ABAQUS学习基础

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一个完整的 ABAQUS 分析过程,通常由三个明确的步骤组成:前处理、模拟计算和后处理。

前处理(ABAQUS/CAE

在前处理阶段需定义物理问题的模型并生成一个ABAQUS 输入文件。通常的做法是使用 ABAQUS/CAE 或其它前处理模块,在图形环境下生成模型。而一个简单问题也可直接用文件编辑器来生成 ABAQUS 输入文件。

模拟计算(ABAQUS/Standard

模拟计算阶段用 ABAQUS/Standard 求解模型所定义的数值问题,它在正常情况下是作为后台进程处理的。一个应力分析算例的输出包括位移和应力,它们存储在二进制文件中以便进行后处理。完成一个求解过程所需的时间可以从几秒钟到几天不等,这取决于所分析问题的复杂程度和计算机的运算能力。

后处理(ABAQUS/CAE

一旦完成了模拟计算得到位移、应力或其它基本变量,就可以对计算结果进行分析评估,即后处理。通常,后处理是使用 ABAQUS/CAE 或其它后处理软件中的可视化模块在图形环境下交互式地进行,读入核心二进制输出数据库文件后,可视化模块有多种方法显示结果,包括彩色等值线图,变形形状图和x-y 平面曲线图等。

2.1 ABAQUS 分析模型的组成

ABAQUS 模型通常由若干不同的部件组成,它们共同描述了所分析的物理问题和所得到的结果。一个分析模型至少要具有如下的信息:几何形状、单元特性、材料数据、荷载和边界条件、分析类型和输出要求。

几何形状

有限单元和节点定义了 ABAQUS 要模拟的物理结构的基本几何形状。每一个单元都代表了结构的离散部分,许多单元依次相连就组成了结构,单元之间通过公共节点彼此相互连结

模型的几何形状由节点坐标和节点所属单元的联结所确定。模型中所有的单元和节点的集成称为网格。通常,网格只是实际结构几何形状的近似表达。

网格中单元类型、形状、位置和单元的数量都会影响模拟计算的结果。网格的密度越高(在网格中单元数量越大),计算结果就越精确。

随着网格密度增加,分析结果会收敛到唯一解,但用于分析计算所需的时间也会增加。通常,数值解是所模拟的物理问题的近似解答,近似的程度取决于模型的几何形状、材料特性、边界条件和载荷对物理问题的仿真程度。

单元特性

ABAQUS 拥有广泛的单元选择范围,其中许多单元的几何形状不能完全由它们的节点坐标来定义。例如,复合材料壳的叠层或工字型截面梁的尺度划分就不能通过单元节点来定义。这些附加的几何数据由单元的物理特性定义,且对于定义模型整体的几何形状是非常必要的。(见第 3 章)。

材料数据

对于所有单元必须确定其材料特性,然而高质量的材料数据是很难得到的,

尤其是对于一些复杂的材料模型。ABAQUS 计算结果的有效性受材料数据的准确程度和范围的限制。

加载和边界条件

加载使结构变形和产生应力。大部分加载的形式包括:

· 点载荷

· 表面载荷

· 体力,如重力

· 热载荷

边界条件是约束模型的某一部分保持固定不变(零位移)或移动规定量的位称(非零位移)。在静态分析中需要足够的边界条件以防止模型在任意方向上的刚体移动;否则,在计算过程中求解器将会发生问题而使模拟过程过早结束。

在计算过程中一旦查出求解器发生了问题,ABAQUS 将发出错误信息,非常重要的一件事情是,用户要知道如何解释这些 ABAQUS 发出的错误信息。如

果在静态应力分析时看见警告信息“numerical singularity” (数值奇异)或“zero  pivot”(主元素为零),必须检查模型是否全部或部分地缺少限制刚体平动或转动的约束。在动态分析中,由于结构模型中的所有分离部分都具有一定的质量,其惯性力可防止模型产生无限制的瞬时运动,因此,在动力分析时,求解过程中的警告通常提示其它的问题,如过度塑性问题。

分析类型

大多数模拟问题的类型是静态分析,即在外载作用下获得结构的长期响应。在有些情况 下,可能令人感兴趣的是加载结构的动态响应:例如,在结构部件上突然加载的影响,像冲击载荷的发生,或在地震时建筑物的响应。

ABAQUS 可以实现许多不同类型的模拟,但是这本指南只涵盖两种 一般的分析类型:静态和动态的应力分析。

输出要求

ABAQUS 的模拟计算过程会产生大量的输出数据。为了避免占用大量的磁盘空间,用户可限制输出数据的数量,只要它能说明问题的结果即可。

通常用 ABAQUS/CAE 作为前处理工具来定义构成模型所必需的部件。

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