Abaqus各模块介绍及对比

2017-03-18 by:CAE仿真在线来源:互联网

1、ABAQUS各模块介绍

ABAQUS有两个主要的分析模块:ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。其中ABAQUS/Standard还有两个特殊用途的附加分析模块:ABAQUS/Aqua和ABAQUS/Design。另外,还有ABAQUS分别与ADAMS/Flex,C-MOLD和Mold flow的接口模块:ABAQUS/ADAMS, ABAQUS/C-MOLD和ABAQUS/ MOLDFLOW。ABAQUS/CAE是完全的ABAQUS工作环境模块,它包括了ABAQUS模型的构造,交互式提交作业、监控作业过程以及评价结果的能力。ABAQUS/Viewer是ABAQUS/CAE的子集,它具有后处理功能。

ABAQUS/Standard是一个通用分析模块,它能够求解领域广泛的线性和非线性问题,包括静力、动力、热和电问题的响应等。

ABAQUS/Explicit是用于特殊目的分析模块,它采用显式动力有限元列式,适用于像冲击和爆炸这类短暂,瞬时的动态事件,对加工成形过程中改变接触条件的这类高度非线性问题也非常有效。两个分析模块的ABAQUS/CAE界面是一样的,两个模块的输出也是类似的,不论哪个模块都可以采用可视化图形进行后处理。

ABAQUS/CAE(Complete ABAQUS Environment)是ABAQUS的交互式图形环境,用它可方便而快捷地构造模型,只需生成或输入要分析结构的几何形状,并把它分解为便十网格化的若干区域。并对几何体赋十物理和材料特性、荷载以及边界条件。ABAQUS/CAE具有对几何体划分网格的强大功能,并可检验所形成的分析模型。一旦模型生成,ABAQUS/CAE可提交并监控要分析的作业,可视化模块就可用来显式结果。

2、ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比较

ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit都具有解决广泛的各种类型问题的能力。对于一个给定的间题,隐式和显式算法的特点决定了采用哪一种算法更适合。对于采用任何算法都可以解决的间题,求解间题的效率可能决定了采用哪种产品。下表列出了两者之间的主要区别。

参量	ABAQUS/Standard	ABAQUS/Explicit
单元库	提供了丰富的单元库	提供了适用于显式分析的丰富的单元库,这个单元库是ABAQUS/Stnndard单元库的子集
分析过程	一般过程和线性摄动过程	一般过程
材料模型	提供了广泛的材料模型	类似于在ABAQUS/Stnndard中的材料模型;一个显著的区别是提供了允许材料失效的模型
接触公式	对于求解接触问题,具有强健的能力	具有强健的接触功能甚至能够解决最复杂的接触模拟
求解技术	应用基于刚度的求解技术,具有无条件稳定性	应用显式积分求解技术,具有条件稳定性
磁盘空间和内存	由于在增量步中大最的迭代,可能占用大量的磁盘空间和内存	磁盘空间和内存的占用量相对于ABAQUS/Stnndard要小很多

此外,两者的区别还包括:

1)ABAQUS/Standard

没有稳定时间增量的限制:完成指定分析,一般需要较少的时间增量;

因为每个增量步都需要求解线性方程组,所以每个增量步的费用非常昂贵;

适合于模拟与模型的振动频率相比研究响应周期较长的问题;

由于时间增量的限制,使用显式动力学求解效率很低;

用于具有适度非线性的问题,其中非线性是平滑的(比如,塑性);

如果是平滑的非线性响应, Abaqus/Standard需要较少次数的迭代找到收敛解。

2)ABAQUS/Explicit

有稳定时间增量的限制: 完成指定分析,一般需要较多的时间增量;

因为不需要求解线性方程组,所以每个增量步的费用较低;

所有的计算费用与单元计算相关;

适合于模拟高速动力学问题;

需要较少的时间增量,隐式动力学效率较低;

对于包含不连续的非线性问题,一般更加可靠;

接触行为是不连续的,并且包含碰撞,对于隐式时间积分,接触和碰撞将产生求解问题;

其它不连续行为包括屈曲和材料失效。

3、隐式(Standard)或者显式(Explicit)方法的选择

隐式或者显式方法之间的选择,很大程度上依赖于问题的性质。

对于许多分析,应该选择ABAQUS/Standard还是ABAQUS/Explicit是比较明显的。例如,对于求解光滑的非线性问题,ABAQUS/Standard更有效;另一方面,对于波的传播分析,应该明确地选择ABAQUS/Explicit,然而,有一些静态或准静态问题,应用任何程序都能很好地进行模拟。特别地,有些问题一般是使用ABAQUS/Standard进行求解的,但是由于接触或者材料的复杂性,可能难以收敛,从而导致大量的迭代。由于每次迭代都需要求解由大量线性方程组成的方程组,所以这些使用ABAQUS/Standard的分析,其代价是相当大的。

ABAQUS/Standard必须进行通过迭代确定非线性问题的解答,而ABAQUS/Explicit通过由前一增量步的数据显式地前推动力学状态,确定解答无须进行迭代。应用显式方法,即便对于一个给定的可能需要大量时间增量步的分析,如果同样的分析应用ABAQUS/Standard需要大量的迭代,那么应用ABAQUS/Explicit进行分析可能是更为有效的。

对于同样的模拟,ABAQUS/Explicit的另一个优点是它需要的磁盘空间和内存远远小于ABAQUS/Standard。对于需要比较两个程序计算成本的问题,能节省大量的磁盘空间和内存使得ABAQUS/Explicit更具有吸引力。

从在隐式和显式分析中网格加密的成本角度来看,使用显式方法,机时消耗与单元数量成正比,并且大致与最小单元的尺寸成反比。由于增加了单元的数量和减小了最小单元的尺寸,因此网格细划增加了计算成本。对于显式方法,可以很直接地预测随着网格细划带来的成本增加,而当采用隐式方法时,预测成本是非常困难的。困难来自于在单元连接和求解成本之间的关系,而在显式方法中不存在这种关系。应用隐式方法,经验表明对于许多间题的计算成本大致与自由度数目的平方成正比。所以,只要网格是相对均匀的,随着模型尺寸的增长,显式方法表明比隐式法节省了大量的计算成本,也就是说在尺寸较小时,隐式方法的计算成本更小,而随着尺寸增大到一定值后,显式方法的计算成本反而更小。

4、一般的适用范围(待补充)

隐式方法(standard)

适合于模拟与振型的振动频率相比研究响应周期较长的问题;

用于具有适度非线性问题,其中非线性是平滑的;

显式方法(explicit)

模拟高速动力学问题,需要较少的时间增量;

适合求解冲击,穿透等高度非线性动力响应问题;

对于包含不连续的非线性问题,一般效率高;

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