abaqus模型的處理技巧

2017-03-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

abaqus的多圖層繪圖

abaqus的cae默認一個視區(qū)僅僅繪出一個圖形,譬如contor圖,變形圖,x-y曲線圖等,其實在abaqus里面存在一個類似于origin里面的圖層的概念,對于每個當(dāng)前視區(qū)里面的圖形都可以建立一個圖層,并且可以將多個圖層合并在一個圖形里面,稱之為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單的。

1.首先進入可視化模塊,當(dāng)然要先打開你的模型數(shù)據(jù)文件(.odb)

2.第一步要先創(chuàng)建好你的圖形,譬如變形圖等等

3.進入view里面的overlay plot,點擊creat,創(chuàng)建一個圖層,現(xiàn)在在viewportlayer里出現(xiàn)了你創(chuàng)建的圖層了

4.注意你創(chuàng)建的圖層,可以看到在visible 下面有個選擇的標記,表示在視區(qū)里面你的圖層是否可見,和autocad里面是一樣,取消則不可見current表示是否是當(dāng)前圖層,有些操作只能對當(dāng)前圖層操作有效,同cad name是你建立圖層的名稱,其他的屬性值和你的模型數(shù)據(jù)庫及圖形的類型有關(guān),一般不能改動的。

5.重復(fù)2-4步就可以創(chuàng)建多個圖層了

6.創(chuàng)建好之后就可以選擇plot/apply,則在視區(qū)顯示出所有的可見的圖層

子結(jié)構(gòu)的概述

1.什么是子結(jié)構(gòu)

子結(jié)構(gòu)也叫超單元的(兩者還是有點區(qū)別的,文后會談到),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概念,所謂子結(jié)構(gòu)就是將一組單元組合為一個單元(稱為超單元),注意是一個單元,這個單元和你用的其他任何一種類型的單元一樣使用。

2.為什么要用子結(jié)構(gòu)

使用子結(jié)構(gòu)并不是為了好玩,凡是建過大型有限元模型的兄弟們都可能碰到過計算一個問題要花幾個小時,一兩天甚至由于單元太多無法求解的情況,子結(jié)構(gòu)正是針對這類問題的一種解決方法,所以子結(jié)構(gòu)肯定是對一個大型的有限元模型的,譬如在求解非線性問題的時候,因為對于一個非線性問題,系統(tǒng)往往經(jīng)過多次迭代,每次這個系統(tǒng)的剛度矩陣都會被重新計算,而一般來說一個大型問題往往有很大一部分的變形是很小的,把這部分作為一個子結(jié)構(gòu),其剛度矩陣僅要計算一次,大大節(jié)約了計算時間。

3.哪些情況可以使用子結(jié)構(gòu)

前面提到的非線性問題,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,提到的最多的一個例子就是桌子的四條腿,四條腿作為子結(jié)構(gòu)(因為基本時彈性變形)可以包括了很多的實體單元,可以大大提高效率再一個就是問題確實太大,只有采用子結(jié)構(gòu)將問題分成很多塊,計算出結(jié)果后再次采用子結(jié)構(gòu)分塊計算,一直到能對每塊單獨計算為止。

4.abaqus中子結(jié)構(gòu)的特點及要注意的問題

子結(jié)構(gòu)是一組單元的集合,但是在子結(jié)構(gòu)中僅僅只有你指定的那些節(jié)點的自由度會保留下來而其他節(jié)點的自由度都被消除了,其他的節(jié)點均是通過線性插值的方式獲得求解;

子結(jié)構(gòu)是通過你指定的節(jié)點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)這個概念沒有超單元了,其區(qū)別就是子結(jié)構(gòu)可以求得單元內(nèi)部準確的解而超單元不行;當(dāng)你定義子結(jié)構(gòu)的時候不要包含太多的單元,因為單元的剛度矩陣集成的時候會花掉太多的時間,可以用更多的含有較少單元的子結(jié)構(gòu)代替。

5.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,譬如輸出請求等等。因為內(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,要注意的是,abaqus cae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:

1.最強大的當(dāng)然是采用umat的方式,不過需要有深厚的有限元基礎(chǔ),一般人不推薦使用

2.采用場變量,不過功能相對簡單

3.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

*什么是場變量

所謂場變量,我的理解就是一個環(huán)境變量,它建立了一個與材料參數(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,但是通過場變量,間接的達到了目的。

*怎樣使用場變量

其實場變量用的較多的實在熱力學(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

1.定義場變量

*你可以在initial中指定場變量的值,格式如下

initial conditions,type=field,variable=n(場變量的編號)

Set-1(你定義的結(jié)點集),1.0(場變量的值)

場變量是通過編號來識別的,一次只能定義一個場變量

*你也可以直接在分析步中指定場變量的值,格式如下

*field, variable="1"

Set-1,1

當(dāng)然也可以同時使用initial和field,當(dāng)你指定的場變量改變時,默認材料的參數(shù)是在增量步間線性變化的。

2.建立材料參數(shù)和場變量之間的聯(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,場變量都是從1開始的,你也可以選擇多個場變量。填入場變量的值和材料參數(shù)間的關(guān)系,譬如

楊是模量泊松比 field1

200.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="1"

200.E9, 0.3, , 1.

180.E9, 0.3, , 2.

第四個參數(shù)表示場變量的值

3.注意

場變量在不同分析步中的值有你在不同的分析步中指定,如果沒有指定,材料參數(shù)默認微是場變量1的值,例如

*STEP,name=step1

*STATIC......

*FIELD, VARIABLE="1"

NALL, 1.

*END STEP

*STEP,name=step2

*STATIC......

*FIELD, VARIABLE="1"

NALL, 2.

*END STEP

cae步支持場變量,所以你必須自己更改inp文件

4.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定義場變量值的變化,

*FIELD, VARIABLE="1",amplitude=???

對幅值曲線步清楚的自己可以看手冊

模型的重啟動分析-restart

按理說restart不應(yīng)該算是一個分析的技巧,而是一個常識,不過呢可能有很多朋友沒有建過大型模型導(dǎo)致restart也用的較少,所以也介紹下。

1.什么是restart

你的job可能包含多個step,可是如果你的模型很大,可能會有這樣一種情況,當(dāng)你花了幾天幾夜,終于分析好的時候,你發(fā)現(xiàn)the first step的邊界條件設(shè)置的有問題,這對于你真是晴天霹靂,于是你只好重新來過,可是第二天你發(fā)現(xiàn)你的電腦restart,這時的你可能只能問上帝了,how can i do?

*restart,就是將一個復(fù)雜的模型分析過程分成很多的階段,甚至是一個increatmentstep一個階段,你可以對每個階段的結(jié)果進行檢驗,然后進入下一個階段進行分析。

2.重啟動需要那些文件

對于standard來說,.res,.mdl,.stt,.prt,.odb,這些文件是用于重啟動的,explict是.abq,.stt,.prt,.odb.

3.如何在一個分析中設(shè)置重啟動來生成以上文件。

這里只介紹下在standard的用法, 其實很簡單?

inp文件里面加入*RESTART, WRITE, FREQUENCY="N就可以了"

cae默認加入了重啟選項,不過可以在step->output->restartrequest里面設(shè)置輸出的頻率,也就是frequency。

*技巧:因為res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restart的話你也只能從最后一個增量步開始

4.如何重啟

你要指定一個重啟點,inp文件里面加上*RESTART, READ,STEP="step", INC="increment就可以了cae中更簡單",首先在model->edit attribute里面選擇restart,指定前面分析的job名和你想重啟動的開始分析步和增量步就可以了,然后在job里面指定重新創(chuàng)建的工作類型,restart,that's all.

5.注意

重啟動不能改變你的原始分析中的任何參數(shù),也就是說,你的啟動點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實現(xiàn)。

ABAQUS 的材料行為模式

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)

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是當(dāng)前長度, 是原始長度, 為真實應(yīng)變或?qū)?shù)應(yīng)變。與真實應(yīng)變對應(yīng)的真實應(yīng)力: ,F為材料受力,A是當(dāng)前面積。

在ABAQUS中必須用真實應(yīng)力和真實應(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)實驗數(shù)據(jù)常常是用名義應(yīng)力和名義應(yīng)變值給出的。這時,必須應(yīng)用公式將塑性材料的名義應(yīng)力(變)轉(zhuǎn)為真實應(yīng)力(變)。

考慮塑性變形的不可壓縮性,真實應(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。

這樣就給出了真實應(yīng)力和名義應(yīng)力、名義應(yīng)變之間的關(guān)系:

真實應(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)點來逼近實際的材料性質(zhì);所以,有可能非常逼真地模擬材料的真實性質(zhì)。在*PLASTIC選項中的數(shù)據(jù)將材料的真實屈服應(yīng)力定義為真實塑性應(yīng)變的函數(shù)。選項的第一個數(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驗數(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:

其中是真實塑性應(yīng)變,是總體真實應(yīng)變, 是真實彈性應(yīng)變。

總體應(yīng)變分解為彈性與塑性應(yīng)變分量

實驗數(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例子,用來示范如何將定義材料塑性特性的實驗特性的實驗數(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個點將成為*PLASTIC選項中的數(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,真實應(yīng)變和名義應(yīng)變間的差別很小,而在大應(yīng)變時,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不是很大。所以在考慮到經(jīng)常出現(xiàn)單元節(jié)點被翻轉(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,就有必要對其進行重新劃分網(wǎng)格,用map solution來對其舊網(wǎng)格進行映射。這就要決定何時進行重新劃分網(wǎng)格,這個就要看應(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行重新劃分區(qū)域。

接觸表面的remesh時,網(wǎng)格類型,單元數(shù)目等必須和原有的mesh保持一致,這個對于contact的計算十分重要。但是對于剛體表面的remesh沒有這個必要的,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)格進行細化。

對于NIGEOM(非線性):

the load must be applied gradually. Weapply the load gradually by dividing the step into increments。

Omit this parameter or set NLGEOM=NO toperform a geometrically linear analysis during the current step. Include thisparameter or set NLGEOM=YES to indicate that geometric nonlinearity should beaccounted for during the step (stress analysis and fully coupled thermal-stressanalysis only). Once the NLGEOM option has been switched on, it will be activeduring 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;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,一定要注意正確的給予賦值,在小應(yīng)變的情況下,真實應(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進行補充。數(shù)學(xué)描述和積分類型對實體單元的準確性都能產(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):*solidsection對于三維和軸對稱單元不需要附加任何幾何信息的,節(jié)點的坐標已經(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)變單元則必須在數(shù)據(jù)行指定單元的厚度。

數(shù)值奇異性:在沒有邊界的時候,在模型上因為有限的計算精度,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),這個非平衡力就會引起模型發(fā)生無限的剛體運動。這個剛體的運動在數(shù)學(xué)上被稱為數(shù)值的奇異性。當(dāng)abaqus在模擬時檢驗出數(shù)值奇異性的時候,會將節(jié)點等問題信息打出來。一般模擬結(jié)果有奇異性時不可信的,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)起始的時間的步長,這個其實步長可能要取到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點滴

1. 在建模作基面(草繪)時,Approximate size的大小對方便地進行平面繪圖很有意義。一般取欲畫尺寸的125%。

2. 當(dāng)草繪時,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,但好的起點終點對以后分網(wǎng)很有用處,一般地,起點、終點取習(xí)慣上的頂點、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)鍵形狀標以尺寸對以后方便的對part進行修改很有用。

5. 建模過程中,合理有效的用好基準Datum(面、軸、點)對建立復(fù)雜的part有用!

6. Part可進行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,某一feature如果前后相關(guān),則與之相關(guān)的都將被delete(如:在基準面內(nèi)做的feature,則刪除基準時此feature也被刪除),一旦delete將不能恢復(fù),但如果只是想暫時“不見它”,可以從tool中suppress它。

7. 關(guān)于坐標系的問題:在part模塊中使用的都是局部坐標系,而模型需要在assembly模塊中進行全局定位(此中為整體坐標系)。(這對于只有一個part的模型來說沒什么問題,但多個part的模型需要用constrain來進行整合),第一個進入assembly中的part的坐標系被默認為整體坐標系。

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剛性參考點上才能得以實現(xiàn)。

9. 在assembly中,為防止第二個instance在建立進在視圖中與第一個相疊,通常在創(chuàng)建第二個時打開Auto-offset from other instances選項。

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