一、任務(wù)背景、相關(guān)技術(shù)及工程意義

有限元仿真已廣泛應(yīng)用于土木工程各領(lǐng)域，仿真計(jì)算與模型試驗(yàn)成為推動(dòng)結(jié)構(gòu)工程模擬發(fā)展的基本手段。隨著分析技術(shù)的更新，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度與精度不斷提高。用試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)定計(jì)算參數(shù)已經(jīng)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(shù)據(jù)匹配組件進(jìn)行混凝土材料參數(shù)校準(zhǔn)。使用混凝土單軸受壓Abaqus模型校準(zhǔn)混凝土材料受壓應(yīng)力—應(yīng)變曲線參數(shù)，使模擬應(yīng)力—應(yīng)變數(shù)據(jù)與單軸受壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。

案例涉及的相關(guān)技術(shù)：

①Isight調(diào)用Abaqus和其材料子程序設(shè)定；

②Isight讀取文件關(guān)鍵字修改；

③Isight數(shù)據(jù)匹配。

計(jì)算報(bào)告編寫參照達(dá)索軟件操作案例模式，盡量將整個(gè)操作過(guò)程展現(xiàn)給瀏覽者。作為技術(shù)鄰的粉絲，在論壇中學(xué)習(xí)到了很多，也借此機(jī)會(huì)將學(xué)習(xí)Isight入門小體驗(yàn)分享給大家。本案例希望能在以下幾個(gè)方面進(jìn)行拋磚引玉：

①材料參數(shù)標(biāo)定，可以為試驗(yàn)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(lián)合優(yōu)化；

③Abaqus迭代優(yōu)化采用子程序，豐富了應(yīng)用范圍；

④Abaqus模型以inp文件提交，補(bǔ)充了CAE模型的不足；

二、計(jì)算任務(wù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)為《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）附錄C.2給出的C30混凝土單軸受壓應(yīng)力—應(yīng)變數(shù)據(jù)，材料參數(shù)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(yàn)?zāi)Ｐ停Ｐ筒捎肂21梁?jiǎn)卧＃牧蠟镃25混凝土，材料參數(shù)見表1中匹配初始值。需標(biāo)定的材料參數(shù)有4個(gè)，分別為彈性模量、軸心受壓強(qiáng)度、極限受壓強(qiáng)度、混凝土受壓曲線參數(shù)。

三、模型設(shè)置

1 雙擊桌面Isight圖標(biāo) 啟動(dòng)軟件

2 從Application Components選項(xiàng)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(duì)材料子程序的參數(shù)進(jìn)行匹配，因此需要首先在AbqConfig.txt（默認(rèn)在Isight安裝目錄下config文件夾）中加入識(shí)別材料子程序的關(guān)鍵詞，本例新增信息為：

#識(shí)別關(guān)鍵詞

*User Material

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

②由于參數(shù)迭代優(yōu)化中abaqus分析需要使用子程序，因abaqus命令行設(shè)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(duì)路徑，見圖4。

圖4 Abaqus component editor中Execution選項(xiàng)卡設(shè)置

4在Input選項(xiàng)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?yún)?shù)即出現(xiàn)在對(duì)話框中。

5上下滾動(dòng)，選擇mConstant1、mConstant2、Constant4、mConstant6作為需要校準(zhǔn)的參數(shù)。

圖5 Abaqus component editor中input選項(xiàng)卡設(shè)置

6.在Output選項(xiàng)卡中,Isight會(huì)自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)名稱的結(jié)果文件(.odb) ，單擊Read File.

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

圖6 Abaqus component editor中Output選項(xiàng)卡設(shè)置

8.點(diǎn)擊OK完成Abaqus component editor設(shè)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(biāo) (或右擊選擇 Edit)，Data Matching 會(huì)默認(rèn)打開Target Data Set Wizard，根據(jù)指示引導(dǎo)輸入目標(biāo)數(shù)據(jù)。

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(biāo)數(shù)據(jù)所在文件夾選擇數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。

圖9 X數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。通過(guò)Graph 和Table選項(xiàng)卡可以查看目標(biāo)數(shù)據(jù)的曲線圖和數(shù)據(jù)表，見圖11。

圖10 X數(shù)據(jù)選擇

圖11 目標(biāo)數(shù)據(jù)曲線圖

15.切換至 New Simulation選項(xiàng)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(shù)據(jù)，如圖13。（注：本例通過(guò)設(shè)置使時(shí)間與微應(yīng)變同步，因此第一列時(shí)間數(shù)據(jù)即為微應(yīng)變數(shù)據(jù)）

圖13 參數(shù)數(shù)組的列形式

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

圖14 目標(biāo)曲線與初始曲線

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

圖15 Data Comparison選項(xiàng)卡設(shè)置

20.單擊OK. Data Matching組件設(shè)置完成。

21.從Process Components 菜單欄拖拽 Optimization至Sim-flow中的task 組件上。默認(rèn)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(jìn)入Optimization編輯器。

23.在General選項(xiàng)卡選擇 Hooke-Jeeves作為優(yōu)化方法。

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

圖17 Hooke-Jeeves優(yōu)化策略

25.在Variables選項(xiàng)卡選擇四個(gè)材料參數(shù)作為優(yōu)化變量，并設(shè)定每個(gè)參數(shù)的優(yōu)化區(qū)間和初始值，見圖18。

圖18 設(shè)定校核參數(shù)的初始值和優(yōu)化區(qū)間

26.在Objectives選項(xiàng)卡中選擇Sum_YAreaDiff_Simulation1_Target1作為目標(biāo)參數(shù)。

27.單擊OK，完成optimization component設(shè)置。

28.切換回Sim-flow 窗口，右鍵單擊Optimization組件選擇Run →Run Component，開始執(zhí)行優(yōu)化迭代任務(wù)。

29.在優(yōu)化任務(wù)運(yùn)算進(jìn)行中可以在Optimization History選項(xiàng)卡查看各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)歷史進(jìn)程。

圖19 Optimization History選項(xiàng)卡

30.優(yōu)化任務(wù)運(yùn)算完成后會(huì)給出所有優(yōu)化方案中的最優(yōu)結(jié)果，可以看出從第33次迭代開始衡量指標(biāo)趨于平穩(wěn)，但在第36次迭代中達(dá)到了最小值（自動(dòng)綠色底紋標(biāo)注）。最優(yōu)迭代結(jié)果也將會(huì)以最終迭代結(jié)果最為最后輸出。

圖20 History選項(xiàng)卡

31.初始模擬、最終模擬和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比見圖21.可以看出

圖21 初始、最終模擬結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

四、結(jié)論

從擬合結(jié)果可以看出，Isight的數(shù)據(jù)匹配可以有效地?cái)M合材料參數(shù)，主要材料參數(shù)與試驗(yàn)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(qiáng)度誤差減小16.67%，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于模態(tài)分析和結(jié)構(gòu)承載力分析影響顯著。快速有效地匹配到真實(shí)材料參數(shù)可以提高建模效率和分析準(zhǔn)確性。

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

內(nèi)存：4GB

計(jì)算耗時(shí)：406s