[转载]Abaqus特色功能大全

 

       1、接口优势

      Abaqus软件具有较多良好的软件接口,包括二维CAD接口、三维CAD接口、装配件接口、第三方前处理软件接口、其他CAE软件接口等,使得Abaqus操作便捷、高效。

Abaqus接口示意图

      1.1 分析接口

      1.1.1 MoldFlow分析接口

      该附加模块可以将MoldFlow注塑分析的结果导入到Abaqus中,为后续的分析考虑材料方向和残余应力因素的影响。MoldFlow提供制造过程中部件的力学和热力学材料参数以及残余应力结果信息。力学参数(包括纤维角度因素的影响)信息由MoldFlow计算,并以沿部件厚度方向积分点位置处的正交各项异性参数的方式写出到接口文件中。

      1.1.2 MSC.ADAMS分析接口

      MSC.ADAMS分析接口可以让用户在采用MSC.ADAMS进行多体动力学分析时使用Abaqus模型的刚度信息。MSC.ADAMS分析接口可以将Abaqus模型的刚度矩阵转换为ADAMS/Flex需要的数据格式。

Abaqus模态中性文件(mnf)的提取

      1.1.3 MADYMO联合仿真

      该附加模块在Abaqus/Explicit中使用,可以在车辆-乘员碰撞安全模拟中使用Abaqus/Explicit和MADYMO进行联合仿真。该分析技术可直接Abaqus/Explicit的碰撞分析和MADYMO的乘员分析进行耦合。

      1.2 CAD交互接口

      交互式接口能够将CAD模型传递到Abaqus/CAE中。这些功能强大的附加模块仅需鼠标轻轻一点,就可将部件或整个装配体传递到Abaqus/CAE中。用户可以在CAD软件中修改几何模型,使用交互式接口快速更新Abaqus/CAE的有限元模型,而不丢失任何分析特征。这些交互式接口需要在每个CAD软件中安装插件使用,然后在Abaqus/CAE中通过CAD连接工具建立相应的连接。

      1.2.1 CATIA V5交互式接口

      CATIA V5交互式接口可以使用交互式导入将CATIA V5的部件和装配体传递到Abaqus/CAE中。CATIA V5模型中的材料和组定义也可以传递到Abaqus/CAE中。除此之外,CATIA V5交互式接口还可以直接导入CATIA V5的.CATPart 和 .CATProduct格式的模型。

      CATIA V5交互式接口有以下几点功能:

      Ø 可使快速地从CATIA V5中传递模型到Abaqus/CAE中,而两个软件需要在同一台电脑上同时运行。当CAD模型传递结束后,用户可以继续在CATIA V5中修改CAD设计,然后只需轻点鼠标即可将修改后的模型更新到Abaqus/CAE中。同时用户在Abaqus/CAE中创建的任何特征,例如分区、载荷、边界条件、集合、面等,都会在导入过程中自动重新生成。

      Ø 可使用户在Abaqus/CAE中修改CATIA模型中的特征参数,修改后的参数会更新CATIA和Abaqus/CAE中的模型。

      Ø 以上两款软件未没有同时运行或运行在不同的电脑上时,可手动的交互式导入。用户可保存装配体为.eaf格式,将其导入到Abaqus/CAE中,或者使用此文件更新Abaqus/CAE在现有的模型。另外,手动交互式导入可以在不同的Windows平台之间运行。

      Ø 直接导入不是交互式导入,因此也不需要使用CATIA V5交互式导入插件。只要将CATIA V5的几何模型保存为标准的部件或装配体格式文件,就可以直接导入到Abaqus/CAE中。用户将不能使用直接导入功能更新Abaqus/CAE现有模型。交互式导入和直接导入为企业或供应商之间模型从CATIA V5导入到Abaqus/CAE中提供了很大的灵活性。

      CATIA V5交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8或以上版本,兼容CATIA V5 R18、R19、R20和R21。

       1.2.2 Pro/ENGINEER交互式接口

      Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用交互式导入将Pro/ENGINEER的部件和装配体传递到Abaqus/CAE中。除了交互式导入,Pro/ENGINEER交互式接口也包含了直接导入接口,可以写出.enf_abq格式的部件和装配体。.enf_abq格式文件可以接着被导入到Abaqus/CAE中。

      Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用户在Abaqus/CAE中修改Pro/ENGINEER模型中的特征参数,例如孔径或拉伸长度。修改后的参数会更新Pro/ENGINEER和Abaqus/CAE中的模型。

      Pro/ENGINEER交互式接口交互式接口其他功能与CATIA V5交互接口相同。

      1.2.3 SolidWorks交互接口

       SolidWorks交互式接口可以轻松地将Solidworks中的部件或装配体导入到Abaqus/CAE中,接着用户可以修改Solidworks中的几何模型,该接口自动地更新Abaqus/CAE中模型修改且不丢失任何分析特征。当用户在使用Solidworks不断更改设计模型而分析工具是基于Abaqus时,SolidWorks交互式接口就显得非常有用。

       SolidWorks交互式接口其他功能与CATIA V5交互接口相同。

      Ø SolidWorks交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8EF及以上版本,且SolidWorks 为2009 SP1及以上版本。

        2 AMS 求解器

       Abaqus/Standard的附加分析功能允许用户使用自动多级子结构特征值求解器(AMS)去计算模态问题。Abaqus/AMS特征值求解器的计算性能远超默认的Lanczos求解器,尤其是对于大规模模型需要提取大量的模态时。大量的模型测试表明,对于模态提取问题,AMS求解器要快10-25倍,这取决于模型的复杂程度。

      AMS求解器示意图

       3 CEL技术

      CEL(欧拉-拉格朗日结合分析),也称为流固耦合分析,它使得Abaqus/Explicit 能够分析流体结构交互作用。同时也能分析实体材料遭受极端变形时的行为。

     装有液体结构的流固耦合分析

     轮胎模型 水/空气复合模型 轮胎滑水仿真结果

     不同积水深度对轮胎滑水性能的对比

      轮胎滑水分析

     4 SPH技术

      SPH为光滑质点动力学法,Abaqus从6.11版本开始增加了SPH技术,其是一种无网格(或自由网格)的数值计算方法。使用SPH技术时,不需要定义节点和单元,只需要使用一系列的点(质点或节点)来代替,这些节点一般被认为是颗粒或伪颗粒。

      SPH技术可使用Abaqus/Explicit中的所有材料。可定义其他拉格朗日模型中的任何初始条件和边界条件。也可定义其他拉格朗日部件的接触。

       在仿真分析时,SPH是把物理量用有一定流动速度的运动质点集来描述,每个质点构成插值点,整个问题的解通过这些质点的规则插值函数来得到,守恒方程用通量或质点内力来等效表达。由于其没有网格畸变问题,所以能在朗格朗日格式下处理大变形问题以及结构断裂破坏等问题。

油箱晃动仿真分析

    弹体穿靶仿真分析

      5 DEM技术

      离散单元法,又称为DEM,其在Abaqus6.13版本中开始引入,可解决不连续介质问题,这种技术允许建立粒状或失效介质,与用于连续介质SPH技术(连续介质)不同。其应用比较广泛可用于原料运输、包装、加工颗粒材料等。

     下述例子是将进入微粒随机被二级筛按微粒的直径区分开,并被收集到下端的3个容器中。每个微粒与其他微粒之间相互作用,且成为有限元模型的一部分。

      DEM技术进行微粒的筛选分析

      6 XFEM技术

      XFEM是迄今为止求解不连续力学问题最有效的数值方法,它在标准有限元框架研究问题,保留了CFEM的所有优点,但不需要对结构内存在的几何或物理界面进行网格剖分。

      XFEM与CFEM的最根本区别在于所使用的网格与结构内部的几何或物理

      界面无关,从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格剖分所带来的困难,当模拟裂纹扩展时也无需对网格进行重新剖分。也就是说在裂纹的扩展过程中裂纹可以穿透单元扩展。就其理论可以简单的理解为在单元内部有很多的潜在节点,当需要时这些节点被激活实现裂纹穿透单元扩展。

      XFEM分析圆管断裂

       7 CZone技术

      Abaqus的CZone (CZA)是Abaqus/Explicit的一个拓展,它将CZone技术与Abaqus/Explicit强大的冲击建模功能相结合。对受冲击结构的前缘的挤压区域,CZA提供直接的基于挤压的单元失效分析。

      CZone技术通过下面两种方式融入Abaqus/Explicit当中:

      Ø 压碎材料定义,描述材料的压碎响应;

      Ø CZone定义,对挤压区域内由于屈曲、剪切等引起的局部载荷进行建模;

      典型的Abaqus的CZone分析的目标:确定吸收了多少能量;峰值加速度;平均加速度;多少材料完全压碎;识别遭受其他破坏形式的区域;了解损伤的进程。

      F1赛车复合材料前翼撞击刚性杆。当刚性杆穿过前翼,导致前翼发生杆穿过翼。碰撞力通过结构进一步传递,引起前翼脱离车辆。

       8 自适应网格技术

       Abaqus中的自适应网格技术可用于切削加工、冲压成型、表面磨损、冲蚀等仿真分析中,采用自适应网格可采用整个模型或者是模型中的一部分,采用拉格朗日时,模型跟随内部的初始材料运动,欧拉边界条件去控制材料流入或流出模型。

      ALE自适应网格(也称为任意的拉格朗日-欧拉自适应网格),其不改变原有的网格的拓扑结构,而是在单个分析步的求解过程中逐步改善网格的质量。适用于Abaqus/Explicit的大变形分析,以及Abaqus/Standard中的声畴、冲蚀和磨损问题。

       自适应网格重划,其通过多次重划网格达到要求的求解精度,只适用于Abaqus/Standard分析,并且只能在Abaqus/CAE中实现。

       网格间的求解变换,其是用一个新的网格代替因变形过大而严重扭曲的原有网格,把原来的分析结果自动映射到新网格上,然后继续分析。仅适用于大变形问题的Abaqus/Standard分析,只能在inp文件中使用*MAP SOLUTION实现。

          Lagrangian、ALE、Eulerian自适应网格算法

旋压加工仿真分析

金属切削加工仿真分析

9 螺栓预紧力技术

螺栓连接是机械零部件中最常见的连接方式,且其使用较多,这将导致以下问题:

Ø 采用实体单元(六面体)建模,不考虑螺纹,前处理工作量较大,且收敛困难;

Ø 采用实体单元(六面体)建模,考虑螺栓螺纹,前处理工作量大,且收敛困难;

Ø 采用Beam 耦合,工作量小,但不能真实反映螺栓真实应力。

以上方式都是不考虑螺栓螺纹,这在一定程度上降低了螺栓的分析精度。鉴于此Abaqus

软件提出采用不简化螺栓螺纹,同时不用做出螺栓螺纹方式,去有效的模拟真实的螺栓螺纹,提高了螺栓的仿真精度。

10 Gap单元

Gap单元可用于定义结构之间两节点间的接触、摩擦和间隙等连接关系,其定义时建立在两个节点上,受拉时为e-15的数量级,受压可直接传力。另外不需要赋予材料属性,目前cae实现不了,只能在inp文件中写入,但可直接在ANSA软件中定义。常用来模拟轴承的滚珠、非线性弹簧等。

间隙单元自由度

11 Gasket单元

机械零部件在使用过程中要考虑密封件的密封性能,如发动机系统中有许多密封件来防止发动机工作中可能出现的“三漏”现象,垫片密封件具有复杂的力学性能和截面组成,用传统的建模方法和单元类型来模拟将会非常困难。

Abaqus中的Gasket单元经长期的工程应用,被公认可以方便有效地模拟垫圈密封作用过程及性能,其通过压力-闭合曲线描述材料的力学性能,采用简单的建模方法,可以在发动机等分析中方便的模拟垫片部件。

配气机构—凸轮轴系统密封分析

12 橡胶

针对橡胶超弹性材料,在其使用过程中存在几何非线性、材料非线性,另外其力学行为对温度、环境、应变历史、加载速率等十分敏感,使得描述橡胶的的行为变得复杂。

Abaqus软件中橡胶本构模型种类齐全,达16种之多,可以模拟各种橡胶材料的特性;可直接输入橡胶材料的实验参数,生成对应的橡胶模型,并对模型的稳定性进行检验,确定稳定收敛区间;

Abaqus目前独有的Mullin效应模拟可以在橡胶的超弹性本构中考虑加载和卸载中应变能的损失,以及转化为热能的效应,为精确模拟橡胶减震性能和工作中生热情况提供了途径;另外橡胶模型与接触/摩擦功能能很好地结合,能处理橡胶材料的软化、老化等问题;

空气弹簧强度分析

13 轮胎分析

轮胎在设计过程中要考虑胎圈部分的屈曲分析、不同胎面设计的轮胎磨耗、噪音生成、热耗散、舒适性分析(评估滚动过程中的振动)、不同表面的牵引、不利环境下的安全性问题、合理费用的制造等问题。在设计初期仿真手段的介入,可有效解决以上问题。

采用Abaqus软件对轮胎进行以下仿真:

Ø 静态分析;

Ø 屈曲分析(线性屈曲和非线性屈曲);

Ø 自然频率的提取;

Ø 热传递和耦合的热应力分析;

Ø 稳态滚动分析;

Ø 显示积分的瞬态动力学;

Ø 稳态动力学(谐波载荷下的响应);

Ø 耦合的声-结构分析;

Ø 轮胎装配和充气过程分析;

14 磨损

采用Abaqus软件可进行刀具磨损、轮胎磨损、轴承磨损等仿真分析。

对于轮胎磨损,随着胎面磨损,剩余花纹越来越少,轮胎与地面的附着力越来越差,尤其是行驶在湿路面上时,轮胎的使用后期,花纹的剩余深度对行驶安全至关重要。

采用Abaqus软件,可模拟稳态滚动中的轮胎磨损,获得轮胎行驶里程和磨损量的关系;同时利用此功能,还可以模拟胎面与湿滑路面的相互作用。同时,轮胎滚动中的偏摩分析可以利用稳态滚动过程中的印迹分析得到的应力分布进行有效判断。

轮胎磨损仿真分析

15 碰撞假人模型

碰撞假人是用户碰撞和乘员安全分析的附加产品。这些模型在Abaqus/Explicit中使用。其包括:前碰假人模型、侧碰假人模型、后碰假人模型、头部模型、腿部模型、行人头部模型。前碰假人模型包含:Hybrid III-5th、Hybrid III-50th、Hybrid III-95th、Hybrid III-5th Ballast、Hybrid III- 50th Ballast、Hybrid III-95th Ballast;侧碰假人模型包含:SID IIs、SID IIs Floating Rib Guide (FRG)、SID Iis SBL D、EuroSID II、EuroSID II Rib Extension (RE)、World SID 50;后碰假人模型包含:BioRID II。

以上问题的难点是,在进行不同的仿真分析时,假人的坐姿不同,这就需要不同坐姿的假人模型。可借助专业前处理软件ANSA(Abaqus软件的合作商)进行做人坐姿的调整,借助ANSA软件的dummy功能可方便、快捷的生成不同需求坐姿的假人模型。

ANSA软件假人坐姿调整界面

16 安全气囊

为了减小汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性所造成的对驾驶员和乘员的伤害,现代汽车在驾驶员前端方向盘中央和侧面普遍装有安全气囊系统,有些汽车在驾驶员副座前的工具箱上端也装有安全气囊系统。

Abaqus提供了通用的流体空腔功能、通用接触功能,为安全气囊的分析提供了所必须的所有功能。广泛的流体空腔功能(多室、多种气体样本、混合气体)、

流体交换(纤维渗漏、排气孔、通气孔或排气孔的流量等)、充气机(直接或测试数据选项、直接流率和温度可定义成充气时间的函数)、接触(双面接触算法和通用接触算法、边-边接触算法等)、耦合(流固耦合)等。

正面安全气囊

侧面安全气囊

安全气囊薄膜网格单元 前部安全气囊充气分析

侧面安全气囊分析

17 安全带模型

安全带在正面的低速碰撞中可以有效地保护乘员,是使用最为广泛的乘员约束方式。Abaqus中采用MEMBER单元模拟安全带,利用 Abaqus针对安全带开发的滑轮CONNECTOR单元对安全带装置进行准确模拟。

含有预紧器和卷收器的安全带模型

18 电磁分析

Abaqus6.12开始可进行电磁分析。Abaqus/CAE支持电磁场建模功能,电磁场分析模型的信息可在Abaqus/CAE界面中创建,例如材料、截面属性、载荷、边界条件、分析步、输出请求、单元选择及结果可视化处理。并且可进行电-热-结构分析。

Abaqus/CAE建立电磁模型界面

V型管电磁感应加热仿真分析

19 UMAT

UMAT(用户材料子程序)是Abaqus提供给用户自定义材料属性的Fortran程序接口,使用户能使用Abaqus材料库中没有的材料模型。另外用户子程序涵盖了建模、载荷到单元的几乎各个部分。

用户子程序具有以下的功能和特点:

Ø 如Abaqus一些固有选项模型功能有限,用户子程序可以提高Abaqus中这些选项的功能;

Ø 通常用户子程序是用Fortran语言的代码写成;

Ø 可以以几种不同的方式包含在模型中;

Ø 由于其没有存储在restart文件中,如需要,可在重新开始运行时修改它;

Ø 在某情况下可利用Abaqus允许的已有程序;

UMAT流程图

19 UEL

UEL(User defined element),用户自定义子单元。Abaqus强大的原因很大程度上得益于其强大的可编程能力和后处理能力。相对更早进入中国市场的固体分析软件anlysis 来说优势明显。

UEL是将节点位移通过程序来求出节点力,并更新软件计算的一些参量,比如RHS(残余应力的不平衡量)。用户首先根据节点的位移、形状函数插值得到单元位移,根据弹性力学的几何方程得出单元的应变。因此可以说,Abaqus在某种程度上并不是一种商业化软件,而是一款强大的偏微分方程的求解器。