[轉(zhuǎn)載]abaqus學(xué)習(xí)經(jīng)驗

—Frequency: 頻率提取分析。
—Modal dynamics: 瞬時模態(tài)動態(tài)分析。
—Random response: 隨機(jī)響應(yīng)分析。
—Response spectrum: 反應(yīng)譜分析。
—Steady-state dynamics: 穩(wěn)態(tài)動態(tài)分析。
[9](pp33)在靜態(tài)分析中,如果模型中不含阻尼或與速率相關(guān)的材料性質(zhì),“時間”就沒有實際的物
理意義。為方便起見,一般都把分析步時間設(shè)為默認(rèn)的1。每創(chuàng)建一個分析步,ABAQUS/CAE 就
會自動生成一個該分析步的輸出要求。
[10] (pp34)自適應(yīng)網(wǎng)格主要用于ABAQUS/Explicit 以及ABAQUS/Standard 中的表面磨損過程
模擬。在一般的ABAQUS/Standard 分析中,盡管也可設(shè)定自適應(yīng)網(wǎng)格,但不會起到明顯的作用。
Step 功能模塊中,主菜單Other→Adaptive Mesh Domain 和Other→Adaptive Mesh Controls 分別
設(shè)置劃分區(qū)域和參數(shù)。
[11](pp37)使用主菜單Field 可以定義場變量(包括初始速度場和溫度場變量)。有些場變量與分
析步有關(guān),也有些僅僅作用于分析的開始階段。使用主菜單Load Case 可以定義載荷狀況。載荷狀
況由一系列的載荷和邊界條件組成,用于靜力攝動分析和穩(wěn)態(tài)動力分析。
[12](pp42)獨立實體是對部件的復(fù)制,可以直接對獨立實體劃分網(wǎng)格,而不能對相應(yīng)的部件劃分
網(wǎng)格。非獨立實體是部件的指針,不能直接對非獨立實體劃分網(wǎng)格,而只能對相應(yīng)的部件劃分網(wǎng)格。
由網(wǎng)格部件創(chuàng)建的實體都是非獨立實體。
[13](pp45)Quad 單元(二維區(qū)域內(nèi)完全使用四邊形網(wǎng)格)和Hex 單元(三維區(qū)域內(nèi)完全使用六
面體網(wǎng)格)可以用較小的計算代價得到較高的精度,因此應(yīng)盡可能選擇這兩種單元。
[14](pp45)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和掃掠網(wǎng)格一般采用Quad 單元和Hex 單元,分析精度相對較高。因此優(yōu)
先 選用這兩種劃分技術(shù)。使用自由網(wǎng)格劃分技術(shù)時,一般來說,節(jié)點的位置會與種子的位置相吻
合。使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和掃掠網(wǎng)格劃分技術(shù)時,如果定義了受完全約束的種子,劃分可能失敗。
[15](pp45)劃分網(wǎng)格的兩種算法:
中性軸算法(Medial Axis):
(1)中性軸算法(Medial Axis)更易得到單元形狀規(guī)則的網(wǎng)格,但網(wǎng)格與種子的位置吻合得較差。
(2)在二維區(qū)域中,使用此算法時選擇Minimize the mesh transition(最小化網(wǎng)格的過渡)可提
高網(wǎng)格質(zhì)量,但更容易偏離種子。當(dāng)種子布置得較稀疏時,使用中性軸算法得到的單元形狀更規(guī)則。
(3)如果在模型的一部分邊上定義了受完全約束的種子,中性軸算法會自動為其他的邊選擇最佳
的種子分布。
(4)中性軸算法不支持由CAD 模型導(dǎo)入的不精確模型和虛擬拓?fù)洹?/span>
Advancing Front 算法
(1) 網(wǎng)格可以與種子的位置很好地吻合,但在較窄的區(qū)域內(nèi),精確匹配每粒種子可能會使網(wǎng)格
歪斜。
(2) 更容易得到單元大小均勻的網(wǎng)格。有些情況下, 單元均勻是很重要的, 例如在
ABAQUS/Explicit 中,網(wǎng)格中的小單元會限制增量步長。

(3) 容易實現(xiàn)從粗網(wǎng)格到細(xì)網(wǎng)格的過渡。
(4) 支持不精確模型和二維模型的虛擬拓?fù)洹?/span>
[16](pp50)網(wǎng)格劃分失敗時的解決辦法
網(wǎng)格劃分失敗的原因:
(1) 幾何模型有問題,例如模型中有自由邊或很小的邊、面、尖角、裂縫等。
(2) 種子布置得太稀疏。
如果無法成功地劃分Tet 網(wǎng)格,可以嘗試以下措施:
(1) 在Mesh 功能模塊中,選擇主菜單Tools→Query 下的Geometry Diagnostics,檢查模型中
是否有自由邊、短邊、小平面、小尖角或微小的裂縫。如果幾何部件是由CAD 模型導(dǎo)入的,
則應(yīng)注意檢查是否模型本身就有問題(有時可能是數(shù)值誤差導(dǎo)致的);如果幾何部件是在
ABAQUS/CAE 中創(chuàng)建的,應(yīng)注意是否在進(jìn)行拉伸或切割操作時,由于幾何坐標(biāo)的誤差,出
現(xiàn)了上述問題。
(2) 在Mesh 功能模塊中,可以使用主菜單Tools→Virtual Topology(虛擬拓?fù)?來合并小的邊
或面,或忽略某些邊或頂點。
(3) 在Part 功能模塊中,點擊主菜單Tools→Repair,可以修復(fù)存在問題的幾何實體。
(4) 在無法生成網(wǎng)格的位置加密種子。
[17](pp51)網(wǎng)格質(zhì)量檢查
在Mesh 功能模塊中,點擊主菜單Mesh→Verify,可以選擇部件、實體、幾何區(qū)域或單元,檢查其
網(wǎng)格的質(zhì)量,獲得節(jié)點和單元信息。在Verify Mesh 對話框,選擇Statistical Checks(統(tǒng)計檢查)
可以檢查單元的幾何形狀,選擇Analysis Checks(分析檢查)可以檢查分析過程中會導(dǎo)致錯誤或
警告信息的單元。單擊Highlight 按鈕,符合檢查判據(jù)的單元就會以高亮度顯示出來。
[18](pp51)單元類型
ABAQUS 擁有433 種單元,分8 大類:連續(xù)體單元(continuum element,即實體單元solid
element)、殼單元、薄膜單元、梁單元、桿單元、剛體單元、連接單元和無限元。
(1) 線性單元(即一階單元);二次單元(即二階單元);修正的二次單元(只有Tri 或Tet 才有
此類型)。
(2) ABAQUS/Explicit 中沒有二次完全積分的連續(xù)體單元。
(3) 線性完全積分單元的缺點:承受彎曲載荷時,會出現(xiàn)剪切自鎖,造成單元過于剛硬,即使
劃分很細(xì)的網(wǎng)格,計算精度仍然很差。
(4) 二次完全積分單元的優(yōu)點:(A)應(yīng)力計算結(jié)果很精確,適合模擬應(yīng)力集中問題;(B)一般
情況下,沒有剪切自鎖問題。但使用這種單元時要注意:(A)不能用于接觸分析;(B)對
于彈塑性分析,如果材料不可壓縮(例如金屬材料),則容易產(chǎn)生體積自鎖;(C)當(dāng)單元發(fā)
生扭曲或彎曲應(yīng)力有梯度時,有可能出現(xiàn)某種程度的自鎖。
(5) 線性減縮積分單元在單元中心只有一個積分點,存在沙漏數(shù)值問題而過于柔軟。采用這種
單元模擬承受彎曲載荷的結(jié)構(gòu)時,沿厚度方向上至少應(yīng)劃分四個單元。優(yōu)點:(A)位移計
算結(jié)果較精確;(B)網(wǎng)格存在扭曲變形時(例如Quad 單元的角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或小于90o),

分析精度不會受到明顯的影響;(C)在彎曲載荷下不易發(fā)生剪切自鎖。缺點:(A)需要較
細(xì)網(wǎng)格克服沙漏問題;(B)如果希望以應(yīng)力集中部位的節(jié)點應(yīng)力作為分析目標(biāo),則不能選
用此單元。
(6) 二次減縮積分單元不但保持線性減縮積分單元的上述優(yōu)點,還具有如下特點:(A)即使不
劃分很細(xì)的網(wǎng)格也不會出現(xiàn)嚴(yán)重的沙漏問題;(B)即使在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下,對自鎖問題也
不敏感。使用這種單元要注意:(A)不能用于接觸分析;(B)不能用于大應(yīng)變問題;(C)
存在與線性減縮積分單元類似的問題,即節(jié)點應(yīng)力的精度往往低于二次完全積分單元。
(7) 非協(xié)調(diào)模式單元可克服線性完全積分單元中的剪切自鎖問題,僅在ABAQUS/Standard 有。
優(yōu)點:(A)克服了剪切自鎖問題,在單元扭曲比較小的情況下,得到的位移和應(yīng)力結(jié)果很
精確;(B)在彎曲問題中,在厚度方向上只需很少的單元,就可以得到與二次單元相當(dāng)?shù)?/span>
結(jié)果,而計算成本卻明顯降低;(C)使用了增強(qiáng)變形梯度的非協(xié)調(diào)模式,單元交界處不會
重疊或開洞,因此很容易擴(kuò)展到非線性、有限應(yīng)變得位移。但使用這種單元時要注意:如
果所關(guān)心部位的單元扭曲比較大,尤其是出現(xiàn)交錯扭曲時,分析精度會降低。
(8) 使用Tri 或Tet 單元要注意:(A)線性Tri 或Tet 單元的精度很差,不要在模型中所關(guān)心的
部位及其附近區(qū)域使用;(B)二次Tri 或Tet 單元的精度較高,而且能模擬任意的幾何形狀,
但計算代價比Quad 或Hex 單元大,因此如果能用Quad 或Hex 單元,就盡量不要使用Tri
或Tet 單元;(C)二次Tet 單元(C3D10)適于ABAQUS/Standard 中的小位移無接觸問題;
修正的二次Tet 單元(C3D10M)適于ABAQUS/Explicit 和ABAQUS/Standard 中的大變形和
接觸問題;(D)使用自有網(wǎng)格不易通過布置種子來控制實體內(nèi)部的單元大小。
(9) 雜交單元 在ABAQUS/Standard 中,每一種實體單元都有其對應(yīng)的雜交單元,用于不可壓
縮材料(泊松比為0.5,如橡膠)或近似不可壓縮材料(泊松比大于0.475)。除了平面應(yīng)力
問題之外,不能用普通單元來模擬不可壓縮材料的響應(yīng),因為此時單元中的應(yīng)力士不確定
的。ABAQUS/Explicit 中沒有雜交單元。
[19](pp57)在混合使用不同類型單元時,應(yīng)確保其交界處遠(yuǎn)離所關(guān)心的區(qū)域,并仔細(xì)檢查分析結(jié)
果是否正確。對于無法完全采用Hex 單元網(wǎng)格的實體,還可采用以下方法:(A)對整個實體劃分
Tet 單元網(wǎng)格,使用二次單元C3D10 或修正的二次單元C3D10M,同樣可以達(dá)到所需精度,只是計
算時間較長;(B)改變實體中不重要部位的幾何形狀,然后對整個實體采用Hex 單元網(wǎng)格。
[20](pp60)三維實體單元類型的選擇原則
(1)對于三維區(qū)域,盡可能采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分或掃掠網(wǎng)格劃分技術(shù),從而得到Hex 單元網(wǎng)格,
減小計算代價,提高計算精度。當(dāng)幾何形狀復(fù)雜時,也可以在不重要的區(qū)域使用少量楔形單元。
(2)如果使用了自由網(wǎng)格劃分技術(shù),Tet 單元類型應(yīng)選擇二次單元。在ABAQUS/Explicit 中應(yīng)選擇
修正的Tet 單元C3D10M,在ABAQUS/Standard 中可以選擇C3D10,但如果有大的塑性變形,或
模型中存在接觸,而且使用的是默認(rèn)的硬接觸關(guān)系,則也應(yīng)選擇修正的Tet 單元C3D10M。
(3)ABAQUS 的所有單元均可用于動態(tài)分析,選取單元的一般原則與靜力分析相同。但在使用
ABAQUS/Explicit 模擬沖擊或爆炸載荷時,應(yīng)選用線性單元,因為它們具有集中質(zhì)量公式,模擬應(yīng)
力波的效果優(yōu)于二次單元所采用的一致質(zhì)量公式。

如果使用的是 ABAQUS/Standard,在選擇單元類型時還應(yīng)該注意:
(1) 對于應(yīng)力集中問題,盡量不要使用線性減縮積分單元,可使用二次單元來提高精度。如果
在應(yīng)力集中部位進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)化,使用二次減縮積分單元與二次完全積分單元得到的應(yīng)力
結(jié)果相差不大,而二次減縮積分單元的計算時間相對較短。
(2) 對于彈塑性分析,如果材料是不可壓縮性的(例如金屬材料),則不能使用二次完全積分單
元,否則會出現(xiàn)體積自鎖問題,也不要使用二次Tri 或Tet 單元。推薦使用的是修正的二次
Tri 或Tet 單元、 非協(xié)調(diào)單元以及線性減縮積分單元。
(3) 如果模型中存在接觸或大的扭曲變形,則應(yīng)使用線性Quad 或Hex 單元以及修正的二次Tri
或Tet 單元,而不能使用其它的二次單元。
(4) 對于以彎曲為主的問題,如果能夠保證在所關(guān)心的部位的單元扭曲較小,使用非協(xié)調(diào)單元
可以得到非常精確的結(jié)果。
(5) 除了平面應(yīng)力問題之外,如果材料是完全不可壓縮的(如橡膠材料),則應(yīng)使用雜交單元;
在某些情況下,對于近似不可壓縮材料也應(yīng)使用雜交單元。
[21](pp61)殼單元類型及選擇原則
如果一個薄壁構(gòu)件的厚度遠(yuǎn)小于其典型結(jié)構(gòu)整體尺寸(一般為小于1/10),并且可以忽略厚度
方向的應(yīng)力,就可以用殼單元來模擬此結(jié)構(gòu)。殼體問題可分兩類:薄殼問題(忽略橫向剪切變形)
和厚殼問題(考慮橫向剪切變形)。對于單一各向同性材料,一般當(dāng)厚度和跨度的比值小于1/15 時,
可以認(rèn)為是薄殼;大于1/15 時,則可以認(rèn)為是厚殼。對于復(fù)合材料,這個比值要更小一些。
按薄殼和厚殼分為:通用殼單元和特殊用途殼單元。前者對薄殼和厚殼均有效;
按單元定義方式可分為:常規(guī)殼單元和連續(xù)體殼單元。前者通過定義單元的平面尺寸、表面法向何
初始曲率來對參考面進(jìn)行離散,只能在截面屬性中定義殼的厚度,不能通過節(jié)點來定義殼的厚度。
后者類似于三維實體單元,對整個三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散。
選擇原則:
(1) 對于薄殼問題,常規(guī) 殼單元的性能優(yōu)于連續(xù)體單元;而對于接觸問題,連續(xù)體殼單元的計
算結(jié)果更加精確,因為它能在雙面接觸中考慮厚度的變化。
(2) 如果需要考慮薄膜模式或彎曲模式的沙漏問題, 或模型中有面內(nèi)彎曲, 在
ABAQUS/Standard 中使用S4 單元可獲得很高的精度。
(3) S4R 單元性能穩(wěn)定,適用范圍很廣。
(4) S3/S3R 單元可以作為通用殼單元使用。由于單元中的常應(yīng)變近似,需要劃分較細(xì)的網(wǎng)格來
模擬彎曲變形或高應(yīng)變梯度。
(5) 對于復(fù)合材料,為模擬剪切變形的影響,應(yīng)使用適于厚殼的單元(例如S4、S4R、S3、S3R、
S8R),并要注意檢查截面是否保持平面。
(6) 四邊形或三角形的二次殼單元對剪切自鎖或薄膜自鎖都不敏感,適用于一般的小應(yīng)變薄殼。
(7) 在接觸模擬中,如果必須使用二次單元,不要選擇STRI65 單元,而應(yīng)使用S9R5。
(8) 如果模型規(guī)模很大且只表現(xiàn)幾何線性,使用S4R5 單元(線性薄殼單元)比通用殼單元更
節(jié)約計算成本。
石亦平ABAQUS 有限元分析實例祥解之讀后小結(jié)
第 6 頁共 6 頁
(9) 在ABAQUS/Explicit 中,如果包含任意大轉(zhuǎn)動和小薄膜應(yīng)變,應(yīng)選用小薄膜應(yīng)變單元。
[22] 梁單元類型的選擇
如果一個構(gòu)件橫截面的尺寸遠(yuǎn)小于其軸向尺度(一般的判據(jù)為小于1/10),并且沿長度方向的應(yīng)力
是最重要的因素,就可以考慮梁單元來模擬此結(jié)構(gòu)。ABAQUS 中的所有單元都是梁柱類單元,即可
以產(chǎn)生軸向變形、彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。Timoshenko 梁單元還考慮了橫向剪切變形的影響。B21
和B31(線性梁單元)以及B22 和B32 單元(二次梁單元)是考慮剪切變形的Timoshenko 梁單
元,它們既適用于模擬剪切變形起重要作用的深梁,又適用于模擬剪切變形不太重要的細(xì)長梁。這
些單元的截面特性與厚殼單元的橫截面特性相同。
ABAQUS/Standard 中三次單元B23 和B33 被稱為Euler-Bernoulli 梁單元,它們不能模擬剪切變形,
但適合于模擬細(xì)長的構(gòu)件(很截面的尺寸小于軸向尺度的1/10)。由于三次單元可以模擬沿長度方
向的三階變量,所以只需劃分很少的單元就可以得到很精確的結(jié)果。
選擇原則:
(1) 在任何包含接觸的問題中,應(yīng)使用B21 或B31 單元(線性剪切應(yīng)變梁單元)。
(2) 如果橫向剪切變形很重要,則應(yīng)采用B22 或B32 單元(二次Timoshenko 梁單元)。
(3) 在ABAQUS/Standard 中的幾何非線性模擬中,如果結(jié)構(gòu)非常剛硬或非常柔軟,應(yīng)使用雜交
單元,例如B21H 或B32H 單元。
(4) 如果在ABAQUS/Standard 中模擬具有開口薄壁橫截面的結(jié)構(gòu),應(yīng)使用基于橫截面翹曲理論
的兩單元,例如B31OS 或B32OS 單元。