Abaqus有限元分析实例——非线性斜板.doc

广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 Abaqus 有限元分析实例有限元分析实例 非线性斜板非线性斜板 这个例子如图 8 11 所示 已经应用 ABAQUS Standard 模拟了板的线性响应 现在你 将应用 ABAQUS Standard 对它进行重新分析 包含几何非线性的影响 从线性模拟的结果 表明对于此问题非线性的效应可能是重要的 由此次分析的结果 你将判断这个结论是否 正确 图 8 11 斜板 如果你愿意 可以根据本例题后面的指导 应用 ABAQUS Explicit 将模拟扩展到动态 分析 在本手册的在线文档第 A 6 节 Norlinear skew plate 提供了输入文件 当通过 ABAQUS CAE 运行这个输入文件时 将创建关于该问题的完整的分析模型 根据下面给 出的指导如果你遇到困难 或者如果你希望检查你的工作 则可以运行这个输入文件 在 附录 A Example Files 中 给出了如何提取和运行输入文件的指导 如果你没有进入 ABAQUS CAE 或者其它的前处理器 可以人工创建关于这个问题的 输入文件 关于这方面的讨论 见 Getting Started with ABAQUS Standard Keywords Version 第 7 4 节 Example norlinear skew plate 8 4 1 修改模型 打开模型数据库文件 SkewPlate cae 从主菜单栏中 选择 Model Copy Model Linear 将名字为 Linear 的模型复制成名字为 Nonlinear 的模型 对于非线性斜板模型 你将考虑包含几何非线性效应和改变输出要求 定义分析步定义分析步 进入分析步 Step 模块 从主菜单栏中 选择 Step Edit Apply Pressure 来 编辑分析步定义 在 Edit Step 对话框的 Basic 页中 选中 Nlgeom 注 几何非线 性的缩写 以考虑几何非线性的效应 并设置分析步的时间周期为 1 0 在 Incrementation 增量步 页中 设置初始增量步的值 initial increment size 为 0 1 默认的增量步最大数目 maximum number of increments 为 100 ABAQUS 可 能采用少于这个上限的增量步数目 但是如果需要高于这个上限的增量步数目 分析 就会中止 你可能希望改变分析步的描述 以反映它现在是一个非线性分析步 广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 输出控制输出控制 在线性分析中 ABAQUS 仅求解一次平衡方程 并以此解答来计算结果 非线性 分析可以产生更多的输出 因为在每一个收敛的增量步结束时都可以要求输出结果 如果你不注意选择输出要求 输出文件会成为非常之大 潜在地占满你的计算机的磁 盘空间 如前所述 数据输出有四种不同的文件形式 输出数据库 odb 文件 它包含以二进制格式存储的数据 需要应用 ABAQUS CAE 后处理结果 数据 dat 文件 它包含了选定结果的数据报表 仅应用于 ABAQUS Standard 重启动 res 文件 应用于继续分析 结果 fil 文件 由第三方后处理器使用的文件 这里只讨论输出数据库 odb 文件 如果注意选择 在模拟过程中可以经常存 储数据 而又不会过多地占用磁盘空间 从主菜单栏中 选择 Output Field Output Requests Manager 打开 Field Output Requests Manager 在对话框的右边 点击 Edit 来打开场变量输出编辑器 在 Output Variables 输出变量 域中 选择 Preselected defaults 删除对线性分 析模型定义的场变量输出要求 并指定默认的场变量输出要求 对于一般的静态过程 这个输出变量的预选设置是最经常应用的场变量输出设置 为了减小输出数据库文件的尺寸 选择在每第二个增量步写一次场变量输出 如 果你是简直地感兴趣最终的结果 你也可以或者选择 The last increment 最终增量 步 或者设置保存输出的频率等于一个大数 不论指定什么值 在每个分析步结束时 总会保存结果 所以 使用一个大数会导致仅保存最终的结果 从前面的分析中 可以保留指定在跨中节点位移的历史输出 我们将在 Visualization 模块中应用 X Y 曲线图功能演示这些结果 运行及监控作业运行及监控作业 在 Job 模块中 为非线性 Nonlinear 模型创建一个作业 命名为 NlSkewPlate 并给出描述为 Nonlinear Elastic Skew Plate 记住将你的 模型保存为一个新的模型数据库文件 提交作业进行分析并监控求解进程 如果遇到了任何错误 必须纠正它们 如果 发出了任何警告信息 必须调查它们的来源 并在必要时采取纠正的措施 对于这个非线性斜板例题 图 8 12 显示了 Job Monitor 作业监视器 的内容 第一列显示了分析步序号 在本例中只有一个分析步 第二列给出了增量步序号 第 六列显示了在每个增量步中为了得到收敛解 ABAQUS Standard 所需要的迭代步的数 目 例如 在增量步 1 中 ABAQUS Standard 需要 3 次迭代 第八列显示了已经完成 的总的分析步时间 第九列显示了增量步的大小 T 这个例子显示了 ABAQUS Standard 如何自动地控制增量步的大小 即在每个增量 步中载荷施加的比例 在这个分析中 ABAQUS Standard 在第一个增量步中施加了总 载荷的 10 你指定了初始增量为 0 1 和分析步的总时间为 1 0 在第一个增 initial T 量步 ABAQUS Standard 需要 3 次迭代才收敛到解答 在第二个增量步 ABAQUS Standard 只需要 2 次迭代 因此 它自动地对下一个增量步的值增加了 50 达到 0 15 在第四个和第五个增量步 ABAQUS Standard 也增加了 T T 广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 它调整最后一个增量步的值使得分析步刚好完成 在本例中 最后增量步的值为 0 0875 图 8 12 Job Monitor 非线性斜板分析 8 4 2 作业诊断 ABAQUS CAE 不仅可以让你监控分析作业的过程 而且还提供了一个可视化的诊断 工具帮助你了解这个分析模型的收敛行为 以及在必要时对模型进行调试 ABAQUS Standard 在输出数据库中存储了分析作业的每一个分析步 增量步 尝试计算和 迭代的信息 当你运行每一个作业时 将自动地存储诊断的信息 如果分析运算时间超出 了预先估计的时间 或者过早地被中断 你可以观察由 ABAQUS CAE 提供的作业诊断信 息 以帮助查找问题的原因和修改模型的方法 进入 Visulization 模块 并打开输出数据库 NlSkewPlate odb 以检查收敛历史 从 主菜单栏中 选择 Tools Job Diagnostics 打开 Job Diagnostics 作业诊断 对话框 在 Job History 作业历史 列表中 点击 号以扩展列表 它包括了在分析作业中 的分析步 增量步 尝试计算和迭代列表 例如 在 Increment 1 下 选择 Attempt 1 如图 8 13 所示 广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 图 8 13 第一个增量步的第一次尝试计算的信息摘要 在对话框右侧的 Attempt Summary 尝试计算信息摘要 中包含了基本信息 如增 量步大小和迭代尝试次数等 选择本次尝试计算的 Iteraction 1 查看关于第一次迭代的详 细信息 在 Summary 摘要 页中的信息表明在本次迭代并没有达到收敛 所以点击 Residuals 残差 页以便查明原因 如图 8 14 所示 Residuals 页显示了在模型中的平均力和时间平均力的值 它 q q 也显示了最大作用力残差 最大位移增量和最大位移修正值 以及发生这些值 max r u c 的节点和自由度 在对话框的底部 通过选择 Highlight selection in viewpoint 在视图 窗高亮度显示 可以在视图窗的模型中高亮度显示发生这些节点和自由度的任何位置 诊 断标准的选择是实时跟踪的 所以你可以在对话框左边的迭代列表中快速浏览 以查看在 迭代过程中视图窗模型相对于判断准则位置的变化 如果你正在试图调试大型 复杂的模 型 这可能是非常有用的 类似的显示可用于查看转动自由度 在 Variables 变量 列 表中 选择 Rotation 转动 广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 图 8 14 第一次迭代的作用力残差信息 在这个例题中 在分析步定义中指定了初始时间增量为 0 1s 关于增量步的平均力为 30 29 N 由于这是第一个增量步 它与时间平均力的值相同 在这个模型中 最大残 q 余力是 749 6 N 它明显地大于 0 005 出现在节点编号 167 的自由度 1 上 max r q max r 由于包含了壳单元 ABAQUS Standard 还必须检查在模型中力矩的平衡 力矩 转动场也未 能满足平衡检查 尽管不满足平衡检查就足以使 ABAQUS Standard 尝试新一轮的迭代 但是你也应该检 查位移修正值 在第一个分析步的第一个增量步的第一次迭代中 位移的最大增量 和最大位移修正值均为 5 587 10 3 m 并且转动的最大增量和转动修正值都是 max u max c 1 598 10 2 弧度 由于在第一个分析步的第一个增量步的第一次迭代中 增量值与修正值 总是相等的 所以关于节点变量的最大修正值是小于 1 最大增量值的检验将总是失败的 然而 如果 ABAQUS Standard 判定结果是线性的 基于残差量值的判断 10 8 max r q 就会忽略该准则 由于 ABAQUS Standard 在首次迭代中未找到平衡解答 因此它尝试了第二次迭代 第 二次迭代的残差信息如图 8 15 所示 广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 图 8 15 第二次迭代的作用力残差信息 在第二次迭代中 在节点 167 的自由度 1 上已降至 0 173N 然而 由于 0 005 max r 仍比小 其中 2 49N 在此次迭代中平衡尚未得到满足 最大位移修正准则 q max r q 也未能满足 因为发生在节点 5 的自由度 1 上的位移修正值 7 055 10 5大于 1 的 max c 最大位移增量 5 584 10 3 max u 在第二次迭代中 力矩残差值检查和最大转动修正值检查都是满足的 然而 ABAQUS Standard 必须进行另一次迭代 因为解答未能通过作用力残差值检查 或最大位 移修正值准则 图 8 16 显示了在第一个增量步中需要得到平衡解所做的又一次迭代的残 差信息 广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 图 8 16 第三次迭代的作用力残差信息 在第三次迭代后 2 476 N 和在节点 86 的自由度 2 上 5 855 10 3 N 这些 q max r 值满足Step Frame 弹出 Step Frame 分析步 画面 对话框 在分析时 ABAQUS Standard 根据要求在每第二个增量步将场变量输出结果写入 到输出数据库文件 ABAQUS CAE 显示画面列表 如图 8 18 所示 广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 图 8 18 画面 表中列出了储存场变量的分析步和增量步 此分析中只包含一个分析步和 6 个增量 步 已经默认地保存了关于增量步 0 的结果 即分析步的初始状态 并按照要求 保存了第 2 4 和 6 增量步的结果 默认情况下 ABAQUS CAE 总是使用保存在 输出数据库文件中的最后一个增量步的数据 2 点击 OK 关闭分析 Step Frame 对话框 显示变形前后的模型形状显示变形前后的模型形状 将未变形图叠加在变形图上 一起显示变形前后的模型形状 旋转视图得到类似于图 8 19 所示的图形 图 8 19 斜板变形前和变形后的模型形状 应用来自其它画面的结果应用来自其它画面的结果 从保存在输出数据库文件中的其它增量步数据中 你可以选择适当的画面来评估结果 选择一个新的画面 选择一个新的画面 1 从主菜单栏中 选择 Result Step Frame 显示 Step Frame 对话框 2 从 Frame 菜单中 选择 Increment 4 增量步 4 3 点击 OK 应用这些变化 并关闭 Step Frame 对话框 现在 所需要的任何绘图将使用来自增量步 4 的结果 重复这个过程 应用所感 兴趣的增量步加以替换 自如地调用在输出数据库文件中的数据 广州有道资料网 三维绘图 机械设计 有限元分析 Solidworks Ansys Pro E CAD Abaqus Moldflow 广州有道资料网 X Y 曲线图曲线图 对于模拟中的每一个增量步 你保存了跨中节点 节点集合 Midspan 的位移作为输 出到数据库文件 NlSkewPlate odb 中的历史变量部分 你可以使用这些结果来绘制 X Y 曲线图 特别是 你将绘制位于板跨中边界处节点的竖向位移历史 创建跨中位移的创建跨中位移的 X Y 图形 图形 1 首先 创建一个显示组 display group 它包括节点集 Midspan 中未变形的模 型图 显示出节点号以确定那些位于板跨中边界处的节点 2 从主菜单栏中 选择 Result History Output 3 在弹出的 History Output 对话框中 选择 用 Ctrl 点击 两个跨中边界节点的 竖向运动 其曲线标注的形式为 Spatial displacement U3 at Node xxx in NSET Midspan 用节点编号确定你需要选择的曲线 4 点击 Plot ABAQUS 从输出数据库文件中读出两条曲线的数据 并画出类似于图 8 20 所示的 曲线图 为了清楚 第二条曲线已变为虚线 图 8 20 在板跨中边界的位移历史 从这些曲线中可以清楚地看到该模拟的非线性性质 随着分析的进行 板会逐渐变 硬 几何非线性的效应意味着结构的刚度将随着变形而改变 在该模拟中 由于薄 膜效应使板当变形时变得刚硬 因此 所得到的位移峰值比线性分析预测的小 因 为在线性分析中没有包括这种效应 应用保存在输出数据库文件 odb 中的历史变量数据或场