ABAQUS基礎——分析模型的組成

2013-08-14 by:CAD三維設計應用中心來源:仿真在線

ABAQUS基礎——分析模型的組成

一個完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit分析過程,通常由三個明確的步驟組成:前處理、模擬計算和后處理。這三個步驟通過文件之間建立的聯系如下

ABAQUS基礎——分析模型的組成ansys結構分析圖片1

前處理(ABAQUS/CAE)

在前處理階段需要定義物理問題的模型并生成一個ABAQUS輸入文件。盡管一個簡單分析可以直接用文本編輯器生成ABAQUS輸入文件,通常的做法是使用ABAQUS/CAE或其它前處理程序,在圖形環境下生成模型。

模擬計算(ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit)

模擬計算階段使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解輸入文件中所定義的數值模型,它通常以后臺方式運行。以應力分析的輸出為例,包括位移和應力的輸出數據保存在二進制文件中以便于后處理。完成一個求解過程所需的時間可以從幾秒到幾天不等,這取決于所分析問題的復雜程度和所使用計算機的運算能力。

后處理(ABAQUS/CAE)

一旦完成了模擬計算并得到了位移、應力或其它基本變量后,就可以對計算結果進行評估。評估通?？梢酝ㄟ^ABAQUS/CAE的可視化模塊或其它后處理軟件在圖形環境下交互式進行。可視化模塊可以將讀入的二進制輸出數據庫中的文件以多種方法顯示結果,包括彩色等值線圖、動畫、變形圖和X-Y曲線圖等。

2.1 ABAQUS分析模型的組成

ABAQUS模型通常由若干不同的部分組成,它們共同描述了所分析的物理問題和獲得的結果。一個分析模型至少要包含如下的信息:離散化的幾何形體、單元特性(element section properties)、材料數據、荷載和邊界條件、分析類型和輸出要求。

離散化的幾何形體

有限單元和節點定義了ABAQUS所模擬的物理結構的基本幾何形狀。模型中的每一個單元都代表了物理結構的離散部分,即許多單元依次相連組成了結構,單元之間通過公共節點彼此相互連結,模型的幾何形狀由節點坐標和節點所屬單元的聯結所確定。模型中所有的單元和節點的集合稱為網格(mesh)。通常,網格只是實際結構幾何形狀的近似表達。

網格中單元類型、形狀、位置和所有單元的總數都會影響模擬計算的結果。一般說來,網格的密度越高(即在網格中單元的數量越大),計算結果就越精確。隨著網格密度增加,分析結果會收斂到唯一解,但用于分析計算所需的時間也會增加。通常,數值解是所模擬的物理問題的近似解答,近似的程度取決于模型的幾何形狀、材料特性、邊界條件和載荷對物理問題描述的準確程度。

單元特性

ABAQUS擁有廣泛的單元選擇范圍,其中許多單元的幾何形狀不能完全由它們的節點坐標來定義。例如,復合材料殼的疊層或工字型梁截面的尺寸數據就不能通過單元節點來定義。這些附加的幾何數據可由單元的物理特性定義,對于定義完整的模型幾何形狀它們是必要的。(見第3章“有限單元和剛性體”)。

材料數據

對于所有單元必須指定其材料特性。然而由于高質量的材料數據是很難得到的,尤其是對于一些復雜的材料模型,所以ABAQUS計算結果的有效性受材料數據的準確程度和范圍的制約。

加載和邊界條件

加載干擾了實際結構并因而產生應力。最常見的加載形式包括:

·點載荷

·表面壓力載荷

·體力,如重力

·熱載荷

應用邊界條件可以約束模型的某一部分保持固定(零位移)或移動指定大小的位移值(非零位移)。

在靜態分析中需要應用足夠的邊界條件以防止模型在任意方向上的剛體移動;否則,沒有約束的剛體位移會導致剛度矩陣產生奇異。在求解階段,求解器將發生問題,并可能引起模擬過程過早中斷。在模擬過程中,如果查出了求解器問題,ABAQUS/Standard將發出警告信息。用戶要知道如何解釋這些錯誤信息,這一點十分重要。如果在靜態應力分析時看見警告信息“numerical singularity”(數值奇異)或“zero pivot”(主元素為零),用戶必須檢查是否整個或者部分模型缺少限制剛體平動或轉動的約束。

在動態分析中,由于結構模型中的所有分離部分都具有一定的質量,其慣性力可防止模型產生無限大的瞬時運動;因此,在動力分析時,求解器的警告信息通常提示了某些其它的模擬問題,如過度塑性。

分析類型

ABAQUS可以進行多種不同類型的模擬分析。但本指南僅涉及兩種最常見的類型:靜態(static)和動態(dynamic)應力分析。

靜態分析獲得的是外載作用下結構的長期響應。在其它情況下,可能令人感興趣的是加載結構的動態響應:例如,在部件上突然加載的影響,如發生在沖擊過程中的響應,或在地震時建筑物的響應。

輸出要求

ABAQUS的模擬計算過程會產生大量的輸出數據。為了避免占用過多的磁盤空間,用戶可根據所研究問題的需要對輸出數據進行限制。

通常應用ABAQUS/CAE等前處理工具來定義模型中必要的輸出信息。

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