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abaqus模型的处理技巧

作者:管理员    发布于:2015-02-03 02:43:56    文字:【】【】【

abaqus的多图层绘图

  abaquscae默认一个视区仅仅绘出一个图形,譬如contor图,变形图,x-y曲线图等,其实在abaqus里面存在一个类似于origin里面的图层的概念,对于每个当前视区里面的图形都可以建立一个图层,并且可以将多个图层合并在一个图形里面,称之为Overlay Plot,譬如你可以在同一副图中,左边绘出contor图,右边绘出x-y图等等,并且在abaqus里面的操作也是很简单的。

  1.首先进入可视化模块,当然要先打开你的模型数据文件(.odb)

  2.第一步要先创建好你的图形,譬如变形图等等

  3.进入view里面的overlay plot,点击creat,创建一个图层,现在在viewport layer里出现了你创建的图层了

  4.注意你创建的图层,可以看到在visible 下面有个选择的标记,表示在视区里面你的图层是否可见,和autocad里面是一样,取消则不可见current表示是否是当前图层,有些操作只能对当前图层操作有效,同cad name是你建立图层的名称,其他的属性值和你的模型数据库及图形的类型有关,一般不能改动的。

  5.重复2-4步就可以创建多个图层了

  6.创建好之后就可以选择plot/apply,则在视区显示出所有的可见的图层

子结构的概述

  1.什么是子结构

  子结构也叫超单元的(两者还是有点区别的,文后会谈到),子结构并不是abaqus里面的新东东,而是有限元里面的一个概念,所谓子结构就是将一组单元组合为一个单元(称为超单元),注意是一个单元,这个单元和你用的其他任何一种类型的单元一样使用。

  2.为什么要用子结构

  使用子结构并不是为了好玩,凡是建过大型有限元模型的兄弟们都可能碰到过计算一个问题要花几个小时,一两天甚至由于单元太多无法求解的情况,子结构正是针对这类问题的一种解决方法,所以子结构肯定是对一个大型的有限元模型的,譬如在求解非线性问题的时候,因为对于一个非线性问题,系统往往经过多次迭代,每次这个系统的刚度矩阵都会被重新计算,而一般来说一个大型问题往往有很大一部分的变形是很小的,把这部分作为一个子结构,其刚度矩阵仅要计算一次,大大节约了计算时间。

  3.哪些情况可以使用子结构

  前面提到的非线性问题,包括了很小变形的或者线弹性部分可以使用子结构,特别是当模型中有很多相同的部分时,提到的最多的一个例子就是桌子的四条腿,四条腿作为子结构(因为基本时弹性变形)可以包括了很多的实体单元,可以大大提高效率再一个就是问题确实太大,只有采用子结构将问题分成很多块,计算出结果后再次采用子结构分块计算,一直到能对每块单独计算为止。

  4.abaqus中子结构的特点及要注意的问题

  子结构是一组单元的集合,但是在子结构中仅仅只有你指定的那些节点的自由度会保留下来而其他节点的自由度都被消除了,其他的节点均是通过线性插值的方式获得求解;

  子结构是通过你指定的节点与其他的单元建立联系的;abaqus6.4版本中只有子结构这个概念没有超单元了,其区别就是子结构可以求得单元内部准确的解而超单元不行;当你定义子结构的时候不要包含太多的单元,因为单元的刚度矩阵集成的时候会花掉太多的时间,可以用更多的含有较少单元的子结构代替。

  5.abaqus中子结构的用法

  一般包括如下部分,首先你要利用substructure generateretained nodal dofs定义一个子结构,然后你可以定义子结构的内部荷载,边界条件一旦你已经定义了子结构以后你就可以象利用一般的单元一样使用子结构了,譬如输出请求等等。因为内容太多只能另外的文章再述了,大家也可以直接看看手册,要注意的是,abaqus cae是不支持子结构的。  

如何在不同的分析步改变材料的参数

  我所了解的大概有三种不同的方法:

  1.最强大的当然是采用umat的方式,不过需要有深厚的有限元基础,一般人不推荐使用

  2.采用场变量,不过功能相对简单

  3.采用abaqusimport命令将前面分析的结果传递到新的分析之中

  这里介绍下第二种方法

  *什么是场变量

  所谓场变量,我的理解就是一个环境变量,它建立了一个与材料参数之间的中介,虽然不能直接指定材料参数在不同的分析步具有不同的值,但是通过场变量,间接的达到了目的。

  *怎样使用场变量

  其实场变量用的较多的实在热力学和流体力学的分析种,这里介绍的仅仅是在固体力学中的用法

  1.定义场变量

  *你可以在initial中指定场变量的值,格式如下

initial conditionstypefieldvariablen(场变量的编号)

Set1(你定义的结点集),1.0(场变量的值)

场变量是通过编号来识别的,一次只能定义一个场变量

*你也可以直接在分析步中指定场变量的值,格式如下

*field, variable="1"

Set-1,1

  当然也可以同时使用initialfield,当你指定的场变量改变时,默认材料的参数是在增量步间线性变化的。

  2.建立材料参数和场变量之间的联系

  如果你用cae,在prop模块里面的材料参数一般都有Number of field variables,场变量都是从1开始的,你也可以选择多个场变量。填入场变量的值和材料参数间的关系,譬如

杨是模量 泊松比 field1

200.E9, 0.3, 1.

180.E9, 0.3, 2.

  如果你用的是命令格式,则在inp文件里面键入:

*ELASTIC, DEPENDENCIES="1"

200.E9, 0.3, , 1.

180.E9, 0.3, , 2.

  第四个参数表示场变量的值

  3.注意

  场变量在不同分析步中的值有你在不同的分析步中指定,如果没有指定,材料参数默认微是场变量1的值,例如

*STEPname=step1

*STATIC......

*FIELD, VARIABLE="1"

NALL, 1.

*END STEP

*STEPname=step2

*STATIC......

*FIELD, VARIABLE="1"

NALL, 2.

*END STEP

cae步支持场变量,所以你必须自己更改inp文件

  4.技巧

  如果材料的参数变化比较复杂,一般是利用副职曲线来定义场变量值的变化,

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

对幅值曲线步清楚的自己可以看手册

模型的重启动分析-restart

按理说restart不应该算是一个分析的技巧,而是一个常识,不过呢可能有很多朋友没有建过大型模型导致restart也用的较少,所以也介绍下。

  1.什么是restart

  你的job可能包含多个step,可是如果你的模型很大,可能会有这样一种情况,当你花了几天几夜,终于分析好的时候,你发现the first step的边界条件设置的有问题,这对于你真是晴天霹雳,于是你只好重新来过,可是第二天你发现你的电脑restart,这时的你可能只能问上帝了,how can i do?

  *restart,就是将一个复杂的模型分析过程分成很多的阶段,甚至是一个increatment step一个阶段,你可以对每个阶段的结果进行检验,然后进入下一个阶段进行分析。

  2.重启动需要那些文件

  对于standard来说,.res.mdl,.stt,.prt,.odb,这些文件是用于重启动的,explict.abq,.stt,.prt,.odb.

  3.如何在一个分析中设置重启动来生成以上文件。

  这里只介绍下在standard的用法, 其实很简单?

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

cae默认加入了重启选项,不过可以在step>output->restart request里面设置输出的频率,也就是frequency

  *技巧:因为res文件包含了模型的几乎全部信息,所以非常大,你可以设置overlay参数使后面的数据覆盖吊前面的数据,不过restart的话你也只能从最后一个增量步开始

  4.如何重启

  你要指定一个重启点,inp文件里面加上*RESTART, READ, STEP="step", INC="increment就可以了cae中更简单",首先在model>edit attribute里面选择restart,指定前面分析的job名和你想重启动的开始分析步和增量步就可以了,然后在job里面指定重新创建的工作类型,restartthat's all.

  5.注意

  重启动不能改变你的原始分析中的任何参数,也就是说,你的启动点的模型必须和原始分析中的模型完全一致的,所以不要企图采用restart的方法来改变边界条件,材料参数或者网格的密度等等。这些需要另外的技巧来实现。

 

ABAQUS 的材料行为模式

弹性材料:

Linear elasticity (线弹性)

No compression or tension elasticity (无压缩或位伸弹性材料,即单力性材料)

Plane stress orthotropic failure (平面应力单元)

Porous elasticity (多孔弹性)

Hypoelasticity (亚弹性)

Hyperelasticity (超弹性)

Foam elasticity (泡沫单元)

Viscoelasticity (粘弹性)

非弹性材料

Classical metal plasticity (塑性)

Metals subjected to cyclic loading (受周期荷载金属单元)

Rate-dependent yield(率相关屈服单元)

Creep and Swelling (蠕变)

Anisotropic yield and creep (各向异性)

Porous metal plasticity (多孔塑性)

Deformation plasticity (塑变单元)

Granular materials or polymers (粒状材料或复合材料)

Clay plasticity (粘土塑性)

Crushable foam plasticity (可压泡沫塑性)

Jointed material (?……

Concrete (混凝土)

 

 

二.有限元理论

(一)关于应力应变

金属的工程应力(未变形单位面积上的力)称为名义应力,与之相对应的为名义应变(每单位未变形长度的伸长)。 ----名义应力 -----名义应变

在只考虑 的情况下,拉伸和压缩应变是相同的,即:

,其中l是当前长度, 是原始长度, 为真实应变或对数应变。与真实应变对应的真实应力: F为材料受力,A是当前面积。

ABAQUS中必须用真实应力和真实应变定义塑性.ABAQUS需要这些值并对应地在输入文件中解释这些数据。

然而,大多数实验数据常常是用名义应力和名义应变值给出的。这时,必须应用公式将塑性材料的名义应力(变)转为真实应力(变)。

考虑塑性变形的不可压缩性,真实应力与名义应力间的关系为:

当前面积与原始面积的关系为:

A的定义代入到真实应力的定义式中,得到:

其中 也可以写为

这样就给出了真实应力和名义应力、名义应变之间的关系:

真实应变和名义应变间的关系很少用到,名义应变推导如下:

上式各加1,然后求自然对数,就得到了二者的关系:

ABAQUS中的*PLASTIC选项定义了大部分金属的后屈服特性。ABAQUS用连接给定数据点的一系列直线来逼近材料光滑的应力-应变曲线。可以用任意多的数据点来逼近实际的材料性质;所以,有可能非常逼真地模拟材料的真实性质。在*PLASTIC选项中的数据将材料的真实屈服应力定义为真实塑性应变的函数。选项的第一个数据定义材料的初始屈服应力,因此,塑性应变值应该为零。

在用来定义塑性性能的材料实验数据中,提供的应变不仅包含材料的塑性应变,而是包括材料的总体应变。所以必须将总体应变分解为弹性和塑性应变分量。弹性应变等于真实应力与杨氏模量的比值,从总体应变中减去弹性应变,就得到了塑性应变,其关系为:

其中 是真实塑性应变, 是总体真实应变, 是真实弹性应变。

总体应变分解为弹性与塑性应变分量

实验数据转换为ABAQUS输入数据的示例

下图中的应力应变曲线可以作为一个例子,用来示范如何将定义材料塑性特性的实验特性的实验数据转换为ABAQUS适用的输入格式。名义应力-应变曲线上的6个点将成为*PLASTIC选项中的数据。

第一步是用公式将名义应力和名义应变转化为真实应力和应变。一旦得到这些值,就可以用公式不确定与屈服应力相关联的塑性应变。下面给出转换后的数据。在小应变时,真实应变和名义应变间的差别很小,而在大应变时,二者间的就会有明显的差别;因此,如果模拟的应变比较大,就一定要向abaqus提供正确的应力-应变数据。定义这种材料的输入数据格式在图中给出。

(二). 对于受力的大小,受力的方式,还有本构方程参数的选择对于模型是否收敛影响很大.

泊松比的影响:材料的泊松比的大小对于网格的扰动影响很大,在foam中,由于其泊松比是0,所以它对于单元的扰动不是很大。所以在考虑到经常出现单元节点被翻转过来的现象,可以调整泊松比的大小。

REMESH:对于creep的,特别是材料呈现非线性的状态下,变形很大,就有必要对其进行重新划分网格,用map solution来对其旧网格进行映射。这就要决定何时进行重新划分网格,这个就要看应变的增长幅度了,通过观察网格外形的变化曲线来决定是否要进行重新划分区域。

接触表面的remesh时,网格类型,单元数目等必须和原有的mesh保持一致,这个对于contact的计算十分重要。但是对于刚体表面的remesh没有这个必要的,单元数目可以减少,网格可以粗化,但是对于非刚体,一般将网格进行细化。

对于NIGEOM(非线性):

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.

几何非线性是与分析过程中模型的几何改变想联系的,几何非线性发生在位移的大小影响到了结构响应的情况,可能由于是大绕度后者是转动;突然的翻转;初应力或载荷硬化。

塑性分析中的注意问题:对于大应变,真实应变和名义应变之间的差值就会很大,所以在给abaqus提供应力-应变数据时,一定要注意正确的给予赋值,在小应变的情况下,真实应变和名义应变之间的差别很小,不是很重要。

对于单元的选择:在ABAQUS中存在一类杂交的单元族,还有一类缩减的单元存在,这些用于模拟超弹性材料的完全不可压缩特性的。但是线性减缩积分单元由于存在所谓的沙漏(hourglass)的数值问题而过于柔软,所以似使得网格容易被扭曲,因而在小冲孔的蠕变模拟中会出现error,因此最好选用其它的单元做分析,当然也可以加hourglass进行补充。数学描述和积分类型对实体单元的准确性都能产生显著的影响。

对于大应变的扭曲的模拟(大变形分析)最好选用细网格划分的线性减缩积分单元(CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R等)。

对于接触问题,采用线性减缩积分单元或者非协调单元,在模型中选用非协调单元可以使得网格的扭曲减小到最小。

单元性质:*solid section对于三维和轴对称单元不需要附加任何几何信息的,节点的坐标已经能够完整的定义单元的几何形状。而平面应力和平面应变单元则必须在数据行指定单元的厚度。

数值奇异性:在没有边界的时候,在模型上因为有限的计算精度,讲存在很小的非平衡力,如果模型应用于经理模型而没有边界条件(只有作用力),这个非平衡力就会引起模型发生无限的刚体运动。这个刚体的运动在数学上被称为数值的奇异性。当abaqus在模拟时检验出数值奇异性的时候,会将节点等问题信息打出来。一般模拟结果有奇异性时不可信的,必须要加约束。

后处理:对于一些输出的类型的转化,含义具体可以见CAE2610

其实对于应力,还有V值的大小的变化,主要还是调起始的时间的步长,这个其实步长可能要取到1e-20,杨镇的曲线,他的起始步长就需要很小的(我用了0.00000000000001),但是不加损伤,后来步长增加很快的,没有什么东西了

三、CAE点滴

1. 在建模作基面(草绘)时,Approximate size的大小对方便地进行平面绘图很有意义。一般取欲画尺寸的125%。

2. 当草绘时,作任一平面图形(一般是闭合的)其边界可以从任意地方开始,但好的起点终点对以后分网很有用处,一般地,起点、终点取习惯上的顶点、圆弧零度位置等特殊位置处,这样网格质量较高。

3. ABAQUS/CAE建模思想与proe等专业CAD软件相似,都是特征建模,即:通过平面产生的基面以拉伸、旋转、扫掠等生成体。

4. 作为feature的一种,草绘中对某些关键形状标以尺寸对以后方便的对part进行修改很有用。

5. 建模过程中,合理有效的用好基准Datum(面、轴、点)对建立复杂的part有用!

6. Part可进行copycopy的结果是将原part的所有特性(此前已指定)全部继承下来,可以通过delete其中的一些feature来形成新的part,在delete时,某一feature如果前后相关,则与之相关的都将被delete(如:在基准面内做的feature,则删除基准时此feature也被删除),一旦delete将不能恢复,但如果只是想暂时不见它,可以从toolsuppress它。

7. 关于坐标系的问题:在part模块中使用的都是局部坐标系,而模型需要在assembly模块中进行全局定位(此中为整体坐标系)。(这对于只有一个part的模型来说没什么问题,但多个part的模型需要用constrain来进行整合),第一个进入assembly中的part的坐标系被默认为整体坐标系。

8. 刚性曲面的建立,其材料、约束等性质需要通过施加在一个刚性参考点上才能得以实现。

9. assembly中,为防止第二个instance在建立进在视图中与第一个相叠,通常在创建第二个时打开Auto-offset from other instances选项。

 

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