隨著計(jì)算機(jī)硬件以及仿真軟件的不斷發(fā)展，用戶對(duì)仿真分析的要求也越來(lái)越高，高效、準(zhǔn)確并“全面逼近”真實(shí)的工程實(shí)際已經(jīng)成為可能。眾多工程問(wèn)題中很多時(shí)候都涉及到隱式與顯式聯(lián)合仿真分析，這不但對(duì)求解器軟硬件提出要求，也對(duì)用戶的設(shè)置提出了更高的要求。本文從大型通用前后處理平臺(tái)Ansa/meta出發(fā)，以近年來(lái)普遍關(guān)注的兒童玩具/游樂(lè)設(shè)備之一的滑板車(chē)為例，介紹如何設(shè)置隱式-顯式（ABAQUS/Standard-ABAQUS/Explicit）聯(lián)合仿真分析求解文件。

主要從以下4個(gè)部分進(jìn)行描述：

1）  模型及工況說(shuō)明

2）  設(shè)定隱式與顯式聯(lián)合仿真區(qū)域

3）  建立聯(lián)合仿真分析

4）  輸出ABAQUS計(jì)算文件

1、模型及工況介紹：

        如下圖所示，滑板車(chē)車(chē)體簡(jiǎn)化為shell，車(chē)體板前后用連接單元與前后輪胎連接，手把用beam，騎行者用質(zhì)量點(diǎn)等效并用coupling與車(chē)把和車(chē)體連接。路面處理為解析剛體。

  騎行者連同滑板車(chē)以3m/s的速度前行，整個(gè)分析屬于顯式問(wèn)題（ABAQUS/Explicit）。雖然模型簡(jiǎn)單，但能夠通過(guò)該算例說(shuō)明如何在ANSA中設(shè)置隱式與顯式聯(lián)合仿真分析文件。

        模型中的有些零部件，比如輪胎，會(huì)與路面接觸，尤其是前輪會(huì)與路沿發(fā)生碰撞，承受動(dòng)態(tài)載荷，需要用顯式求解器，因此，這些零部件需要進(jìn)行顯式分析。而滑板車(chē)車(chē)體（本例簡(jiǎn)化為shell）以及把手和騎行者可直接利用模態(tài)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，這可以直接用隱式求解器進(jìn)行分析。需要說(shuō)明的是，如果將滑板車(chē)車(chē)體用子結(jié)構(gòu)代替，而僅保留必要的模態(tài)，可以更進(jìn)一步提高效率。

2、設(shè)定隱式與顯式聯(lián)合仿真區(qū)域

利用Includes管理器設(shè)定三個(gè)分開(kāi)的區(qū)域，包括：

a）滑板車(chē)車(chē)體及coupling-用于建立子結(jié)構(gòu)；

b）滑板車(chē)的剩余部分以及騎行者-組成隱式求解區(qū)；

c）滑板車(chē)輪胎以及路面-顯式求解區(qū)。

        三個(gè)區(qū)域的建立方式類(lèi)似，以滑板車(chē)車(chē)體和coupling區(qū)設(shè)定為例，典型過(guò)程如下所示：

        在Includes中創(chuàng)建一個(gè)新的include，命名為'scooter_plate'，右鍵’out of includes’，選擇new，左鍵直接將shell拖入'scooter_plate'。然后點(diǎn)擊CONSTRAINT，雙擊彈出coupling選項(xiàng)卡，選擇id號(hào)為1-4的對(duì)象，并同樣拖拽至'scooter_plate'，從而完成'scooter_plate'的定義，且可以利用show only進(jìn)行檢查，其中包括滑板車(chē)車(chē)體和四個(gè)coupling約束。

3、建立聯(lián)合仿真分析

       完成各個(gè)區(qū)域的定義后，利用Cosimulator定義聯(lián)合仿真。典型過(guò)程如下：

利用AUXILIARIES>COSIM打開(kāi)COSIMULATOR列表，利用New選項(xiàng)或者直接用New按鈕，創(chuàng)建一個(gè)新的COSIMULATOR。利用Options定義*COSIMULATION CONTROLS。Cosimulation area列表中定義了聯(lián)合仿真的結(jié)構(gòu)，分為隱式和顯式部分，每部分又包括了Regions和Steps。可在Regions上點(diǎn)擊右鍵選擇Newsubstructure定義子結(jié)構(gòu)（屬于Implicit），并可利用Edit對(duì)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行編輯，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

此時(shí)，已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)子結(jié)構(gòu)通用分析步，再創(chuàng)建一個(gè)頻率分析步以便完成模態(tài)分析為子結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)提供條件。激活“Select Eigenmodes”，并在Frequency Step框中輸入“？”，跳出step幫助框，新建一個(gè)頻率分析步，設(shè)置合適的參數(shù)，然后退出，并選擇新建的頻率分析步。隨后，點(diǎn)擊子結(jié)構(gòu)分析步右側(cè)的edit，設(shè)置子結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)參數(shù)后點(diǎn)擊ok。

通過(guò)Implicit下面的Substructure，：‘Add regions‘并在跳出的管理器中，雙擊選擇'scooter_plate'，此時(shí)，'scooter_plate'會(huì)出現(xiàn)在Substructure選項(xiàng)下，子結(jié)構(gòu)部分的聯(lián)合仿真完成。為完成Implicit區(qū)域部分的定義，選擇“Addregions”并選擇'scooter_assembly'。至此，完成Implicit部分區(qū)域的定義包括子結(jié)構(gòu)(scooter_plate)和常規(guī)區(qū)(scooter_assembly)。

  完成Implicit區(qū)定義后，需定義一個(gè)dynamic分析步，選擇“Add Steps”，并完成相關(guān)分析步的設(shè)置，注意，打開(kāi)幾何非線性。完成后，右鍵點(diǎn)擊剛生成的分析步，并選擇“Mark for co-simulation”。至此，Implicit部分的定義完成。Explicit部分的設(shè)置類(lèi)似，但對(duì)于區(qū)域可以不用選擇，ANSA會(huì)自動(dòng)選擇剩余的區(qū)域。只需定義分析步，*DYNAMIC,EXPLICIT，并設(shè)置“Mark for co-simulation”。

上述設(shè)定完成后，可點(diǎn)擊窗口中的Preview，對(duì)模型及設(shè)置進(jìn)行預(yù)覽檢查。

4、輸出聯(lián)合求解文件

        聯(lián)合分析定義好后，可利用File>Output>ABAQUS輸出所需的必要文件以及子結(jié)構(gòu)相關(guān)文件。設(shè)置inp的名字，如，scooter.inp，選擇Abaqus的版本（如6.11），其他默認(rèn)進(jìn)行輸出，一旦輸出完成，在ansainfo窗口會(huì)出現(xiàn)子結(jié)構(gòu)生成和聯(lián)合仿真的必要命令，為了完成分析，需要先生成子結(jié)構(gòu)，abaqus job=scooter_substructure interactive。

聯(lián)合仿真的提交命令如下（以abaqus 6.11為例）

abaqus cosimulation cosimjob=scooter

job=scooter_impl，scooter_expl interactive

 

        Ansa與Abaqus都是功能強(qiáng)大的專(zhuān)業(yè)軟件，利用Ansa完成Abaqus隱式顯式聯(lián)合仿真，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，極大的方便了用戶，提高了前處理的效率，而這也是專(zhuān)業(yè)CAE分析工程師的首選方案。