发布时间 : 星期三 文章abaqus建模流程 - 学习笔记更新完毕开始阅读
载荷步step，每一步step根据ABAQUS自动载荷增量，分成若干增量increments，每一增量施加一定的载荷，然后每一增量通过若干迭代步iteration 进行迭代，当系统达到平衡时，迭代结束，完成一个增量。当所有的增量都完成后，计算结束，所有增量响应的总和就是非线性分析的近似解；反之，计算可能出现发散。这时，可以通过采用多钟方法（如调整放大质量系数，单元网格优化等）调整增量大小，使计算继续进行。
ABAQUS/Explicit在求解非线性问题时不需要进行迭代，而是显示地从上一个增量步的静力学状态来推出动力学平衡方程的解。ABAQUS/Explicit 的求解过程需要大量的增量步，但由于不进行迭代，也不需要求解全体方程组，其每个增量步的计算成本很小，可以很高效地求解复杂的非线性问题。
Automatic即增量步的大小由ABAQUS自动控制，根据分析结果的收敛情况自动增大或减小增量步。在默认情况下，如果经过16次迭代的解仍不能收敛或者结果显示出发散，ABAQUS/Standard就放弃当前增量步，并将增量步的值设置为原来值的25%，重新开始计算。利用比较小的载荷增量来尝试找到收敛的解答。若此增量仍不能使其收敛，ABAQUS/Standard将再次减小增量步的值。在中止分析之前，ABAQUS/Standard 默认地允许至多5次减小增量步的值。如果连续两个增量步都只需少于5次的迭代就可以得到收敛解，ABAQUS/Standard 会自动地将增量步的值提高50%。
（2）允许的增量步最大数目：100，即如果经过100个增量步后结果还不收敛，则分析中止。
（3）初始增量步大小：0.1。用户只需在每个分析步模拟中给出第1个增量步的值，然后，ABAQUS/Standard 自动地调整后续增量步的值。对于简单的问题，可以直接令初始增量步等于分析步时间（例如令初始增量步等1）。对于复杂的非线性问题（例如模型中有复杂的接触或大的塑性变形），ABAQUS/Standard不得不反复减小增量步，从而导致占用了CPU时间以及甚至不能收敛，可以尝试减小初始增量步。 （4）允许的最小增量步：10-5允许的最大增量步：1
（5）在静态分析中，如果模型中不包含阻尼或与速率相关的材料性，“时间”就没有实际的物理意义。方便起见，一般都把分析步时间设为默认的1。
（6）对于复杂的三维问题，如果出现收敛困难，可以使用额外的分析步和边界条件，将荷载逐步施加到模型上。即在接触分析中，如果在第一个分析步中就把全部载荷施加到模型上，有可能分析无法收敛，建议先定义一个只有很小载荷（或位移）的分析步，让接触关系平稳地建立起来，然后在下一个分析步中再施加真实的载荷。这样虽然分析步的数目增多了，但减小了收敛的困难，计算时间可能反而会缩短。 ? 设定自适应网格
分析锻压、拉拔和轧制等大变形问题时，模型的几何形状发生显著变化，网格会产生严重的扭曲变形，导致分析精度下降，稳定步长缩短，甚至无法达到收敛。ABAQUS的自适应网格功能允许单元网格独立于材料移动，从而在大变形分析过程中也能始终保证高质置的网格。
自适应网格主要用于ABAQUS/Explicit, 以及ABAQUS/Standard中的表面磨损过程模拟。在一般的 ABAQUS/Standard分析中尽管也可以设定自适应网格，但不会起到明显的作用。
点击Step 功能模块的主菜单Other——Adaptive Mesh Domain可以设定自适应网格的有效区域，点击主菜单Other——Adaptive Mesh Controls可以设置自适应网格的参数。ABAQUS的自适应网格不改变网格的拓扑结构（单元和连接关系），它结合了纯拉格朗日分析（网格跟随材料终动）和欧拉分析（网格位置固定，材料在网格中流动），被称为“任意拉格朗日- 欧拉（ALE) 分析”。它通常比纯拉格朗日分析更有效、
更精确和更稳定。
对于ABAQUS/Standard 的通用分析步，可以点击Step功能模块的主菜单 Other—General Solution Controls来控制收敛算法和时间积分精度。对于静力问题的通用分析步和线性摄动分析步，以及稳态传热问题，可以点击主菜单Other->Solver Controls 来控制迭代线性方程求解器的参数。 ? 设定几何非线性（Nlgeom）
进行弹塑性分析时，如果模型的位移较大，则设定几何非线性为on。当然弹塑性分析中并不一定要考虑几何非线性，几何非线性的含义是位移的大小对结构的响应发生影响，例如大位移、大转动、初始应力、几何刚性化和突然翻转等。 ? 分析控制
?为Abaqus/Explicit分析定义自适应网格区域和自适应网格控制。 ?为接触问题定制求解控制。
?定制一般求解控制，用于控制Abaqus中的收敛控制参数和时间积分精度算法。
5 选择监视自由度
在分析过程中，可以有效的显示求解历程，为求解过程提供简单的指示。选定某个自由度，指示当前解的位置。比如在结构突变分析过程中，监控选定薄板拱形结构的中点。
6 建立交互作用（接触、约束）
ABAQUS/CAE中的接触分析主要包括以下建模步骤：
1) 在Interaction功能模块、Assembly功能模块或 Load功能模块中定义各个接触面。 2) 在Interaction功能模块中定义接触属性（包括法向接触属性和切向的摩擦属性）。
3) 在Interaction功能模块中定义接触（包括主面、从面、滑动公式、从面位置调整、接触属性、接触面距离和接触控制等）。
4) 在Load功能模块中定义边界条件，保证消除模型的刚体位移。 在Interaction功能模块中，主要可以定义模型的以下相互作用：
(1) 主菜单Interaction定义模型的各部分之间或模型与外部环境之间的力学或热相互作用，例如接触、弹性地基、热辐射等。
(2) 主菜单Constraint 定义模型各部分之间的约束关系。
(3) 主菜单 Connector 定义模型中的两点之间或模型与地面之间的连接单元，用来模拟固定连接、铰接、恒定速度连接、止动装置、内摩擦、失效条件和锁定装置等。
(4) 主菜单Special—Inertia 定义惯量（包括点质量/ 惯量、非结构质量和热容）。 (5) 主菜单Special—Crack 定义裂纹。
(6) 主菜单Special—Springs/Dashpots 定义模型中的两点之间或模型与地面之间的弹簧和阻尼器。 (7) 主菜单Tools常用的菜单项包括Set (集合）、Surface (面)和Amplitude (幅值)等。 ?
接触
接触分析中的关键问题是定义接触属性、接触面和接触关系。
即使两个实体之间或一个装配件的两个区域之间在空间位置上是互相接触的，ABAQUS/CAE也不会自动认为它们之间存在着接触关系，需要使用 Interaction 模块中的主菜单Interaction来定义这种接触关系。
相互作用与分析步有关，必须规定相互作用是在哪些分析步中起作用。
在必要的时候，利用接触管理器激活/不激活接触，以分析其区别。 在三维模型中可以使用自动约束探测快捷方便地定义接触和绑定约束。 接触对中的 slave surface 应该是材料较软，网格较细的面。
接触面之间有微小的距离，定义接触时要设定“Adjust=位置误差限度”，此误差限度要大于两触面之 间的距离，否则ABAQUS 会认为个面没有接触。由于模型中存在数值误差，所以一般要设置这个位置误差限度（0.02）。
小滑移问题的接触压强总是根据未变形时的接触面积来计算的，有限滑移问题的接触压强则是根据变化的接触面积来计算。
如果模型中有塑性材料，或分析过程中会发生很大的位移或局部变形，或施加载荷后会使接触状态发生很大的变化，则应设置较小的初始时间增量步。
在对分析步的定义中可以使用下面关键词*CONTACT PRINT将接触信息输出到DAT文件（ABAQUS/CAE不支持）。CPRESS和CFN的区别是：CPRESS是从面各个节点上各自的接触压强，而CFN代表接触面所有节点接触力的合力，它包含四个变量：CFNM、CFN1、CFN2和CFN3。接触面所有节点在垂直于接触面方向上接触力的合力称为法向接触力。如果接触面是曲面，就无法由CFN直接得到法向接触力，这时可以通过各个从面节点的CPRESS来计算法向接触力
法向接触力=从面上所有节点的CPRESS之和X 从面的面积/从面上的节点数 摩擦力=法向接触力X摩擦系数
利用MSG文件可以查看分析迭代的详细过程，从面节点有开放和闭合两种接触状态。如果在一次迭代中节点的接触状态发生了变化，称为“严重不连续迭代（SDI）”。如果分析能够收敛，每次严重不连续迭代中CLOSURES和OPENINGS的数目会逐渐减少，最终所有从面节点的接触状态都不再发生变化，就进入平衡迭代，直至收敛。如果CLOSURES和OPENINGS的数目逐渐减少，但最终不断重复出现“0 CLOSURES，1OPENINGS”和“1 CLOSURES，0 OPENINGS”（此处的数字也可以大于1），即所谓“振颤”。如果CLOSURES和OPENINGS的数目逐渐减少，但减小的速度很慢，达到第12次严重不连续迭代后，ABAQUS就自动减小增量步长，重新开始迭代。如果增大这个最大次数，允许ABAQUS多进行几次迭代，就有可能达到收敛。操作方法：进入Step模块，主菜单Other→General Solution Controls→Edit，选择相应的分析步，点击Continue，选中Specify，点击Time Incrementation标签页，点击第一个More，把Is由默认的12改为适当的值，然后点击OK。
如果希望在MSG文件中看到更详细的接触分析信息，可以在Step模块中选择菜单Output→Diagnostic Print然后选中Contact。其相应的关键词是*PRINT, CONTACT=YES。 定义主面和从面的一般规则为：
（1）选取刚度大的面作为主面。这里的“刚度”指材料特性和结构刚度。解析面或由刚性单元构成的面必须作为主面，从面则必须是柔体上的面（可以是施加了刚性约束的柔体）。
（2）若两接触面刚度相似，则选取粗糙网格的面作为主面。
（3）如果能使两接触面的网格节点位置一一对应，则能使结果更精确。
（4）主面必须是连续的，由节点构成的面不能作为主面。如果是有限滑移，主面在发生接触的部位必须是光滑的，即不能有尖角。
（5）若主面在发生接触的部位存在尖锐的凹角或凸角，应该在此尖角处把主面分为两部分来分别定义，即定义为两个面。对于有单元构成的主面，ABAQUS会自动进行平滑处理。
（6）若是有限滑移，则在整个分析过程中，都尽量不要让从面节点落到主面之外（尤其不要落在主面的背面），否则容易出现收敛问题。
（7）一对接触面的法线方向应该相反，都指向实体的外部。一般来说，对于三维柔性实体，ABAQUS会自动选择正确的法线方向，而在使用梁单元、壳单元、膜单元、绗架单元或刚体单元来定义接触面时，
用户往往需要自己制订法线方向，就容易出现错误。
解决接触分析中的收敛问题：
（1）检查接触关系、边界条件和约束。
（2）消除刚体位移（Numerical Singularity（数值奇异），有些情况下，还会显示Negative Eigenvalue（负特征值）警告信息）。
（3）一般来说，如果从面上有90o的圆角，建议在此圆角处至少划分10个单元。
（4）如果接触属性为“硬接触”，应尽可能使用六面体一阶单元（C3D8）。如果无法划分六面体单元网格，可以使用修正的四面体二次单元(C3D10M)。
（5）避免过约束，即节点的某个自由度上同时定义了两个以上的约束条件。可能造成过约束的因素有：(a)接触：从面节点会受到沿主面法线方向的约束；(b)边界条件；(c)连接单元；(d)子模型边界；(e)各种约束。
（6）摩擦系数越大，接触分析就越不容易达到收敛。 ?
约束 .
在 ABAQUS/CAE的Assembly 功能模块、Load 功能模块和Interaction 功能模块中都有“约束”的概念，它们分别有不同的含义。在 Assembly 功能模块中，主菜单 Constraint(约束)的作用是定义各个实体间的相互位置关系，从而确定它们在装配件中的初始位置。在Load功能模块中，主菜单 BC 的作用是定义边界条件，消除模型的刚体位移。在Interaction功能模块中，主菜单 Constraint (约束)的作用是定义模型各部分的自由度之间的约束关系，具体包括以下类型。
(1) Tie (绑定约束）模型中的两个面被牢固地粘结在一起，在分析过程中不再分开。被绑定的两个面可以有不同的几何形状和网格。
(2) Rigid Body(刚体约束）在模型的某个区域和一个参考点之间建立刚性连接，此区域变为一个刚体，各节点之间的相对位置在分析过程中保持不变（为整个实体施加刚体约束时，无论实体的类型是Solid、Shell或Wire，都应将刚体约束施加在实体的单元上，即选择Body(elements)）。
(3) Display Body (显示体约束）与 Rigid Body类似，受到此约束的实体只用于图形显示，而不参与分析过程。
*刚体约束和显示体约束本质上是一样的，其共同优点是只要去掉约束，部件就恢复成柔体，可以进行多柔体分析。
(4) Coupling (耦合约束）在模型的某个区域和参考点之间建立约束。
1) Kinematic Coupling (运动耦合)：即在此区域的各节点与参考点之间建立一种运动上的约束关系。 2) Distributing Coupling (分布耦合）：也是在此区域的各节点与参考点之间建立一种约束关系，但是对此区域上各节点的运动进行了加权平均处理，使此区域上受到的合力和合力矩与施加在参考点上的力和力矩相等效。换言之，分布耦合允许面上的各部分之间发生相对变形，比运动耦合中的面更柔软。 . (5) Shell-to-Solid Coupling (壳体-实心体约束）在板壳的边和相邻实心体的面之间建立约束。 (6) Embedded Region (嵌入区域约束）模型的一个区域镶嵌在另一个区域中。 (7) Equation (方程约束）用一个方程来定义几个区域的自由度之间的相互关系。 ?
连接
ABAQUS模拟多体系统的基本思路是：使用2节点的连接单元在模型各部分之间建立连接，并通过定义连接属性来描述各部分之间的相对运动约束关系。