ABAQUS使用例题

看本例题之前 请务必先找着文献看本例题之前 请务必先找着文献 1 中中 P75 P101 中提中提 供的例题完全照做一遍 以熟悉基本的操作流程 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 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 弹性模量弹性模量 按 2 表 4 1 5 单位 kN m2 表 1 弹性模量 C25C30C35C40C45C50 2 8E73E73 15E73 25E73 35E73 25E7 C55C60C65C70C75C80 3 55E73 6E73 65E73 7E73 75E73 8E7 2 泊松比泊松比 统一取 0 2 参阅 2 的 4 1 8 3 剪切模量剪切模量 按 2 表 4 1 5 中的 0 4 倍采用 参阅 2 的 4 1 8 4 密度密度 2 2 5 T m3 5 单轴应力单轴应力 应变关系应变关系 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1 x 32 2 23 x x y aaa 当时1 x xx x y d 2 1 c x c f y 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 0 E c c in c 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1 x 6 2 02 1xxy 当时1 x xx x y t 7 1 1 t x t f y 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 0 E t t ck t 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 0 16700 0 000808693 13239 8 0 00233739 9841 27 0 00386389 7674 36 0 0053464 6248 49 0 00680245 5255 01 0 00824305 4527 98 0 00967414 3974 73 0 011099 3540 4 0 0125197 Concrete tension stiffening 1797 8 0 1780 0 000025515 1191 06 0 000135635 859 483 0 000236563 684 527 0 000331898 576 455 0 000424844 502 469 0 000516573 448 233 0 000607596 406 519 0 000698173 373 278 0 000788446 131 57 0 00355876 Material Name C30 Concrete compression hardening 14070 0 20100 0 000801898 14636 6 0 00245591 10073 3 0 00407992 7500 85 0 00563756 5931 13 0 00716179 4889 86 0 00866839 4153 49 0 0101648 3607 0 011655 3186 09 0 0131409 Concrete tension stiffening 2030 1 0 2010 0 0000282563 1232 19 0 00014944 849 073 0 000257466 660 524 0 000359008 548 371 0 000458002 473 404 0 000555757 419 357 0 000652815 378 298 0 00074944 345 892 0 000845777 118 271 0 00380631 Material Name C35 Concrete compression hardening 16380 0 23400 0 000789431 15814 6 0 00256253 10267 4 0 00427092 7408 77 0 00589395 5749 74 0 00747891 4682 74 0 00904507 3943 69 0 0106008 3403 29 0 0121503 2991 69 0 0136956 Concrete tension stiffening 2222 0 2200 0 0000301427 1253 05 0 000160189 834 315 0 000273466 638 442 0 000379668 524 938 0 000483255 450 278 0 000585609 397 041 0 000687284 356 924 0 000788541 325 457 0 000889524 109 188 0 00399589 Material Name C40 Concrete compression hardening 18760 0 26800 0 000764814 16909 7 0 00265856 10469 9 0 00444614 7378 84 0 00613068 5650 07 0 0077733 4562 41 0 0093962 3819 83 0 0110085 3282 34 0 0126144 2876 02 0 0142164 Concrete tension stiffening 2413 9 0 2390 0 0000309422 1263 67 0 000170079 815 537 0 000288349 615 229 0 000398993 501 733 0 000506966 428 08 0 000613712 376 039 0 000719794 337 082 0 000825474 306 681 0 00093089 101 338 0 00417611 Material Name C45 Concrete compression hardening 20720 0 29600 0 00075015 17743 1 0 00273782 10639 8 0 00458359 7386 84 0 00631443 5609 46 0 00800122 4506 18 0 00966788 3759 48 0 0113239 3222 27 0 0129737 2817 97 0 0146195 Concrete tension stiffening 2535 1 0 2510 0 0000323044 1265 87 0 000176673 802 219 0 000297743 600 343 0 000410999 487 385 0 0005216 414 624 0 000631002 363 47 0 000739759 325 314 0 000848128 295 619 0 000956244 96 8983 0 0042863 Material Name C50 Concrete compression hardening 22680 0 32400 0 000739885 18515 2 0 00282136 10800 8 0 00472398 7406 35 0 00650139 5586 72 0 00823314 4469 4 0 00994455 3718 4 0 0116453 3180 69 0 0133399 2777 43 0 0150306 Concrete tension stiffening 2666 4 0 2640 0 0000336591 1264 64 0 000183705 786 735 0 000307738 584 088 0 000423793 472 094 0 00053722 400 477 0 000649477 350 37 0 00076111 313 124 0 00087237 284 214 0 000983389 92 4472 0 00440455 Material Name C55 Concrete compression hardening 24850 0 35500 0 00072745 19297 0 00291132 10959 8 0 00487362 7429 12 0 00670053 5569 63 0 00848036 4439 05 0 0102397 3683 89 0 0119884 3145 52 0 013731 2743 03 0 0154698 Concrete tension stiffening 2767 4 0 2740 0 0000352217 1261 67 0 00018927 774 457 0 000315399 571 752 0 000433514 460 697 0 000549047 390 039 0 000663442 340 767 0 000777235 304 231 0 000890669 275 923 0 00100387 89 2809 0 00449368 Material Name C60 Concrete compression hardening 26950 0 38500 0 000700606 19978 3 0 00298515 11087 9 0 00500215 7444 03 0 00687342 5552 82 0 008696 4412 21 0 0104977 3654 2 0 0122888 3115 66 0 0140739 2714 07 0 0158551 Concrete tension stiffening 2878 5 0 2850 0 0000356383 1256 67 0 000194702 760 756 0 000323283 558 434 0 000443708 448 564 0 000561565 379 016 0 000678302 330 681 0 000794449 294 926 0 000910248 267 272 0 00102582 86 0337 0 00458981 Material Name C65 Concrete compression hardening 29050 0 41500 0 000671154 20635 5 0 00305092 11227 6 0 00511681 7477 58 0 00702769 5554 81 0 00888851 4402 81 0 0107282 3640 4 0 0125572 3100 27 0 0143802 2698 31 0 0161993 Concrete tension stiffening 2959 3 0 2930 0 0000362462 1252 05 0 000198738 750 74 0 000328992 548 949 0 000451041 440 021 0 000570546 371 305 0 000688948 323 655 0 000806774 288 463 0 000924259 261 278 0 00104152 83 8153 0 00465851 Material Name C70 Concrete compression hardening 31150 0 44500 0 000641177 21274 9 0 00311276 11377 9 0 00522413 7526 44 0 0071721 5571 79 0 00906881 4407 16 0 0109442 3639 02 0 0128088 3096 11 0 0146674 2692 74 0 0165221 Concrete tension stiffening 3019 9 0 2990 0 000036979 1248 1 0 000201847 743 23 0 000333282 541 959 0 000456512 433 772 0 000577225 365 689 0 000696855 318 553 0 000815919 283 779 0 000934649 256 941 0 00105316 82 2252 0 00470937 Material Name C75 Concrete compression hardening 33180 0 47400 0 000619583 21842 2 0 00318471 11504 1 0 00534398 7565 26 0 00733259 5583 9 0 00926901 4408 93 0 0111839 3636 25 0 0130881 3091 21 0 0149862 2686 84 0 0168806 Concrete tension stiffening 3080 5 0 3050 0 0000377117 1243 9 0 000204919 735 834 0 000337513 535 156 0 000461909 427 722 0 000583819 360 269 0 000704663 313 639 0 000824951 279 275 0 000944913 252 774 0 00106466 80 7083 0 00475965 Material Name C80 Concrete compression hardening 35140 0 50200 0 000601539 22358 2 0 00325681 11618 5 0 00546203 7601 82 0 00749032 5596 63 0 00946568 4412 34 0 0114194 3635 46 0 0133625 3088 38 0 0152995 2683 0 0172327 Concrete tension stiffening 3141 1 0 3110 0 0000384437 1239 38 0 000207956 728 476 0 000341687 528 471 0 000467236 421 811 0 000590329 354 989 0 000712373 308 862 0 000833873 274 904 0 000955052 248 735 0 00107603 79 2484 0 00480935 6 损伤系数损伤系数 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 0 0 01 0 000808693 0 207199 0 00233739 0 410702 0 00386389 0 540458 0 0053464 0 69718 0 00680245 0 78611 0 00824305 0 84114 0 00967414 0 877465 0 011099 0 902661 0 0125197 Concrete tension damage 损伤系数 dt 塑性应变 0 0 0 01 0 000025515 0 330864 0 000135635 0 517144 0 000236563 0 615434 0 000331898 0 747045 0 000424844 0 834016 0 000516573 0 888637 0 000607596 0 919064 0 000698173 0 937999 0 000788446 0 998225 0 00355876 Material Name C30 Concrete compression damage 0 0 0 01 0 000801898 0 271809 0 00245591 0 498841 0 00407992 0 626823 0 00563756 0 758068 0 00716179 0 830984 0 00866839 0 875447 0 0101648 0 904483 0 011655 0 924462 0 0131409 Concrete tension damage 0 0 0 01 0 0000282563 0 386973 0 00014944 0 577576 0 000257466 0 671381 0 000359008 0 78758 0 000458002 0 862336 0 000555757 0 908476 0 000652815 0 933922 0 00074944 0 949638 0 000845777 0 998607 0 00380631 Material Name C35 Concrete compression damage 0 0 0 01 0 000789431 0 324164 0 00256253 0 561223 0 00427092 0 683386 0 00589395 0 796302 0 00747891 0 858328 0 00904507 0 89589 0 0106008 0 92031 0 0121503 0 937062 0 0136956 Concrete tension damage 0 0 0 01 0 0000301427 0 430433 0 000160189 0 620766 0 000273466 0 709799 0 000379668 0 814503 0 000483255 0 880713 0 000585609 0 921137 0 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Concrete compression damage 0 0 0 01 0 000739885 0 428544 0 00282136 0 666642 0 00472398 0 771409 0 00650139 0 853722 0 00823314 0 898389 0 00994455 0 9253 0 0116453 0 942763 0 0133399 0 954738 0 0150306 Concrete tension damage 0 0 0 01 0 0000336591 0 52097 0 000183705 0 701994 0 000307738 0 778754 0 000423793 0 861159 0 00053722 0 911801 0 000649477 0 942194 0 00076111 0 958699 0 00087237 0 968775 0 000983389 0 999181 0 00440455 Material Name C55 Concrete compression damage 0 0 0 01 0 00072745 0 456423 0 00291132 0 691273 0 00487362 0 790729 0 00670053 0 866219 0 00848036 0 907065 0 0102397 0 93165 0 0119884 0 947601 0 013731 0 958541 0 0154698 Concrete tension damage 0 0 0 01 0 0000352217 0 539536 0 00018927 0 717351 0 000315399 0 791331 0 000433514 0 869789 0 000549047 0 91763 0 000663442 0 946178 0 000777235 0 961623 0 000890669 0 971027 0 00100387 0 999246 0 00449368 Material Name C60 Concrete compression damage 0 0 0 01 0 000700606 0 481084 0 00298515 0 712003 0 00500215 0 806648 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965746 0 0165221 Concrete tension damage 0 0 0 01 0 000036979 0 582576 0 000201847 0 751428 0 000333282 0 818743 0 000456512 0 887672 0 000577225 0 929255 0 000696855 0 953916 0 000815919 0 967215 0 000934649 0 975292 0 00105316 0 999364 0 00470937 Material Name C75 Concrete compression damage 0 0 0 01 0 000619583 0 539193 0 00318471 0 757298 0 00534398 0 840395 0 00733259 0 897474 0 00926901 0 928341 0 0111839 0 946986 0 0130881 0 95914 0 0149862 0 967518 0 0168806 Concrete tension damage 0 0 0 01 0 0000377117 0 592163 0 000204919 0 758743 0 000337513 0 824539 0 000461909 0 891519 0 000583819 0 931794 0 000704663 0 955624 0 000824951 0 968456 0 000944913 0 976241 0 00106466 0 999391 0 00475965 Material Name C80 Concrete compression damage 0 0 0 01 0 000601539 0 554618 0 00325681 0 768556 0 00546203 0 848569 0 00749032 0 902677 0 00946568 0 931921 0 0114194 0 94959 0 0133625 0 961115 0 0152995 0 969065 0 0172327 Concrete tension damage 0 0 0 01 0 0000384437 0 601485 0 000207956 0 765763 0 000341687 0 830074 0 000467236 0 895181 0 000590329 0 934206 0 000712373 0 957244 0 000833873 0 969631 0 000955052 0 977139 0 00107603 0 999416 0 00480935 7 Stiffness Recovery 1 当荷载从拉变压时 混凝土材料的裂缝闭合 抗压刚度恢复 即 wc 1 当荷载从压变拉时 混凝土材料的抗拉刚度不恢复 即 wt 0 一维拉压滞回曲线示意图 8 屈服函数屈服函数 1 3 二维屈服函数示意图 9 塑性流动法则塑性流动法则 1 3 采用非关联的塑性势函数 Drucker Prager hyperbolic function 250 二 钢材钢材 采用运动强化模型 Kinematic hardening 强屈比不小于 1 2 按 4 表 2 2 P79 可以得到下列数据 5 MATERIAL NAME Q235 一组 ELASTIC kN m2 200e6 PLASTIC hardening kinematic 应力 kN m2 塑性应变 235e3 0 375e3 0 025 DENSITY T m3 7 800 MATERIAL NAME Q235 二组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 225e3 0 375e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q235 三组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 215e3 0 375e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q235 四组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 205e3 0 375e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q345 一组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 345e3 0 470e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q345 二组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 325e3 0 470e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q345 三组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 295e3 0 470e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q345 四组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 275e3 0 470e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q390 一组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 390e3 0 480e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q390 二组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 375e3 0 480e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q390 三组 ELASTIC 200e6 PLASTIC hardening kinematic 350e3 0 480e3 0 025 DENSITY 7 800 MATERIAL NAME Q390 四组 ELASTIC