,copy的結(jié)果是將原part的所有特性(此前已指定)全部繼承下來,可以通過delete其中的一些feature來形成新的part,在delete時(shí),某一feature如果前后相關(guān),則與之相關(guān)的都將被delete(如:在基準(zhǔn)面內(nèi)做的feature,則刪除基準(zhǔn)時(shí)此feature也被刪除),一旦delete將不能恢復(fù),但如果只是想暫時(shí)“不見它”,可以從tool中suppress它。
7. 關(guān)于坐標(biāo)系的問題:在part模塊中使用的都是局部坐標(biāo)系,而模型需要在assembly模塊中進(jìn)行全局定位(此中為整體坐標(biāo)系)。(這對于只有一個(gè)part的模型來說沒什么問題,但多個(gè)part的模型需要用constrain來進(jìn)行整合),第一個(gè)進(jìn)入assembly中的part的坐標(biāo)系被默認(rèn)為整體坐標(biāo)系。
8. 剛性曲面的建立,其材料、約束等性質(zhì)需要通過施加在一個(gè)剛性參考點(diǎn)上才能得以實(shí)現(xiàn)。
9. 在assembly中,為防止第二個(gè)instance在建立進(jìn)在視圖中與第一個(gè)相疊,通常在創(chuàng)建第二個(gè)時(shí)打開Auto-offset from other instances選項(xiàng)。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才