前幾天參加了ABAQUS6.9 的新功能宣講會。在其新功能中確實有一些亮點。回來后寫了一個總結。供大家了解
一、 擴展有限元（XFEM ）的引入
我認為ABAQUS 將擴展有限元引入是其最大亮點，也非常有市場前景。該方法可以認為是有限元方法處理不連續問題的革命性變革。據我所知，這是第一個將XFEM 商用化的軟件。我廠在生產過程中可能遇到的裂紋問題，夾雜問題，氣孔，復合材料問題（復合材料的纖維相當于夾雜）都可以通過這種方法解決。雖然我對該方法的理論不勝了解，但是在此我想就我所知對該方法多做些介紹。 + u! _2 v# n& O& M* P
固體力學中存在兩類典型的不連續問題，一類是因材料特性突變引起的弱不連續問題，這類問題以雙材料問題和夾雜問題為代表，其復雜性由物理界面處的應變不連續性引起; 另一類是因物體內部幾何突變引起的強不連續問題，這類問題以裂紋問題為代表，其復雜性由幾何界面處的位移不連續性和端部的奇異性引起. 物體內部物理界面的脫粘或起裂，是上述兩類問題的混合. 另外，在復雜流體、復雜傳熱、物質微結構演化等復雜問題中，也存在許多不連續力學問題。 * e4 o5 F2 K4 n& g n3 {4 U
數值方法 ，如有限元、邊界元、無單元法等，一直是處理不連續問題的主要途徑. 有限元法具有其它數值方法無可比擬的優點，即適用于任意幾何形狀和邊界條件、材料和幾何非線性問題、各向異性問題、容易編程等，因而成為數值分析裂紋等不連續問題的主要手段。更為重要的是有限元方法的商業化程度和推廣程度都很高，對于我們這樣的企業已經有一大批熟悉有限元技術的工程師。因此通過有限元方法來解決這一問題是成本低效率高的途徑。但是傳統的有限元方法在處理裂紋，夾雜，空隙這些不連續問題時困難非常大。 ) t, Z- t8 ?2 J+ ~3 f: Q
常規有限元法(CFEM) 采用連續函數作為形狀( 插值) 函數，要求在單元內部形狀函數連續且材料性能不能跳躍，在處理像裂紋這樣的強不連續( 位移不連續) 問題時，必須將裂紋面設置為單元的邊、裂尖設置為單元的結點、在裂尖附近的高應力區需要令人難以接受的網格密度，同時在模擬裂紋生長時還需要對網格進行重新剖分。現在絕大多數商業軟件在模擬裂紋擴展問題時都需要預設裂紋的擴展方向，而且在裂紋擴展過程中不斷的從新劃分網格，效率極低甚至無能為力。在處理多裂紋問題時，其求解規模之大、網格剖分之難是不可想象的。處理夾雜問題時，要求單元的邊必須位于夾雜與基體的界面處，即使對于網格自動化程度很高的二維問題這也不容易，更何況拓撲結構更復雜的三維問題。
1999 年以來，在有限元框架內發展起來的擴展有限元法，以解決不連續問題為著眼點，對常規有限元法在求解裂紋問題時所遇到的困難提出了近乎完美的解決方案。 ' G, ]4 z! c/ i$ d2 T
1999 年，以美國西北大學Belytschko 教授為代表的研究組首先提出擴展有限元思想，20 00 年，他們正式使用擴展有限元法(XFEM) 這一術語即。XFEM 是迄今為止求解不連續力學問題最有效的數值方法，它在標準有限元框架內研究問題，保留了CFEM 的所有優點，但并不需要對結構內存在的幾何或物理界面進行網格剖分。XFEM 與CFEM 的最根本區別在于所使用的網格與結構內部的幾何或物理界面無關，從而克服了在諸如裂紋尖端等高應力和變形集中區進行高密度網格剖分所帶來的困難，當模擬裂紋擴展時也無需對網格進行重新剖分。
也就是說在裂紋的擴展過程中裂紋可以穿透單元擴展。就其理論我們可以簡單的理解為在單元內部有很多的潛在節點，當需要時這些節點被激活實現裂紋穿透單元擴展。在宣講會上ABAQUS 業務代表現場展示了其用XFEM 完成的II 裂紋擴展模擬，裂紋面沿70 °方向穿透單元擴展
我有個師兄也在從事XFEM 方面的研究工作。他在研究中遇到的主要問題是材料中有大小隨機的夾雜的時候可能會出現一個單元將一個或多個夾雜完全包圍在其中的情況。處理這種情況XFEM 會遇到困難。就此問題業務代表表示目前尚不能解決。除此以外，復合型裂紋、多裂紋、復雜幾何結構、分層、夾雜（包括裂紋穿透夾雜擴展）這些問題都可以比較好的解決。應用前景廣闊。
二、 復合材料沖擊問題
ABAQUS 購買了Czone 模塊。Czone 是專門處理復合材料的高速沖擊問題的模塊。在航天和軍工領域應用廣泛。
三、 變截面厚度功能
新版ABAQUS 增加了變截面厚度功能。可以指定每個節點處的殼厚度。這個還是很有意義。例如需要考慮葉片對轉子或者葉根的影響，又不關心葉片本身的應力分布的時候可以對葉片抽中面形成殼單元，并且給定各個節點處葉片的厚度。這樣就可以快速高效解決上述問題。
四、 焊點問題 / K! C- j3 [; L, u
6.8 及以前版本添加焊點需要在inp 文件（相當于一個命令流文件）中添加，6.9 版可以在交互窗口中直接添加焊點。
五、 機電一體化分析 8 e/ o, D" F$ b# J: J
新版軟件增加了機電一體化分析過程。主要用于模擬自動控制過程以及自動控制過程中的力、熱、電問題。可實現根據傳感器信號改變邊界條件。
六、 復合材料鋪層方向問題 # M, ~1 p1 U1 S: ?& k) W
在復合材料分析中需要設定鋪層的方向。對于平板類結構可以很容易設定鋪層方向，但是對于空間曲面需要對每個單元逐一設定鋪層方向，非常麻煩（絕大多數軟件都存在這個問題）。新版軟件可以通過設定空間曲面成型前原板材的材料方向，再將該材料方向投影到成型后的曲面上以實現對很多結構快速設定材料鋪成方向。這在風電部門應該有用。 * O l0 y& \+ |- L- p/ X0 N
七、 關于分布式計算
這次了解到ABAQUS 具有專門的實現多機并行計算的模塊。盜版的估計沒有這個功能哈 2 X* |6 u% P0 l* N, B ?
除上面提及的之外，ABAQUS 還宣傳了他們的新產品Isight （優化模塊，可以實現多目標優化）和SLM （流程和數據管理）。由于之前對這兩個模塊沒有接觸過。沒有什么了解。所以也沒有什么影響。此外還有一些零星的，小的改動。