ABAQUS学习笔记.doc

ABAQUS学习笔记一AQUS.inp编码介绍（一）ABAQUS头信息文件段（14）1.*PREPRINT 输出求解过程所要求的信息（在dat文件中） ie:*PREPRINT, ECHO=YES, HISTORY=YES, MODEL=YES2.*HEADING 标题输出文件（出现在POST/VIEW窗口中，且出现在结果输出文件中） ie:*HEADINGSTRESS ANALYSIS FOR A PLATE WITH A HOLE3.*RESTART 要求abaqus/standard输出其POST/view模块所需要的.res文件。其中的FREQ？控制结果在每次迭代（或载荷步）输出的次数。 ie:*RESTART, WRITE, FREQ=14.*FILE FORMAT 要求abaqus/standard输出到.fil中的某些信息。它也用于post。对于在后处理中得到x-y形式的诸如应力时间、应力应变图有用！ ie: *FILE FORMAT, ZERO INCREMENT（二）ABAQUS网格生成段定义结点、单元，常用的命令有：结点定义（*NODE，*NGEN），单元定义（*ELEMENT，*ELGEN等）。1.*NODE 定义结点，其格式为： *NODE 结点号，x轴坐标，y轴坐标，（z轴坐标）2.*NGEN 在已有结点的基础上进行多个结点的生成，一般是在两结点间以某种方式（直线、圆）产生一定分布规律的结点。 如：*NGEN, LINE=C, NSET=HOLE，119, 1919, 100, 101 在两结点（结点号为119，1919）间以圆弧形式生成多个结点，100为任意相邻结点的单元号增量，101为圆弧形成时圆心位置的结点（对于直线形式生成没有此结点）。所有这些生成的结点（包括119，1919）被命名成HOLE的集合（这样做的目的是以后的命令中使用到它，比如说对这些结点施加同等条件的边界条件或载荷等，HOLE就是这些结点的代称）。*NGEN使用的前提就是必须存在已有结点。 *NGEN, NSET=OUTER131, 1031, 100 以线形式形成结点，结点号增量100，结点集合名为OUTER。*NGEN, NSET=OUTER1031, 1931, 100 同上生成结点，可以同上结点集合名，这样OUTER就包括这两次生成的所有结点3.*NFILL 在如上生成的结点集（实际上，代表两条几何意义上的边界线）之间按一定规律（BIAS？）填充结点。这样所有生成的结点构成一定形状的实体（面）。 如：*NFILL, NSET=PLATE, BIAS=0.8HOLE, OUTER, 12, 1 以HOLE为第一条边界，OUTER为第二条边界（终止边），以从疏到密的规律（BIAS小于1）分布，其生成结点数在两内外对应结点间为12，1为每组结点号的增量。所有这些结点被置于PLATE的集合中。下面以上面生成的结点来生成单元：4.*ELEMENT 定义单元所使用的类型（TYPE=？），然后另行定义通过联结结点形成单元，其结点数目依靠单元类型而变。*ELEMENT, TYPE=CPS4 /采用四单元的平面应力单元19, 119, 120, 220, 219 /定义顺序：单元号，以逆时针方向形成单元的各结点号（三）ABAQUS单元注意：分析前要选择合适的元素，这时要考虑的问题就是：使用什么样类型的单元？有限元的基本思路就是将实际中的连续体离散化，实际结果是将众多离散分析结果的集合，这似乎有点像积分的概念。选择元素种类最重要考虑的是分析必要的现象，满足必要的准确度基础上去掉不必要的细节与准确度。是选择1-D, 2-D or 3-D单元、用于何种分析的单元、是否高阶单元等。（四）ABAQUS材料ABAQUS本身提供了丰富的材料库供分析使用，并已能满足常用的分析。但对于新型本构关系的材料abaqus本身是无法体现的，UMAT则为这个问题提供了解决。自己编程将材料的应力应变本构表示出来，ABAQUS调用完成分析。ABAQUS 的材料行为模式主要分为 弹性材料：w Linear elasticity （线弹性）w No compression or tension elasticity （无压缩或位伸弹性材料，即单力性材料）w Plane stress orthotropic failure （平面应力单元）w Porous elasticity （多孔弹性）w Hypoelasticity （亚弹性）w Hyperelasticity （超弹性）w Foam elasticity （泡沫单元）w Viscoelasticity （粘弹性）非弹性材料w Classical metal plasticity （塑性）w Metals subjected to cyclic loading （受周期荷载金属单元）w Rate-dependent yield（率相关屈服单元）w Creep and Swelling （蠕变）w Anisotropic yield and creep （各向异性）w Porous metal plasticity (多孔塑性)w Deformation plasticity （塑变单元）w Granular materials or polymers （粒状材料或复合材料）w Clay plasticity （粘土塑性）w Crushable foam plasticity （可压泡沫塑性）w Jointed material （？）w Concrete （混凝土）（五）ABAQUS求解对于一个inp文件，不进入CAE时，需要这样做：1. 检查inp文件的正确性（当然主要是指keyword的使用），自己能做检查最好，否则可以通过：ABAQUS datacheck job=yourjobname2. 检查确认修正后进行计算：通过：ABAQUS job=yourjobname3. 检验分析结果的合理性：不只是会算，更要会对分析结果进行确认。首先要对整个分析及分析的并键之处成竹在心。然后可以通过以下途径作结果确认：自已能够得到的解析解实验数据其它数值解别人的求解结果（当然你得信任他）直觉与经验4. 如果迭代无法收敛：需要通过.msg,.sta文件查看出错信息并做出判断（在CAE中submit分析时可以通过monitor查看），判断依据为：结构约束是否足够或过多材料数据是否正确单元是否适合此分析网格有没有过扭曲、奇异接触单元是否足够步长是否过大二有限元理论（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。 在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： 将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、之点滴 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。 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