ABAQUS使用例题.doc

看本例题之前，请务必先找着文献1中P75P101中提供的例题完全照做一遍，以熟悉基本的操作流程。下面是本例题的操作过程，模拟一片砌体墙片的滞回实验。第一步：模型部件的建立 进入ABAQUS（中文版），在左方菜单中，选择“部件”，鼠标右键点击一下，选择“创建”，进入模型的部件创建菜单。模型中往往有一个或者多个部件构成。如图1，设定部件名称，其他选项如图1所示。图1然后中间的主操作界面出现，如图2。此平面默认的在平行于计算机显示器的方向为XY平面，我们如图2，按照现实中墙体立面的尺寸画出墙体立面框，然后点击“完成”，弹出的菜单如图3.图2图3此处的“深度”一项就是设定墙体部件的厚度，输入0.24（墙体厚度0.24m），点击确定。于是得到了墙体部件的基本视图如图4所示。同理，依样设定加载梁的尺寸，得到加载梁部件。这样，第一步部件尺寸设定就完成了。图4第二步：部件使用材料的设定加载梁使用c50混凝土，砌体使用与实验相对应的材料参数。由于模拟是针对砌体，所以不考虑加载梁的塑性，因此加载梁只设定密度和弹性。而砌体则以混凝土塑性损伤本构模型来模拟，要设定密度、弹性、混凝土损伤塑性。以上内容中混凝土材料参数的设定参见资料2，砌体材料参数的设定参见资料3。第三步：将材料属性赋予模型设定了材料参数后，还要对将材料参数“赋予”模型。其操作菜单如图5图5首先建立两个界面SECTION-1和SECTION-2如图5左边红框所示，将两种材料（C50混凝土与砌体材料）“注入”SECTION-1和SECTION-2中，然后点击右边红框中的图标，选择截面所要“赋予”的对象，即可完成材料参数赋予模型的操作。第四步：安装配件在第一步谁定好了部件后，实际上部件就像积木玩具的各个零件一样还是零散分开的，这时候，就要使用装配件功能如图6所示。图6用得较多的是红框中两个移动功能，非常简单，就是通过在空间坐标系中将部件平移到正确的位置即可。第五步：设置分析步在模拟滞回曲线实验的拟静力计算中，因为需要循环加载时反复推拉形成的，所以在模拟的时候需要设定多个分析步。而单纯的静力计算则只需一步就可以完成。分析步的设定如图7所示，本次模拟一共设定了12个分析步，即表示反复推拉的模拟次数一共12次。在设定分析步的过程中，将分析步的属性定为“静力、通用”。除了自定义的12步以外，还有ABAQUS默认的不能删除的初始步，是调整结构受力初始状态用的。第六步：设定约束这一步实际上是第四步的后续，第四步中我们只是把“积木玩具”完全进行了搭接，而没有进行固定。这一步的作用就是确定“积木玩具”各个分块之间相互作用的属性与关系。对于实验来说，加载梁是牢牢固定在气体墙之上的，因此新建一个约束，属性选择“绑定”，将加载梁与砌体牢牢固定在一起。在设定约束的时候需要几个问题要注意，两个接触面之间最好面与面大小形状一摸一样，如本例题中，加载梁明显比砌体长出一截，加载梁底面与砌体顶面不是完全重合的，如图8所示。这时候怎么办呢？这时候要采用拆分几何元素这项功能，如图9中红框的图标所示，最后切出的加载梁底面与砌体墙顶面刚好重合。图7图8图9切好了以后，需要选择“绑定”约束的主面和从面，主面选择梁底面，从面选择砌体顶面。但是选择的时候两个面试重合的，因此需要先把加载梁单独选取出来选好加载梁底面，再把砌体单独选取出来选取好砌体顶面，最后再还原。单独选取一个部件拿出来显示的操作如图10，按照图10中1，2，3步骤来做即可选取出加载梁进行单独显示。图10第七步：设定荷载与边界条件荷载与边界条件的初始图标如图11图11荷载，顾名思义，就是施加在构件上的荷载。边界条件，就是构件某一部分位移状态的设定。比如砌体底部固定于地面，此时砌体底部的边界条件就是完全固定，设定如图12。图12实验当中，荷载有两种，一种是施加于加载梁顶面的荷载，固定为0.5MPA，一种是施加于梁侧面的荷载，为反复作用并且增大的推拉力，以求取得砌体滞回曲线。试验中的侧向荷载一开始是按照力控制，后面根据位移控制。但是在有限元模拟中，只需要要通过位移控制，就可以得到的滞回曲线以及相关骨架曲线，且更简便。因此在有限元模拟中，侧向力采用位移控制即可。因此，ABAQUS中的荷载菜单只有一项，即加载梁顶面荷载0.5MPA。边界条件可用于位移控制，有多项，如图13所示。鼠标右键点击“边界条件”，选择“管理器”，得到操作菜单如图13。图13可以看到图13中，BC-1是在默认初始步就存在，并且一直传递下去的。这是因为BC-1是砌体底面的固定边界条件，从初始就存在，并且持续到整个实验模拟的结束。而s1到s12是每一步加载的位移控制，是一推一拉这样反复交替的荷载，只在当前步作用，因此后续步都关闭了，是“未激活”状态。这就好比，试验中，将构件向推一毫米，不可能同时又保留了上一步所进行的拉0.5毫米的状态。第八步：设定所需要输出的数据操作菜单如图14，一般这种拟静力的模拟只需输出“场数据”即可，历程输出是动力分析所需要的，这里不涉及到。图14要能够总结出滞回曲线，必须能够计算出按位移控制的受力面上受到的总和力。因此，场输出数据的选择如图15。图15一定要把“合力与合力矩”选项，以及“位移/速度/加速度”中的子选项“平移和转动”选上。在频率一项中，每N个增量的选项中设定为2。这里的作用是每两个子步数只记录其中一个子步的结果，这样在运算步数较多，且每步的子步数较多的情况下可以有效减小计算结果的数据量，节省存储空间。当然，此选项也可以设定为1，这样结果精度相对略高一些。但是在步数和子步数较多的情况下，这么做意义不大。第九步：进行计算鼠标右键点击“作业”，选择“新建”，自己任意命名一个任务名，如图16。此任务就会把先前各步骤所设定好的属性“打包”，制作成一个启动项，点击运行，即可进行运算，其操作流程是鼠标右键点击“作业”管理器提交。如图17。图16图17当然，运行前也可以先进行数据检查，看看模型能否正常运行，如果意外中断则说明模型还有问题，无法正常计算，需要检查并修正。第十步：数据整理计算完毕后，会自动跳到结果一项，你也可以再重新启动ABAQUS后，手动转至结果一项，打开想要的结果数据库，如图18。注意图18中的四个红框，要想得到滞回曲线，必须先取的反复推拉力的作用面上受力结果。双击“XY数据”，选择“ODB场变量输出”，再选择“唯一节点的”，最后选在“TF1”。所谓TF1，就是total force 1，1指代X轴方向，2指代Y轴方向，3指代Z轴方向。在图19中，我们可以明显地了解到推拉力的作用方向是X方向，因此选择TF1。图18图19把加载梁右侧受力平面的各个受力节点全部框选住，如图20图20这样，就可以得到该面上所有受力点的TF1数据。然后得执行“报告”“XY数据”图21全选其中所有数据，再选择菜单中的“设置”选项，选择出要输出的文件名称，得到最后的数据报告文件。然后再以相同方式导出位移的数据。最后用EXCEL整理位移与合力的数据，得到滞回曲线。1 庄茁. ABAQUS非线性有限元分析与实例M. 北京: 科学出版社, 2004 2 附录一3 附录二附录一动力弹塑性分析的材料非线性参数取值一 混凝土材料: 混凝土材料采用塑性损伤模型(Plastic-Damaged Model)(1).根据GB 50010-2002 混凝土强度分类 如下:C25, C30, C35, C40, C45, C50, C55, C60, C65, C70, C75, C80(1) 弹性模量:按(2)表4.1.5, 单位kN/m2 表1弹性模量C25C30C35C40C45C502.8E73E73.15E73.25E73.35E73.25E7C55C60C65C70C75C803.55E73.6E73.65E73.7E73.75E73.8E7(2) 泊松比, 统一取 0.2 (参阅(2)的4.1.8)(3) 剪切模量: 按(2)表4.1.5中的0.4 倍采用(参阅(2)的4.1.8).(4) 密度(2): 2.5 T/m3(5) 单轴应力-应变关系混凝土材料轴心抗压和轴心抗拉强度标准值按(2)表4.1.3采用.A: 单轴受压, 其应力-应变关系方程如下(参阅(2)C.2.1, P206):当时当时在 0 0.7fc 的应力范围为线弹性, 其弹性模量按表1. 大于0.7fc为塑性范围, 应力-塑性应变关系如下:B: 单轴受拉, 其应力-应变关系方程如下(参阅(2)C.2.2, P208):当时当时在 0 ft 的应力范围为线弹性, 其弹性模量按表1. 大于ft为塑性范围, 应力-塑性应变关系如下:据此得到下列各等级混凝土材料在拉和压屈服后的应力(kN/m2)-塑性应变关系:*Material, Name=C25*Concrete compression hardening 应力(kN/m2) 塑性应变11690., 016700., 0.00080869313239.8, 0.002337399841.27, 0.003863897674.36, 0.00534646248.49, 0.006802455255.01, 0.008243054527.98, 0.009674143974.73, 0.0110993540.4, 0.0125197*Concrete tension stiffening1797.8, 01780., 0.0000255151191.06, 0.000135635859.483, 0.000236563684.527, 0.000331898576.455, 0.000424844502.469, 0.000516573448.233, 0.000607596406.519, 0.000698173373.278, 0.000788446131.57, 0.00355876 *Material, Name=C30*Concrete compression hardening14070., 020100., 0.00080189814636.6, 0.0024559110073.3, 0.004079927500.85, 0.005637565931.13, 0.007161794889.86, 0.008668394153.49, 0.01016483607., 0.0116553186.09, 0.0131409*Concrete tension stiffening2030.1, 02010., 0.00002825631232.19, 0.00014944849.073, 0.000257466660.524, 0.000359008548.371, 0.000458002473.404, 0.000555757419.357, 0.000652815378.298, 0.00074944345.892, 0.000845777118.271, 0.00380631 *Material, Name=C35*Concrete compression hardening16380., 023400., 0.00078943115814.6, 0.0025625310267.4, 0.004270927408.77, 0.005893955749.74, 0.007478914682.74, 0.009045073943.69, 0.01060083403.29, 0.01215032991.69, 0.0136956*Concrete tension stiffening2222., 02200., 0.00003014271253.05, 0.000160189834.315, 0.000273466638.442, 0.000379668524.938, 0.000483255450.278, 0.000585609397.041, 0.000687284356.924, 0.000788541325.457, 0.000889524109.188, 0.00399589 *Material, Name=C40*Concrete compression hardening18760., 026800., 0.00076481416909.7, 0.0026585610469.9, 0.004446147378.84, 0.006130685650.07, 0.00777334562.41, 0.00939623819.83, 0.01100853282.34, 0.01261442876.02, 0.0142164*Concrete tension stiffening2413.9, 02390., 0.00003094221263.67, 0.000170079815.537, 0.000288349615.229, 0.000398993501.733, 0.000506966428.08, 0.000613712376.039, 0.000719794337.082, 0.000825474306.681, 0.00093089101.338, 0.00417611 *Material, Name=C45*Concrete compression hardening20720., 029600., 0.0007501517743.1, 0.0027378210639.8, 0.004583597386.84, 0.006314435609.46, 0.008001224506.18, 0.009667883759.48, 0.01132393222.27, 0.01297372817.97, 0.0146195*Concrete tension stiffening2535.1, 02510., 0.00003230441265.87, 0.000176673802.219, 0.000297743600.343, 0.000410999487.385, 0.0005216414.624, 0.000631002363.47, 0.000739759325.314, 0.000848128295.619, 0.00095624496.8983, 0.0042863 *Material, Name=C50*Concrete compression hardening22680., 032400., 0.00073988518515.2, 0.0028213610800.8, 0.004723987406.35, 0.006501395586.72, 0.008233144469.4, 0.009944553718.4, 0.01164533180.69, 0.01333992777.43, 0.0150306*Concrete tension stiffening2666.4, 02640., 0.00003365911264.64, 0.000183705786.735, 0.000307738584.088, 0.000423793472.094, 0.00053722400.477, 0.000649477350.37, 0.00076111313.124, 0.00087237284.214, 0.00098338992.4472, 0.00440455 *Material, Name=C55*Concrete compression hardening24850., 035500., 0.0007274519297., 0.0029113210959.8, 0.004873627429.12, 0.006700535569.63, 0.008480364439.05, 0.01023973683.89, 0.01198843145.52, 0.0137312743.03, 0.0154698*Concrete tension stiffening2767.4, 02740., 0.00003522171261.67, 0.00018927774.457, 0.000315399571.752, 0.000433514460.697, 0.000549047390.039, 0.000663442340.767, 0.000777235304.231, 0.000890669275.923, 0.0010038789.2809, 0.00449368 *Material, Name=C60*Concrete compression hardening26950., 038500., 0.00070060619978.3, 0.0029851511087.9, 0.005002157444.03, 0.006873425552.82, 0.0086964412.21, 0.01049773654.2, 0.01228883115.66, 0.01407392714.07, 0.0158551*Concrete tension stiffening2878.5, 02850., 0.00003563831256.67, 0.000194702760.756, 0.000323283558.434, 0.000443708448.564, 0.000561565379.016, 0.000678302330.681, 0.000794449294.926, 0.000910248267.272, 0.0010258286.0337, 0.00458981 *Material, Name=C65*Concrete compression hardening29050., 041500., 0.00067115420635.5, 0.0030509211227.6, 0.005116817477.58, 0.007027695554.81, 0.008888514402.81, 0.01072823640.4, 0.01255723100.27, 0.01438022698.31, 0.0161993*Concrete tension stiffening2959.3, 02930., 0.00003624621252.05, 0.000198738750.74, 0.000328992548.949, 0.000451041440.021, 0.000570546371.305, 0.000688948323.655, 0.000806774288.463, 0.000924259261.278, 0.0010415283.8153, 0.00465851 *Material, Name=C70*Concrete compression hardening31150., 044500., 0.00064117721274.9, 0.0031127611377.9, 0.005224137526.44, 0.00717215571.79, 0.009068814407.16, 0.01094423639.02, 0.01280883096.11, 0.01466742692.74, 0.0165221*Concrete tension stiffening3019.9, 02990., 0.0000369791248.1, 0.000201847743.23, 0.000333282541.959, 0.000456512433.772, 0.000577225365.689, 0.000696855318.553, 0.000815919283.779, 0.000934649256.941, 0.0010531682.2252, 0.00470937 *Material, Name=C75*Concrete compression hardening33180., 047400., 0.00061958321842.2, 0.0031847111504.1, 0.005343987565.26, 0.007332595583.9, 0.009269014408.93, 0.01118393636.25, 0.01308813091.21, 0.01498622686.84, 0.0168806*Concrete tension stiffening3080.5, 03050., 0.00003771171243.9, 0.000204919735.834, 0.000337513535.156, 0.000461909427.722, 0.000583819360.269, 0.000704663313.639, 0.000824951279.275, 0.000944913252.774, 0.0010646680.7083, 0.00475965 *Material, Name=C80*Concrete compression hardening35140., 050200., 0.00060153922358.2, 0.0032568111618.5, 0.005462037601.82, 0.007490325596.63, 0.009465684412.34, 0.01141943635.46, 0.01336253088.38, 0.01529952683., 0.0172327*Concrete tension stiffening3141.1, 03110., 0.00003844371239.38, 0.000207956728.476, 0.000341687528.471, 0.000467236421.811, 0.000590329354.989, 0.000712373308.862, 0.000833873274.904, 0.000955052248.735, 0.0010760379.2484, 0.00480935(6) 损伤系数:混凝土材料进入塑性状态伴随着刚度的降低, 如下图示(1):受拉受压文献(3)Fig4. (a), (b) 给出了混凝土材料单轴拉压的滞回曲线. 该曲线已被实验和计算验证. 通过线性插值, 可以得到混凝土材料各塑性应变所对应的损伤系数如下:*Material, Name=C25*Concrete compression damage损伤系数(dc)塑性应变0, 00.01, 0.0008086930.207199, 0.002337390.410702, 0.003863890.540458, 0.00534640.69718, 0.006802450.78611, 0.008243050.84114, 0.009674140.877465, 0.0110990.902661, 0.0125197*Concrete tension damage损伤系数(dt)塑性应变0, 00.01, 0.0000255150.330864, 0.0001356350.517144, 0.0002365630.615434, 0.0003318980.747045, 0.0004248440.834016, 0.0005165730.888637, 0.0006075960.919064, 0.0006981730.937999, 0.0007884460.998225, 0.00355876 *Material, Name=C30*Concrete compression damage0, 00.01, 0.0008018980.271809, 0.002455910.498841, 0.004079920.626823, 0.005637560.758068, 0.007161790.830984, 0.008668390.875447, 0.01016480.904483, 0.0116550.924462, 0.0131409*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00002825630.386973, 0.000149440.577576, 0.0002574660.671381, 0.0003590080.78758, 0.0004580020.862336, 0.0005557570.908476, 0.0006528150.933922, 0.000749440.949638, 0.0008457770.998607, 0.00380631 *Material, Name=C35*Concrete compression damage0, 00.01, 0.0007894310.324164, 0.002562530.561223, 0.004270920.683386, 0.005893950.796302, 0.007478910.858328, 0.009045070.89589, 0.01060080.92031, 0.01215030.937062, 0.0136956*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00003014270.430433, 0.0001601890.620766, 0.0002734660.709799, 0.0003796680.814503, 0.0004832550.880713, 0.0005856090.921137, 0.0006872840.943295, 0.0007885410.956917, 0.0008895240.998833, 0.00399589 *Material, Name=C40*Concrete compression damage0, 00.01, 0.0007648140.369042, 0.002658560.609331, 0.004446140.72467, 0.006130680.823245, 0.00777330.877128, 0.00939620.90969, 0.01100850.930844, 0.01261440.945352, 0.0142164*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00003094220.471266, 0.0001700790.658771, 0.0002883490.742582, 0.0003989930.836523, 0.0005069660.895279, 0.0006137120.930952, 0.0007197940.95046, 0.0008254740.962428, 0.000930890.998995, 0.00417611 *Material, Name=C45*Concrete compression damage0, 00.01, 0.000750150.40057, 0.002737820.640546, 0.004583590.750445, 0.006314430.840063, 0.008001220.888862, 0.009667880.918306, 0.01132390.937422, 0.01297370.950532, 0.0146195*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00003230440.495671, 0.0001766730.680391, 0.0002977430.760819, 0.0004109990.849034, 0.00052160.903712, 0.0006310020.936711, 0.0007397590.954691, 0.0008481280.965692, 0.0009562440.999092, 0.0042863 *Material, Name=C50*Concrete compression damage0, 00.01, 0.0007398850.428544, 0.002821360.666642, 0.004723980.771409, 0.006501390.853722, 0.008233140.898389, 0.009944550.9253, 0.01164530.942763, 0.01333990.954738, 0.0150306*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00003365910.52097, 0.0001837050.701994, 0.0003077380.778754, 0.0004237930.861159, 0.000537220.911801, 0.0006494770.942194, 0.000761110.958699, 0.000872370.968775, 0.0009833890.999181, 0.00440455 *Material, Name=C55*Concrete compression damage0, 00.01, 0.000727450.456423, 0.002911320.691273, 0.004873620.790729, 0.006700530.866219, 0.008480360.907065, 0.01023970.93165, 0.01198840.947601, 0.0137310.958541, 0.0154698*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00003522170.539536, 0.000189270.717351, 0.0003153990.791331, 0.0004335140.869789, 0.0005490470.91763, 0.0006634420.946178, 0.0007772350.961623, 0.0008906690.971027, 0.001003870.999246, 0.00449368 *Material, Name=C60*Concrete compression damage0, 00.01, 0.0007006060.481084, 0.002985150.712003, 0.005002150.806648, 0.006873420.876252, 0.0086960.913899, 0.01049770.936577, 0.01228880.951309, 0.01407390.961426, 0.0158551*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00003563830.559063, 0.0001947020.733068, 0.0003232830.804058, 0.0004437080.877995, 0.0005615650.922909, 0.0006783020.949666, 0.0007944490.964133, 0.0009102480.972937, 0.001025820.999299, 0.00458981 *Material, Name=C65*Concrete compression damage0, 00.01, 0.0006711540.502758, 0.003050920.729456, 0.005116810.819817, 0.007027690.884515, 0.008888510.919509, 0.01072820.940612, 0.01255720.95434, 0.01438020.96378, 0.0161993*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00003624620.572681, 0.0001987380.743775, 0.0003289920.812645, 0.0004510410.883611, 0.0005705460.926569, 0.0006889480.952106, 0.0008067740.965898, 0.0009242590.974284, 0.001041520.999336, 0.00465851 *Material, Name=C70*Concrete compression damage0, 00.01, 0.0006411770.521912, 0.003112760.744318, 0.005224130.830867, 0.00717210.891435, 0.009068810.924204, 0.01094420.943987, 0.01280880.956872, 0.01466740.965746, 0.0165221*Concrete tension damage0, 00.01, 0.0000369790.582576, 0.0002018470.751428, 0.0003332820.818743, 0.0004565120.887672, 0.0005772250.929255, 0.0006968550.953916, 0.0008159190.967215, 0.0009346490.975292, 0.001053160.999364, 0.00470937 *Material, Name=C75*Concrete compression damage0, 00.01, 0.0006195830.539193, 0.003184710.757298, 0.005343980.840395, 0.007332590.897474, 0.009269010.928341, 0.01118390.946986, 0.01308810.95914, 0.01498620.967518, 0.0168806*Concrete tension damage0, 00.01, 0.00003771170.592163, 0.0002049190.758743, 0.0003375130.824539, 0.0004619090.891519, 0.0005838190.931794, 0.0007046630.955624, 0.0