有限元软件的学习和后处理操作

有限元软件的学习和后处理操作 1 ABAQUS 软件理论的学习 本次使用的有限元软件为 ABAQUS 首先 简单介绍下本款软件的特点和优势 ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件 其解决问题的范围从相对简单的线 性分析到许多复杂的非线性问题 ABAQUS 包括一个丰富的 可模拟任意几何形状的 单元库 并拥有各种类型的材料模型库 可以模拟典型工程材料的性能 其中包括金属 橡胶 高分子材料 复合材料 钢筋混凝土 可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等 地质材料 作为通用的模拟工具 ABAQUS 除了能解决大量结构 应力 位移 问题 还可以模拟其他工程领域的许多问题 例如热传导 质量扩散 热电耦合分析 声学分 析 岩土力学分析 流体渗透 应力耦合分析 及压电介质分析 ABAQUS 所能计算的领域非常广阔 包括如下 静态应力静态应力 位移分析 位移分析 包括线性 材料和几何非线性 以及结构断裂分析等 动态分析粘弹性动态分析粘弹性 粘塑性响应分析 粘塑性响应分析 粘塑性材料结构的响应分析 热传导分析 热传导分析 传导 辐射和对流的瞬态或稳态分析 质量扩散分析 质量扩散分析 静水压力造成的质量扩散和渗流分析等 耦合分析 耦合分析 热 力耦合 热 电耦合 压 电耦合 流 力耦合 声 力耦合等 非线性动态应力非线性动态应力 位移分析 位移分析 可以模拟各种随时间变化的大位移 接触分析等 瞬态温度瞬态温度 位移耦合分析 位移耦合分析 解决力学和热响应及其耦合问题 准静态分析 准静态分析 应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题 退火成型过程分析 退火成型过程分析 可以对材料退火热处理过程进行模拟 海洋工程结构分析 海洋工程结构分析 本次所模拟的是管道受端压力 端力矩作用下并在附加水压的情况下发生弹性变形 时的状态 属于静态应力 位移分析 单元库 单元库 ABAQUS 包括内容丰富的单元库 单元 种类多达 562 种 它们可以分为 8 个大类 称为单元族 包括 实体单元 壳单元 薄 膜单元梁单元 杆单元 刚体元 连接元 其有不同的模块解决不同情况下的有限元计 算问题 包括 Abaqus CAE 有限元建模 后处理以及过程自动化的完整解决方案 Abaqus Standard 适合求解静态和低速动力学问题 除此两款经典的求解模块之外 ABAQUS 还退出了几款专门的求解模块 针对海洋工程领域的 ABAQUS Aqua 能够完 成导管架和立管的结构分析 拖管过程模拟计算以及浮体结构分析计算 可以计算结构浮 力 风载荷以及波流载荷作用下的拖曳力和惯性力等环境载荷 Abaqus Design 作为 Abaqus Standard 的补充附加模块 主要用于设计灵敏度分析 DSA Abaqus Foundation 提供 Abaqus Standard 中的线性静力学和线性动力学分析功能 Abaqus Explicit 特别适合于模拟瞬态动力学为主的问题的有限元产品 Abaqus CFD 提供了计算流体动力学分析功能 以上是我们小组对 ABAQUS 这款有限元软件的一些简单了解 有了基本的知识之后 我们开始了这款软件的实用性探索和使用 开始提取加载力和力矩在水压环境下变形管 道中性层上的位移坐标数据 2 位移最大截面处中性层坐标确定和提取 1 我们打开 ABAQUS Viewer 界面 Viewer 专门可用于结果的查看 分析及数 据处理 载入 odb 文件 稍等片刻后管道的有限元模型便呈现在视图框中 a 打开 Result Active steps Frames 确定加载步骤 step 1 step 2 step 3 全部 选 从而使得有限元模型在力 力矩 水压的作用顺序下发生变形 b 打开 Result steps Frames 勾选 step 3 最后一步 确定变形状态处于全部载 荷过程结束后的状态 2 接下来我们大致确定最大位移变形的截面 并推算节点编号 方便用 Node label 提取点的信息 a 点击 DEFORMED SHAPE 查看变形后的管道并确定其变形最大的截面 大致 为距离端面第七个截面处 b 由于中间段管道中性层无法手动选取 只能靠从端面中性层节点编号推算其得 到 利用查询功能查询出相邻截面同一高度上节点编号的差值 为 363 c 查询得端面中性层最高点编号为 152 则第七个截面处中性层最高点编号为 152 363 7 2693 而我们只需要提取右上侧的 30 个节点 则可推出节点编号 可由一个数列表示 2664 2693 1 d 利用 create X Y data 在图上标出这三十个点 验证其位置的正确性 点击 ODB field out put 点击继续之后再 position 选择栏中选择 Unique Nodal 并在下 方点选 U spatical displacement 空间点位移 由于此功能只能输出线位移 角 位移和应力应变等 无法批量输出坐标 是 ABAQUS 后处理的一大缺憾 在 ELEMENT NODE 里点选 Node labels 在 Node labels 中输入点的坐标 此处 支持数列的批量输入 2664 2693 1 点击下方 highlight items in viewport 图中便显示出橘黄色的 30 个点 勾勒出右上方 1 4 圆弧 3 确定需要导出的节点编号后 我们使用查询功能导出变形后的节点坐标 a 打开 Query Node Probe values 查询对象选择 Node 选择方式选择 Key in label 即通过节点编号选择 b 在 nodal label 框中依次输入 2664 2665 2