abaqus問題解析

秦郁文

2016年1月4日 14:20

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1.abaqus如何調整圖例的大小，就是云圖左上角那個圖框，字太小了看不清！！

直接設置圖例的字體大小就可以：工具欄viewport>viewport annotation options>legend(選項卡)>text(選項)>set font(按鈕)>size，修改size選項中的數字，就可以修改圖例大小了。

2.cohesive element ＡＢＡＱＵＳ

在6.11使用cohesive element，定義cohesive材料屬性的時候主要步驟：
1.定義一個材料的名字，比如cohesive，不要去定義任何屬性（彈性，彈塑性等等）。
2.打開工具欄model--edit keywords，在inp中手動添加材料的各種屬性。
PS: 定義section的時候選cohesive，element control選sweep，element type選cohesive，這些是使用cohesive element的基本步驟。 zero thickness的cohesive section設定abaqus所謂的zero-thickness，其實就是定義cohesive section的initial thickness=1.0。你可以在定義section的時候定義（specify），也可以用系統默認的thickness（也是1.0），這樣有關cohesive element的計算當中，就有displacement（位移）=strain（應變）*thickness ( 1.0 )=strain的數值。我們知道從1914年Ingless和1921年Griffith提出斷裂力學開始，一直到60年代都停留在線彈性斷裂力學(LEFM)的層次。后來由於發現在裂紋尖端進入塑性區后用LEFM仍然無法解決stress singularity的問題。1960年由Barenblatt 和Dugdale率先提出了nonlinear/plastic fracture mechnics的概念，在裂紋前端引入了plastic zone,這也就是我們現在用的 cohesive fracture mechnics的前身。當時這個概念還沒引起學術界的轟動。直到1966年Rice發現J-integral及隨后發現在LEFM中J-integral是等于energy release rate的關系(贊大牛Rice一個，在讀Ph.D期間就推導出對斷裂力學有重要意義的J-integral了。。。，實令我輩汗顏)。隨后在工程中發現了越來越多的LEFM無法解釋的問題。cohesive fracture mechnics開始引起更多的關注。在研究以混凝土為代表的quassi-brittle material時，cohesive fracture mechnics提供了非常好的結果，所以在70年代到90年代，cohesive fracture mechnics被大量應用于混凝土研究中。目前比較常用的方法主要是fictitious crack approach和effective-elastic crack approach或是稱為equivalent-elastic crack approach. 其中fictitious crack approach只考慮了Dugdale-Barenblatt energy mechanism而effective-elastic crack approach只考慮了基於LEFM的Griffith-Irwin energy dissipation mechanism，但作了一些修正。簡單來說，我讀了一下ABAQUS cohesive element的理論幫助，個人覺得ABAQUS的cohesive element采用的是廣泛應用于混凝土的類似fictitious crack的方法。只考慮了Dugdale-Barenblatt energy mechanism。這其中softening law 的影響是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了linear 或者exponential 的softening law，復雜的本構關系還需要另想辦法。至於基於Griffith-Irwin energy dissipation mechanism的J-integral值可以在LEFM分析中單獨算。(ABAQUS用的是Suo Zhigang 和Hutchinson在1990一篇論文中提出的方法) 目前cohesive fracture mechnics已經被應用于各種材料。不過在使用到納米或者更小數量級的研究中碰到了不少問題，可能需要結合位錯和分子動力學的一些理論，我現在的研究中也碰到類似的一些問題，希望和大家一起討論。做裂紋ABAQUS有幾種常見方法。最簡單的是用debond命令, 定義*FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX, 參數。。。** *DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX0,1, ……......time,0要想看到開裂特別注意需要在指定的開裂路徑上定義一個*Nset，然后在*INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定義master, slave, 及指定的Nset這種方法用途其實較為有限。另一種方法，在interaction模塊，special, 定義crack seam, 網格最好細化，用collapse element模擬singularity. 這種方法可以計算J積分，應力強度因子等常用的斷裂力學參數.裂尖及奇異性定義:在interaction-special,先定義crack, 定義好裂尖及方向, 然后在singularity選擇：midside node parameter: 輸入0.25, 然后選Collapsed element side, duplicate nodes，8節點單元對應(1/r)+(1/r^1/2)奇異性。這里midside node parameter選0.25對應裂尖collapse成1/4節點單元。如果midside nodes不移動到1/4處, 則對應(1/r)奇異性, 適合perfect plasticity的情況.網格劃分:裂尖網格劃分有一些技巧需要注意，partition后先處理最外面的正方形，先在對角線和邊上布點，記住要點constraint, 然后選第三個選項do not allow the number of elements to change不準seed變化，密度可以自己調整. 最里面靠近圓的正方形可以只在對角線上布點. 也可以進一步分割內圓及在圓周上布點. 里面裂尖周圍的內圓選free mesh, element type選cps6或者cpe6，外面四邊形選sweep mesh, element type選cps8或者cpe8, 記住把quad下那個縮減積分的勾去掉。

補充一下這種方法的幾個常見問題，見不少朋友問過。主要是對斷裂力學的理解問題，順便一起回答一下。1．為什么我設置理想彈塑性(epp)分析的時候得到的xx,yy方向或者最大應力值Sxx, Syy會超過材料的屈服強度Sy呢, 這分析結果可能嗎？這是因為在ABAQUS中對應等于材料的屈服強度的是von Mises等效應力Se=Sy，因此在平面應變的條件下，xx方向的應力Sxx=Sy*pi/SRQT(3)>Sy, 而Syy=Sy*(2+pi)/SRQT(3), 大概是3倍的屈服應力。所以得到大于材料的屈服強度的xx及yy方向應力是正常的。2．為什么設置collapse element的時候對彈性分析在中間就一個點而要把單元邊上的中點移到1/4處，但彈塑性分析卻要在中間設置一圈點并且保持單元邊上的中點位置不變呢？這個其實不是隨便定的，在有限元中分析裂紋時，對彈性分析需要模擬裂尖1/SQRT(r)的奇異性，這樣在把單元邊上的中點移到1/4處后計算出來的等參單元拉格郎日型函數對應的u field正好包含1/ SQRT(r)項，事實上這一方法在斷裂力學的數值模擬發展史上是很巧妙的一個發現，至今仍然被廣泛采用。至于理想彈塑性分析需要模擬裂尖1/r的奇異性, 這樣大家都知道在把單元邊上的點放在到1/2處后計算出來的正常的等參單元拉格郎日型函數對應的u field包含1/ r項, 可以模擬彈塑性分析需要的裂尖1/r的奇異性。所以在看似動手點幾下就能實現的分析模式后面有很清楚漂亮的理論作支持。還有就是比較新的cohesive element單元。需要定義damage initiation和evolution的準則， softening準則目前只有linear和exponential，但對一般材料也夠用了。然后通過設置后處理display group可以看到裂紋擴展情況。裂紋擴展不是ABAQUS的強項，目前比較方便的只能用cohesive element，我做過幾個模型效果還可以，但對應的參數需要一定的實驗數據支持，否則做出來了也不知道對不對。或者使用python控制seam尺寸,然后移動partition和網格，比較麻煩。

3.分析步

分析步主要有初始分析步和后續分析步，每個分析步可以用來描述一個分析過程，例如在后續分析步中施加不同荷載，在初始分析步中施加邊界條件等。

4.增量步
增量步是在分析步里面根據模型計算收斂情況設置的，簡單模型可以設置較少的增量步，并可使初始增量為1；復雜模型設置多一點增量步，并減少初始增量值。超過設置的允許增量步數，則計算停止。

補充；靜力分析時，分析總時間(Time period)，是個相對概念，沒有單位的。盡管靜力分析，你的荷載可能是一下子定義施加上了，但是aba計算時，數值積分是一步一步迭代計算的，需要N個迭代步，每個迭代步都需要求解聯立耦合的方程組，程序計算需要一定的時間，這個時間就是時間增量increments，假若一共迭代N步，這N個increments之和就是分析總時間(Time period)。

一般情況下，程序一開始按照你設定初始時間增量步進行計算，
1）若是在這個初始時間增量步下不能收斂，就會減小時間增量直到減小到你設定的最小時間增量為止，若還是不能收斂，則程序就會給你報錯。
2）若是按照初始時間增量步可以順利計算，程序會自動調大時間增量，一邊加快計算進度，時間增量步調大的上限就是你設定的最大增量（Maximum number of increments）。

故而，最大增量步，初始時間增量，最小時間增量，最大時間增量等你的預先設置，在很大程度上影響著程序能不能順利計算和計算速度的快慢。

5接觸問題

接觸問題，如果一開始并沒接觸上，是有間隙的，那么第一步就是要接觸上。可以用一個小載荷，但用一個位移，比初始間隙稍微大一點點，或許更好。然后在后繼步中，去掉這個位移，并加上載荷。甚至可以加一個大一點的位移，用比較小的增量步，多輸出幾個增量步的結果，查看接觸力的增加。在快要到達所應加的力的地方，做一個重啟動，去掉位移，把最后的力加上去。加位移要比加力更容易收斂。

6.abaqus中的收斂

要取得一個精確的結果需要以下這些：

a,網格的收斂

b,瞬態問題的精確的時間整合

c,非線性求解過程適當的收斂

另外，一個精確的結果還需要在創建一個合適的有限元模型時好的工程評價，包括材料，載荷，邊界條件以及求解過程。

補充：如果不收斂，一般使計算陷于死循環，為了避免這種情況，程序里都加入是否收斂的判斷.
有限元法也是近似解法，收斂是作為計算結束，結果無限接近真實結果的一種判定標準。

7.在abaqus配置完成后，點擊運行，如果出現Server Start Failed. The Server May Already Be Running!解決方法是先點擊start server右邊的stop server，然后再點擊start server，如果配置沒錯的話，這里會Server Start successful的。

8 如何顯示梁截面（如何顯示三維梁模型）

a）無論是運算還是默認顯示，ABA中的梁都是一條線，很多人想看梁截面（一般一個星期有人問一次）。

顯示梁截面：view->assembly display option->render beam profiles，自己調節系數

http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=835478&page=1#pid1531086

b）后處理到底能不能顯示梁截面？

在deformed shape和undeformed shape都能用上面的方法顯示梁截面，在應力云圖（contour）不能顯示。

c）也經常有人問起如何顯示殼單元的厚度

http://forum.simwe.com/thread-865887-1-1.html

9 怎么在局部坐標系下建立參考點

在前處理中，已經建立了局部坐標系，如何在局部坐標系中建立參考點？

這個有點麻煩，看看konadoul圖文并茂的示例吧。

http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=863389&highlight=%D7%F8%B1%EA%CF%B5