发布时间 : 星期二 文章abaqus建模流程 - 学习笔记更新完毕开始阅读bce42778bceb19e8b9f6ba35
连接点可以是模型中的参考点、网格实体的节点、几何实体的顶点或地面。应尽量选择参考点作为连接单元的连接点，而不要直接使用Solid实体的节点，因为具有旋转属性的连接单元会激活Solid实体节点上的旋转自由度，如果这些旋转自由度没有得到充分的约束，就会造成收敛问题。
连接单元的作用不仅仅是在两个连接点之间施加运动约束，它还有另外一个重要的作用：度量两个连接点的相对运动、力和力矩。
在多体分析中，如果连接属性或边界条件选择不正确，很容易出现过约束。如果ABAQUS无法自动解决过约束问题，则可能出现以下结果：（1）分析过程无法达到收敛；（2）虽然能够达到收敛，但出现远远超过正常数量级的刚体位移；（3）虽然能够达到收敛，位移结果也正确，但某个连接单元反作用力或力矩远远大于应有的值。出现过约束时，在MSG文件中会显示Overconstraint Check和Zero Pivot等警告信息。提示：ABAQUS/Explicit不会显示Zero Pivot等警告信息，因此在进行显示分析前，应首先使用ABAQUS/Standard进行分析，确保模型中没有过约束。
一个正确的多体分析模型应满足如下关系：
实体总数x 6 = 位移边界条件所约束的自由度总数+ 连接单元中受约束的相对运动分量总数 基准坐标系的原点不一定要在连接单元的连接点所在的位置上，只要坐标轴的方向正确即可。 ?
过约束
msg文件中出现 zero pivot 说明 ABAQUS 无法自动解决过约束问题，例如在桩底部的最外一圈节点上即定义了 tie，又定义了 contact, 出现过约束。解决方法是在选择 tie 或 contact 的 slave surface 时，将类型设为 node region, 然后选择区域时不要包含这一圈节点。
7 建立交互作用特性
交互作用是用来建立模型中接触表面或相距很近的表面之间力学关系的对象。可以建立一系列交互作用特性，它和交互作用相互独立，每个交互作用都可以被分配到交互作用特性。交互作用特性共有三种：接触特性（contact）、膜条件特性（file condition）、激励和传导特性（actuator/sensor）
接触交互作用特性可以是切向接触和法向接触，接触面间可以是有摩擦、无摩擦和阻尼接触，还可以相互间分离。接触交互作用特性中通常包含阻尼、热传导、热辐射、摩擦生热等信息。接触交互作用特性可以被通用接触、面对面接触或自我接触等交互作用引用。
膜条件交互作用特性定义膜层传热系数为温度的函数。膜条件特性只能被膜条件交互作用引用。
8 施加边界条件和荷载
实体单元（solid element）只有平动自由度，没有转动自由度，所以施加边界条件时只需约束起平动自由度即可。对于分析刚体来说，约束只能施加给分析刚体的参考点。缺省的情况下，ABAQUS将边界条件传递给其后的每一个分析步。对每一个分析步中的边界条件可以进行编辑和修改。
指定载荷和边界条件可以随着时间相关的幅值定义变化，而且幅值定义既可以参考分析步时间也可以参考总时间。默认情况下，一般静态分析步中使用斜坡幅值曲线（0→1）。在一般分析步中，载荷必须以总量而不是以增量的形式给定。 ?
荷载
1) Concentrated Force ：施加在节点或几何实体顶点上的集中力，表示为力在三个方向上的分量。 2)Moment：施加在节点或几何实体顶点上的弯矩，表示为力矩在三个方向上的分量。 3)Pressure：单位面积荷载（荷载的方向总是与面或边垂直，正值为压力，负值为拉力）。 4) Shell Edge Load：施加在板壳边上的力或弯矩。
5) Surface Traction：施加在面上的单位面积荷载，可以是剪力或任意方向上的力，通过一个向量来描述力的方向。
6) Pipe Pressure：施加在管子内部或外部的压强。 7) Body Force：单位体积上的体力。
8) Line Load：施加在梁上的单位长度线荷载。
9) Gravity：以固定方向施加在整个模型上的均匀加速度，例如重力；ABAQUS根据此加速度和材料属性中的密度来计算相应的荷载。
10) Bolt Load：螺栓或紧固件上的紧固力，或其长度的变化。
11）Generalized Plane Strain：广义平面应变荷载，它施加在由广义平面应变单元所构成区域的参考点上。 12) Rotational body force：由于模型的旋转造成的体力，需要指定角速度或角加速度，以及旋转轴。 13) ConnectorForce：施加在连接单元上的力。 14) Connector Moment：施加在连接单元上的弯矩。 15)温度和电场变量 ?
边界条件
使用主菜中 BC可以定义以下类型的边界条件：（约束）对称/反对称/固支、（施加或约束）位移/转角、速度/角速度、加速度/角加速度、连接单元位移/速度/加速度、温度、声音压力、孔隙压力、电势、质量集中。
XSYMM：对称边界条件，对称面为与坐标轴1垂直的平面，即U1＝UR2＝UR3=0; YSYMM：对称边界条件，对称面为与坐标轴2垂直的平面，即U2＝UR1＝UR3=0; ZSYMM：对称边界条件，对称面为与坐标轴3垂直的平面，即U3＝UR1＝UR2=0; XASYMM：反对称边界条件，对称面为与坐标轴1垂直的平面，即U2＝U3＝UR1=0; YASYMM：反对称边界条件，对称面为与坐标轴2垂直的平面，即U1＝U3＝UR2=0; ZASYMM：反对称边界条件，对称面为与坐标轴3垂直的平面，即U1＝U2＝UR3=0; PINNED：约束所有平移自由度，即U1=U2=U3=0;
ENCASTRE：约束所有自由度（固支边界条件），即U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0.
在边界条件中给出的位移值是相对于模型初始状态的绝对位移值，而不是当前分析步中的增量值。 ?
场变量和荷载状况
使用主菜单Field可以定义场变量（包括初始速度场和温度场变量）。有些场变量与分析步有关，也有些仅仅作用于分析的开始阶段。使用主菜单Load Case 可以定义荷载状况，荷载状况由一系列的荷载和边界条件组成，用于静力摄动分析和稳态动力分析。
9 网格划分
什么是网格？物理部件模型的几何近似，包含许多几何上简单的节点和单元的离散几何体。 （1）进入单元划分模块后，ABAQUS的颜色代表该模型中不同区域适合用哪种方法就行单元划分。绿色表示可以采用结构法划分，黄色表示可以用扫掠法划分，橙色表示该区域不能用缺省的单元（实体单元缺省的单元为六面体单元hexahedral）形状进行单元划分，必须对该区域进行分解后才能用缺省的单元形状进
行单元划分。当然，可以采用四面体单元（tetrahedral）利用自由网格技术对任何形状的模型区域进行单元划分。 ? ? ? ?
自由划分：可以应用到任意平面和曲面
结构划分：结构化的网格划分通常给出了对网格的最大的控制 扫掠划分：在源面中，相邻面之间的二面角不能和180°相差太远。
虚拟拓扑：在某些情况下，装配件的部件实例可能包含一些小的细节，比如表面和边。虚拟拓扑可以忽略这些不重要的细节。
如果部件实例中包含虚拟拓扑，那么它只能使用以下单元通过自由网格技术划分网格： ?自由网格：三角形和四面体单元、用波前法划分的四边形为四边形为主单元网格 ?扫略网格：六面体或者楔形单元
?映射网格：四边形, 三角形, 或者六面体单元 （2） 分解模型（partition）
可以对模型中的边（edge）、面（face）和体（cell）进行分解。用来将边、面、体分解成更小部分的点、边、面都成为模型中的特征体，这些特征体和其他特征体一样可以在特征体管理器中查看。（如：将一个体分解成两部分需要用一个面将体切割成两部分，这个面就成了模型中一个新的特征体。）。
有五种分割特征体可以将一个特征体分解：定义切割面（define cutting plane）、使用基准平面（use datum plane）、延伸平面（extended face）、挤压或旋转边（extrude/sweep edges）、N-sided patch。
一次分解操作仅仅只是将被分解的对象分解成两部分，并不能改变被分解对象所在特征体（部件实例）的整体性。不能对刚体进行单元划分。 （3）设置网格种子 选择Seed part或SeedEdge ? ?
设置全局种子 设置边上的种子 边上的种子无约束圆圈 边上的种子受部分约束三角形 边上的种子受完全约束方形
对于可以用扫掠方法进行网格划分的区域，边的网格种子从选定的边到匹配边自动传播，由分区创建的新边自动继承总体网格种子。 （4）单元划分控制
在 Assign mesh control中指定单元划分方法（结构划分法（structured）、自由划分法（free）、扫掠法（sweep）等等）。操作的对象是被分解后的边、面、和体，可以对同一实例（装配模型的特征体）分解后产生的不同边、面、体分别采用不同的单元划分方法，指定不同的单元类型。
在Assign element type中指定单元类型（六面体单元、四面体单元等等），选择单元库（standard、explicit）、确定线性单元（linear）或者二次单元（quadratic）、确定这两种单元的特性：杂交元（hybrid formulation）、缩减积分（reduced integration）、非协调单元模式（incompatible modes）。 1)
单元形状 二维问题
a) Quad：网格中完全使用四边形单元。
b) Quad-dominated：网格中主要使用四边形单元，但在过渡区域允许出现三角形单元，更容易实现从粗网
格向细网格过渡。
c) Tri: 网格中完全使用三角形单元。 三维问题
a) Hex：网格中完全使用六面体单元。
b) Hex-dominated：网格中主要使用六面体单元，但在过渡区域允许出现锲形（三棱柱）单元。
c) Tet：网格中完全使用四面体单元。 d) Wedge：网格中完全使用楔形单元。
Quad单元（二维）和Hex单元（三维）可以用较小的计算代价得到较高的精度。自由网格采用Tri单元（二维）和Tet单元（三维），一般应选择带内部节点的二次单元来保证精度。结构化网格和扫掠网格一般采用quad单元（二维单元）和hex单元（三维），分析精度较高，因此在划分单元时选择后两种。 2)
三维实体单元类型 ? ? ?
线性（linear)单元又称一阶单元，仅在单元的角点处布置节点，在各方向都采用线性插值； 二次（quadratic)单元又称二阶单元，在每条边上有中间节点，采用二次插值；
修正的（modified)二次单元只有Tri或Tet单元才有这种类型，即在每条边上有中间节点，并采用修正的二次插值
b) 连续体单元
ABAQUS/Standard 的连续体单元库包括二维和三维的线性单元和二次单元，分别可以采用完全积分或减缩积分，另外还有修正的二次Tri 和Tet单元，以及非协调模式单元和杂交单元。
ABAQUS/Explicit 的连续体单元库包括二维和三维的线性减缩积分单元，以及修正的二次Tri和Tet单元。ABAQUS/Explicit 中没有二次完全积分的连续体单元。 c) 线性完全积分（ linear full-integration ) 单元
保持默认的Linear参数，取消对Reduced integration(减缩积分)的选择，例如CPS4单元（4节点四边形双线形平面应力完全积分单元）和C3D8单元（8节点六面体线性完全积分单元）。所谓“完全积分”是指当单元具有规则形状时，所用的离斯积分点的数目足以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。承受弯曲荷载时，线性完全积分单元会出现剪切自锁(shear locking)问题，造成单元过于刚硬，即使划分很细的网格，计算精度仍然很差。
d) 二次完全积分（quadratic-full-integration ) 单元
在Element Type对话框选择 Quadratic 参数，取消对Reduced integration的选择，例如CPS8 (8节点四边形二次平面应力完全积分单元）和C3D20 (20节点六面体二次完全积分单元）。
二次完全积分单元的优点如下。
? 对应力的计算结果很精确，适于模拟应力集中问题； ? —般情况下没有剪切自锁。
但使用这种单元时要注意以下问题 ? 不能用于接触分析；
? 对于弹塑性分析，如果材料是不可压缩性的（例如金属材料），则容易产生体积自锁 (volumetric locking)； ? 当单元发生扭曲或弯曲应力有梯度时，有可能出现某种程度的自锁。 e) 线性减縮积分（linear reduced-integration) 单元
对于Quad单元和Hex单元ABAQUS/CAE 默认的单元类型是线性减缩积分单元，例如CPS4R (4节点四边形双线形平面应力减缩积分单元)和C3D8R（8节点六面体线性减缩积分单元）。减缩积分单元比通常的完全积分单元在每个方向少用一个积分点。线性减缩积分单元只在单元的中心有一个积分点，由于存在所谓“沙漏”（hourglass) 数值问题而过于柔软。ABAQUS在线性减缩积分单元中引人了“沙漏刚度”以限制沙漏模式的扩展。模型中的单元越多，这种刚度对沙漏模式的限制越有效。可以选择沙漏控制参数为Enhanced , RelaxStiffness ,Stiffness ,Viscous或combined。采用线性减缩积分单元模拟承受弯曲荷载的结构时，沿厚度方向上至少应划分四个单元。
线性缩减积分单元有以下优点： ? 对位移的求解结果较精确。
? 网格存在扭曲变形时（例如 Quad单元的角度远远大于或小于 90°），分析精度不会受到大的影响。 ? 在弯曲荷载下不容易发生剪切自锁。 a) 节点数目和插值阶数