ABAQUS-实例讲解-心得

ABAQUS简介[1](pp7)在[开始]→[程序]→[ABAQUS6.5-1]→[ABAQUSCOMMAND]，DOS提示符下输入命令Abaqusfetchjob=filename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。②(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、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，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（nativepart）和网格部件（orphanmeshpart）。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File→Import→Part。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Mesh→CreateMeshPart。[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（generalanalysisstep）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:ABAQUS/Explicit显式动态分析（2）线性摄动分析步（linearperturbationstep）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。—Modaldynamics:瞬时模态动态分析。—Randomresponse:随机响应分析。—Responsespectrum:反应谱分析。—Steady-statedynamics:稳态动态分析。[9]（pp33）在静态分析中，如果模型中不含阻尼或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Other→AdaptiveMeshDomain和Other→AdaptiveMeshControls分别设置划分区域和参数。[11]（pp37）使用主菜单Field可以定义场变量（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LoadCase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。[14]（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（MedialAxis）：（1）中性轴算法（MedialAxis）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Minimizethemeshtransition（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。AdvancingFront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Tools→Query下的GeometryDiagnostics，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，可以使用主菜单Tools→VirtualTopology（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Tools→Repair，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Mesh→Verify，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VerifyMesh对话框，选择StatisticalChecks（统计检查）可以检查单元的几何形状，选择AnalysisChecks（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Highlight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（continuumelement，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90º），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：（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/Explicit中没有杂交单元。[19]（pp57）在混合使用不同类型单元时，应确保其交界处远离所关心的区域，并仔细检查分析结果是否正确。对于无法完全采用Hex单元网格的实体，还可采用以下方法：（A）对整个实体划分Tet单元网格，使用二次单元C3D10或修正的二次单元C3D10M，同样可以达到所需精度，只是计算时间较长；（B）改变实体中不重要部位的几何形状，然后对整个实体采用Hex单元网格。[20]（pp60）三维实体单元类型的选择原则（1）对于三维区域，尽可能采用结构化网格划分或扫掠网格划分技术，从而得到Hex单元网格，减小计算代价，提高