ABAQUS基础——分析模型的组成

2013-08-14 by:CAD三维设计应用中心来源:仿真在线

ABAQUS基础——分析模型的组成

一个完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit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。这三个步骤通过文件之间建立的联系如下

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前处理(ABAQUS/CAE)

在前处理阶段需要定义物理问题的模型并生成一个ABAQUS输入文件。尽管一个简单分析可以直接用文本编辑器生成ABAQUS输入文件,通常的做法是使用ABAQUS/CAE或其它前处理程序,在图形环境下生成模型。

模拟计算(ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit)

模拟计算阶段使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解输入文件中所定义的数值模型,它通常以后台方式运行。以应力分析的输出为例,包括位移和应力的输出数据保存在二进制文件中以便于后处理。完成一个求解过程所需的时间可以从几秒到几天不等,这取决于所分析问题的复杂程度和所使用计算机的运算能力。

后处理(ABAQUS/CAE)

一旦完成了模拟计算并得到了位移、应力或其它基本变量后,就可以对计算结果进行评估。评估通常可以通过ABAQUS/CAE的可视化模块或其它后处理软件在图形环境下交互式进行。可视化模块可以将读入的二进制输出数据库中的文件以多种方法显示结果,包括彩色等值线图、动画、变形图和X-Y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分组成,它们共同描述了所分析的物理问题和获得的结果。一个分析模型至少要包含如下的信息:离散化的几何形体、单元特性(element section properties)、材料数据、荷载和边界条件、分析类型和输出要求。

离散化的几何形体

有限单元和节点定义了ABAQUS所模拟的物理结构的基本几何形状。模型中的每一个单元都代表了物理结构的离散部分,即许多单元依次相连组成了结构,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合称为网格(mesh)。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、位置和所有单元的总数都会影响模拟计算的结果。一般说来,网格的密度越高(即在网格中单元的数量越大),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描述的准确程度。

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梁截面的尺寸数据就不能通过单元节点来定义。这些附加的几何数据可由单元的物理特性定义,对于定义完整的模型几何形状它们是必要的。(见第3章“有限单元和刚性体”)。

材料数据

对于所有单元必须指定其材料特性。然而由于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,所以ABAQUS计算结果的有效性受材料数据的准确程度和范围的制约。

加载和边界条件

加载干扰了实际结构并因而产生应力。最常见的加载形式包括:

·点载荷

·表面压力载荷

·体力,如重力

·热载荷

应用边界条件可以约束模型的某一部分保持固定(零位移)或移动指定大小的位移值(非零位移)。

在静态分析中需要应用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,没有约束的刚体位移会导致刚度矩阵产生奇异。在求解阶段,求解器将发生问题,并可能引起模拟过程过早中断。在模拟过程中,如果查出了求解器问题,ABAQUS/Standard将发出警告信息。用户要知道如何解释这些错误信息,这一点十分重要。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),用户必须检查是否整个或者部分模型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大的瞬时运动;因此,在动力分析时,求解器的警告信息通常提示了某些其它的模拟问题,如过度塑性。

分析类型

ABAQUS可以进行多种不同类型的模拟分析。但本指南仅涉及两种最常见的类型:静态(static)和动态(dynamic)应力分析。

静态分析获得的是外载作用下结构的长期响应。在其它情况下,可能令人感兴趣的是加载结构的动态响应:例如,在部件上突然加载的影响,如发生在冲击过程中的响应,或在地震时建筑物的响应。

输出要求

ABAQUS的模拟计算过程会产生大量的输出数据。为了避免占用过多的磁盘空间,用户可根据所研究问题的需要对输出数据进行限制。

通常应用ABAQUS/CAE等前处理工具来定义模型中必要的输出信息。

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