一、任務背景、相關技術及工程意義

有限元仿真已廣泛應用于土木工程各領域，仿真計算與模型試驗成為推動結構工程模擬發展的基本手段。隨著分析技術的更新，計算結果的準確度與精度不斷提高。用試驗數據標定計算參數已經成為大型工程批量仿真模擬的常用方法。

本案例使用Isight中的數據匹配組件進行混凝土材料參數校準。使用混凝土單軸受壓Abaqus模型校準混凝土材料受壓應力—應變曲線參數，使模擬應力—應變數據與單軸受壓試驗數據相吻合。

案例涉及的相關技術：

①Isight調用Abaqus和其材料子程序設定；

②Isight讀取文件關鍵字修改；

③Isight數據匹配。

計算報告編寫參照達索軟件操作案例模式，盡量將整個操作過程展現給瀏覽者。作為技術鄰的粉絲，在論壇中學習到了很多，也借此機會將學習Isight入門小體驗分享給大家。本案例希望能在以下幾個方面進行拋磚引玉：

①材料參數標定，可以為試驗仿真模擬提供有益參考；

②本案例所涉及的方法可以拓展至Isight與Abaqus聯合優化；

③Abaqus迭代優化采用子程序，豐富了應用范圍；

④Abaqus模型以inp文件提交，補充了CAE模型的不足；

二、計算任務

試驗數據為《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）附錄C.2給出的C30混凝土單軸受壓應力—應變數據，材料參數見表1。初始分析模型為采用ABAQUS建立的C25混凝土棱柱體單軸受壓試驗模型，模型采用B21梁單元建模，材料為C25混凝土，材料參數見表1中匹配初始值。需標定的材料參數有4個，分別為彈性模量、軸心受壓強度、極限受壓強度、混凝土受壓曲線參數。

三、模型設置

1 雙擊桌面Isight圖標 啟動軟件

2 從Application Components選項卡中將Abaqus組件拖至如圖3所示位置。

圖3 在Sim-flow中添加abaqus組件

3雙擊Abaqus組件(或右鍵選擇Edit)。

注：

①由于本例中需要對材料子程序的參數進行匹配，因此需要首先在AbqConfig.txt（默認在Isight安裝目錄下config文件夾）中加入識別材料子程序的關鍵詞，本例新增信息為：

#識別關鍵詞

*User Material

mConstant1,mConstant2,mConstant3,Constant4,mConstant5,mConstant6...

②由于參數迭代優化中abaqus分析需要使用子程序，因abaqus命令行設置為“Abaqus job=C25FT.inp job=C25FT interactive user="C:\Users\Administrator\Desktop\DataMatching\bigwork\PQFiberImp_v2.0-std-win64.obj"”，注意子程序建議采用絕對路徑，見圖4。

圖4 Abaqus component editor中Execution選項卡設置

4在Input選項卡中,單擊Browse，選擇Abaqus/inp文件（或Abaqus/CAE模型）所在文件夾并單擊Read File，輸入參數即出現在對話框中。

5上下滾動，選擇mConstant1、mConstant2、Constant4、mConstant6作為需要校準的參數。

圖5 Abaqus component editor中input選項卡設置

6.在Output選項卡中,Isight會自動選擇對應名稱的結果文件(.odb) ，單擊Read File.

7.選擇lateral_History_RF2_1 [447,2]作為輸出參數。

圖6 Abaqus component editor中Output選項卡設置

8.點擊OK完成Abaqus component editor設置。

9.將Data Matching組件拖拽至Abaqus組件后，如圖7所示。

圖7 將Data Matching添加至Sim-flow

10.雙擊 Data Matching 圖標 (或右擊選擇 Edit)，Data Matching 會默認打開Target Data Set Wizard，根據指示引導輸入目標數據。

11.選擇Drive the values from a text file并單擊 Next。

圖8 選擇 X Data Source Option

12.單擊 Browse 并選擇目標數據所在文件夾選擇數據文件，單擊 Next。

圖8 選擇 X Data Source Option

13.選擇Table作為X文件的類型，并且如圖9所示選擇第一列數據。

圖9 X數據選擇

14.同樣選擇Table作為Y文件的類型，并且如圖10所示選擇第二列數據。通過Graph 和Table選項卡可以查看目標數據的曲線圖和數據表，見圖11。

圖10 X數據選擇

圖11 目標數據曲線圖

15.切換至 New Simulation選項卡，選擇Target 1。

圖12 Simulation Data Set Wizard

16.選擇Use an array parameter for the values并單擊next，選擇lateral_History_RF2_1 [447,2]。

17.選擇column 作為slice orientation，并且選擇第一列數據，如圖13。（注：本例通過設置使時間與微應變同步，因此第一列時間數據即為微應變數據）

圖13 參數數組的列形式

18.同理選擇lateral_History_RF2_1 [447,2]的第二列數據作為應力，目標曲線與初始曲線見圖14。（注：由于模型單元尺寸和截面不發生變化，且為軸心加載，因此截面應力與固定點反力同步）

圖14 目標曲線與初始曲線

19.在Results選項卡下找到Data Comparison子選項卡，可以看到一系列衡量指標，選擇Sum of the Absolute Area Difference作為本例衡量指標。

圖15 Data Comparison選項卡設置

20.單擊OK. Data Matching組件設置完成。

21.從Process Components 菜單欄拖拽 Optimization至Sim-flow中的task 組件上。默認更改 (選擇將 task1更改為optimization component)單擊OK。Sim-flow如圖16所示。

圖16 在Sim-flow中添加Optimization組件

 

22.右鍵單擊optimization組件，選擇Edit進入Optimization編輯器。

23.在General選項卡選擇 Hooke-Jeeves作為優化方法。

24.將Optimization Technique Options中的Max Evaluation改為40。

圖17 Hooke-Jeeves優化策略

25.在Variables選項卡選擇四個材料參數作為優化變量，并設定每個參數的優化區間和初始值，見圖18。

圖18 設定校核參數的初始值和優化區間

26.在Objectives選項卡中選擇Sum_YAreaDiff_Simulation1_Target1作為目標參數。

27.單擊OK，完成optimization component設置。

28.切換回Sim-flow 窗口，右鍵單擊Optimization組件選擇Run →Run Component，開始執行優化迭代任務。

29.在優化任務運算進行中可以在Optimization History選項卡查看各項指標參數歷史進程。

圖19 Optimization History選項卡

30.優化任務運算完成后會給出所有優化方案中的最優結果，可以看出從第33次迭代開始衡量指標趨于平穩，但在第36次迭代中達到了最小值（自動綠色底紋標注）。最優迭代結果也將會以最終迭代結果最為最后輸出。

圖20 History選項卡

31.初始模擬、最終模擬和試驗數據對比見圖21.可以看出

圖21 初始、最終模擬結果與試驗數據對比

四、結論

從擬合結果可以看出，Isight的數據匹配可以有效地擬合材料參數，主要材料參數與試驗誤差明顯減少，見表2，如彈性模量誤差減小3.75%，軸心受壓強度誤差減小16.67%，這兩個參數對于模態分析和結構承載力分析影響顯著。快速有效地匹配到真實材料參數可以提高建模效率和分析準確性。

CPU：AMD Athlon(tm) II X4 640 Processor 3.0 Ghz

內存：4GB

計算耗時：406s