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1、ABAQUS 简介1 (pp7)在开始 程序 ABAQUS 6.5-1ABAQUS COMMAND,DOS 提示符下输入命令Abaqus fetch job = 可以提取想要的算例input 文件。ABAQUS 基本使用方法2(pp15)快捷键:Ctrl+Alt+左键来缩放模型;Ctrl+Alt+中键来平移模型;Ctrl+Alt+右键来旋转模型。(pp16)ABAQUS/CAE 不会自动保存模型数据,用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外丢失。3(pp17)平面应力问题的截面属性类型是Solid(实心体)而不是Shell(壳)。ABAQUS/CAE 推荐的建模方法是把整个数值模型(如材料、
2、边界条件、载荷等)都直接定义在几何模型上。载荷类型Pressure 的含义是单位面积上的力,正值表示压力,负值表示拉力。4(pp22)对于应力集中问题,使用二次单元可以提高应力结果的精度。5(pp23)Dismiss 和Cancel 按钮的作用都是关闭当前对话框,其区别在于:前者出现在包含只读数据的对话框中;后者出现在允许作出修改的对话框中,点击Cancel 按钮可关闭对话框,而不保存所修改的内容。6(pp26)每个模型中只能有一个装配件,它是由一个或多个实体组成的,所谓的“实体”(instance)是部件(part)在装配件中的一种映射,一个部件可以对应多个实体。材料和截面属性定义在部件上,
3、相互作用(interaction)、边界条件、载荷等定义在实体上,网格可以定义在部件上或实体上,对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。7(pp26) ABAQUS/CAE 中的部件有两种:几何部件(native part)和网格部件(orphan mesh part)。创建几何部件有两种方法:(1)使用Part 功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样等特征来直接创建几何部件。(2)导入已有的CAD 模型文件,方法是:点击主菜单FileImportPart。网格部件不包含特征,只包含节点、单元、 面、集合的信息。创建网格部件有三种方法:(1)导入ODB 文件中的网格。(2)导入INP
4、 文件中的网格。(3)把几何部件转化为网格部件,方法是:进入Mesh 功能模块,点击主菜单MeshCreate Mesh Part。8(pp31)初始分析步只有一个,名称是initial,它不能被编辑、重命名、替换、复制或删除。在初始分析步之后,需要创建一个或多个后续分析步,主要有两大类:(1)通用分析步(general analysisstep)可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包含以下类型:Static, General: ABAQUS/Standard 静力分析Dynamics, Implicit: ABAQUS/Standard 隐式动力分析Dynamics, Explicit
5、: ABAQUS/ Explicit 显式动态分析(2)线性摄动分析步(linear perturbation step)只能用来分析线性问题。在ABAQUS/Explicit 中不能使用线性摄动分析步。在ABAQUS/Standard 中以下分析类型总是采用线性摄动分析步。Buckle: 线性特征值屈曲。Frequency: 频率提取分析。Modal dynamics: 瞬时模态动态分析。Random response: 随机响应分析。Response spectrum: 反应谱分析。Steady-state dynamics: 稳态动态分析。9(pp33)在静态分析中,如果模型中不含阻尼或
6、与速率相关的材料性质,“时间”就没有实际的物理意义。为方便起见,一般都把分析步时间设为默认的1。每创建一个分析步,ABAQUS/CAE 就会自动生成一个该分析步的输出要求。10 (pp34)自适应网格主要用于ABAQUS/Explicit 以及ABAQUS/Standard 中的表面磨损过程模拟。在一般的ABAQUS/Standard 分析中,尽管也可设定自适应网格,但不会起到明显的作用。Step 功能模块中,主菜单OtherAdaptive Mesh Domain 和OtherAdaptive Mesh Controls 分别设置划分区域和参数。11(pp37)使用主菜单Field 可以定义
7、场变量(包括初始速度场和温度场变量)。有些场变量与分析步有关,也有些仅仅作用于分析的开始阶段。使用主菜单Load Case 可以定义载荷状况。载荷状况由一系列的载荷和边界条件组成,用于静力摄动分析和稳态动力分析。12(pp42)独立实体是对部件的复制,可以直接对独立实体划分网格,而不能对相应的部件划分网格。非独立实体是部件的指针,不能直接对非独立实体划分网格,而只能对相应的部件划分网格。由网格部件创建的实体都是非独立实体。13(pp45)Quad 单元(二维区域内完全使用四边形网格)和Hex 单元(三维区域内完全使用六面体网格)可以用较小的计算代价得到较高的精度,因此应尽可能选择这两种单元。1
8、4(pp45)结构化网格和扫掠网格一般采用Quad 单元和Hex 单元,分析精度相对较高。因此优先 选用这两种划分技术。使用自由网格划分技术时,一般来说,节点的位置会与种子的位置相吻合。使用结构化网格和扫掠网格划分技术时,如果定义了受完全约束的种子,划分可能失败。15(pp45)划分网格的两种算法:中性轴算法(Medial Axis):(1)中性轴算法(Medial Axis)更易得到单元形状规则的网格,但网格与种子的位置吻合得较差。(2)在二维区域中,使用此算法时选择Minimize the mesh transition(最小化网格的过渡)可提高网格质量,但更容易偏离种子。当种子布置得较稀
9、疏时,使用中性轴算法得到的单元形状更规则。(3)如果在模型的一部分边上定义了受完全约束的种子,中性轴算法会自动为其他的边选择最佳的种子分布。(4)中性轴算法不支持由CAD 模型导入的不精确模型和虚拟拓扑。Advancing Front 算法(1) 网格可以与种子的位置很好地吻合,但在较窄的区域内,精确匹配每粒种子可能会使网格歪斜。(2) 更容易得到单元大小均匀的网格。有些情况下, 单元均匀是很重要的, 例如在ABAQUS/Explicit 中,网格中的小单元会限制增量步长。(3) 容易实现从粗网格到细网格的过渡。(4) 支持不精确模型和二维模型的虚拟拓扑。16(pp50)网格划分失败时的解决办
10、法与网格划分失败的原因:(1) 几何模型有问题,例如模型中有自由边或很小的边、面、尖角、裂缝等。(2) 种子布置得太稀疏。如果无法成功地划分Tet 网格,可以尝试以下措施:(1) 在Mesh 功能模块中,选择主菜单ToolsQuery 下的Geometry Diagnostics,检查模型中是否有自由边、短边、小平面、小尖角或微小的裂缝。如果几何部件是由CAD 模型导入的,则应注意检查是否模型本身就有问题(有时可能是数值误差导致的);如果几何部件是在ABAQUS/CAE 中创建的,应注意是否在进行拉伸或切割操作时,由于几何坐标的误差,出现了上述问题。(2) 在Mesh 功能模块中,可以使用主菜
11、单ToolsVirtual Topology(虚拟拓扑)来合并小的边或面,或忽略某些边或顶点。(3) 在Part 功能模块中,点击主菜单ToolsRepair,可以修复存在问题的几何实体。(4) 在无法生成网格的位置加密种子。17(pp51)网格质量检查在Mesh 功能模块中,点击主菜单MeshVerify,可以选择部件、实体、几何区域或单元,检查其网格的质量,获得节点和单元信息。在Verify Mesh 对话框,选择Statistical Checks(统计检查)可以检查单元的几何形状,选择Analysis Checks(分析检查)可以检查分析过程中会导致错误或警告信息的单元。单击Highl
12、ight 按钮,符合检查判据的单元就会以高亮度显示出来。18(pp51)单元类型ABAQUS 拥有433 种单元,分8 大类:连续体单元(continuum element,即实体单元solidelement、壳单元、薄膜单元、梁单元、杆单元、刚体单元、连接单元和无限元。(1) 线性单元(即一阶单元);二次单元(即二阶单元);修正的二次单元(只有Tri 或Tet 才有此类型)。(2) ABAQUS/Explicit 中没有二次完全积分的连续体单元。(3) 线性完全积分单元的缺点:承受弯曲载荷时,会出现剪切自锁,造成单元过于刚硬,即使划分很细的网格,计算精度仍然很差。(4) 二次完全积分单元的优
13、点:(A)应力计算结果很精确,适合模拟应力集中问题;(B)一般情况下,没有剪切自锁问题。但使用这种单元时要注意:(A)不能用于接触分析;(B)对于弹塑性分析,如果材料不可压缩(例如金属材料),则容易产生体积自锁;(C)当单元发生扭曲或弯曲应力有梯度时,有可能出现某种程度的自锁。(5) 线性减缩积分单元在单元中心只有一个积分点,存在沙漏数值问题而过于柔软。采用这种单元模拟承受弯曲载荷的结构时,沿厚度方向上至少应划分四个单元。优点:(A)位移计算结果较精确;(B)网格存在扭曲变形时(例如Quad 单元的角度远远大于或小于90),分析精度不会受到明显的影响;(C)在弯曲载荷下不易发生剪切自锁。缺点:
14、(A)需要较细网格克服沙漏问题;(B)如果希望以应力集中部位的节点应力作为分析目标,则不能选用此单元。(6) 二次减缩积分单元不但保持线性减缩积分单元的上述优点,还具有如下特点:(A)即使不划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题;(B)即使在复杂应力状态下,对自锁问题也不敏感。使用这种单元要注意:(A)不能用于接触分析;(B)不能用于大应变问题;(C)存在与线性减缩积分单元类似的问题,即节点应力的精度往往低于二次完全积分单元。(7) 非协调模式单元可克服线性完全积分单元中的剪切自锁问题,仅在ABAQUS/Standard 有优点:(A)克服了剪切自锁问题,在单元扭曲比较小的情况下,得到的位移和
15、应力结果很精确;(B)在弯曲问题中,在厚度方向上只需很少的单元,就可以得到与二次单元相当的结果,而计算成本却明显降低;(C)使用了增强变形梯度的非协调模式,单元交界处不会重叠或开洞,因此很容易扩展到非线性、有限应变得位移。但使用这种单元时要注意:如果所关心部位的单元扭曲比较大,尤其是出现交错扭曲时,分析精度会降低。(8) 使用Tri 或Tet 单元要注意:(A)线性Tri 或Tet 单元的精度很差,不要在模型中所关心的部位及其附近区域使用;(B)二次Tri 或Tet 单元的精度较高,而且能模拟任意的几何形状,但计算代价比Quad 或Hex 单元大,因此如果能用Quad 或Hex 单元,就尽量不
16、要使用Tri或Tet 单元;(C)二次Tet 单元(C3D10)适于ABAQUS/Standard 中的小位移无接触问题;修正的二次Tet 单元(C3D10M)适于ABAQUS/Explicit 和ABAQUS/Standard 中的大变形和接触问题;(D)使用自有网格不易通过布置种子来控制实体内部的单元大小。(9) 杂交单元 在ABAQUS/Standard 中,每一种实体单元都有其对应的杂交单元,用于不可压缩材料(泊松比为0.5,如橡胶)或近似不可压缩材料(泊松比大于0.475)。除了平面应力问题之外,不能用普通单元来模拟不可压缩材料的响应,因为此时单元中的应力士不确定的。ABAQUS/Exp