abaqus提取邊界載荷
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus提取邊界載荷的視頻教程
基于ABAQUS進行井壁穩(wěn)數(shù)值模擬的操作教程（3）：載荷、邊界條件和初始條件的設(shè)置
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abaqus提取邊界載荷的實例教程
Abaqus中施加邊界和載荷時，op參數(shù)設(shè)置不同必然帶來結(jié)果差異，說明如下
a.載荷
Cload施加集中載荷時，op選項默認設(shè)為mod，即保留當(dāng)前載荷（前一分析步定義載荷）并在此基礎(chǔ)上修改已有載荷，或增加新集中載荷（在未定義自由度上）；如op設(shè)為new，則所有當(dāng)前施加在模型上的載荷均被移除（移除時在當(dāng)前分析步內(nèi)線性減至零或突降至零，取決于分析步內(nèi)定義的Amplitude卡片。靜力分析中線性移除，動力分析則即刻移除），并重新定義新載荷。
以如下模型為例，第一個分析步在1號螺栓上施加500N力，第二個分析步在2號螺栓上施加1000N力。在第二個分析步中對1號螺栓外載分別按mod和new選項進行定義。
圖1 載荷模型
分別輸出耦合面參考點的支反力和兩加載點的外載變化歷程。支反力和兩點外載變化曲線如下圖
圖2 支反力
圖3 外載變化
mod設(shè)定，1號螺栓外載在step 1中線性增加至指定的500N，在step 2 中保持500N定值；2號螺栓外載在step 1中未定義，在step 2開始線性加載至1000N。總的支反力在step 1結(jié)束時與1號螺栓外載平衡，step 2結(jié)束時與兩個螺栓外載平衡。
New設(shè)定，從step 2開始，1號螺栓外載在分析時段內(nèi)線性減少至零（該點未定義新載荷，默認新值為零）；2號螺栓載荷因盡在step 2定義，兩條曲線完全重合。總的支反力與螺栓外載疊加曲線相平衡。
b.邊界
Boundary卡片，op為mod時（默認值），更改已存邊界條件或為之前未被約束自由度添加邊界條件；op為new時，所有當(dāng)前生效的邊界條件均被移除。僅移除選定邊界條件時，使用new選項并重新指定所有需要保留的邊界條件。如果在standard的盈利/位移分析中移除一個邊界條件，它會被一個與前一分析步終止時該約束自由度處支反力相等的集中力代替。
展開 ABAQUS作為先進的非線性有限元分析軟件，可以用來分析大規(guī)模的復(fù)雜多組件模型的傳熱問題。純熱傳遞分析在Abaqus/Standard中完成，耦合響應(yīng)在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中完成。在ABAQUS/Standard中，熱傳導(dǎo)分析的執(zhí)行是通過將幾何體離散成擴散熱傳導(dǎo)單元，并且使用*HEAT TRANSFER過程選項完成熱傳導(dǎo)計算。
ABAQUS進行熱傳導(dǎo)分析時，提供以下幾種邊界條件和熱載荷：
1、在某些節(jié)點上預(yù)設(shè)溫度，使用*BOUNDARY，自由度為11的值進行預(yù)設(shè)溫度定義；
對于預(yù)設(shè)溫度的定義，可以進行溫度值固定以及隨幅值曲線變化的溫度，其定義方法與一般邊界條件的定義方法類似，CAE界面的定義方法如下圖。
2、在某些節(jié)點或者表面或體積內(nèi)設(shè)置生熱率q，使用*CFLUX，*DFLUX，*DSFLUX進行定義；
生熱率的定義可以定義固定值或隨幅值曲線變化的值。分布熱流量通過*DFLUX和*DSFLUX施加，*DFLUX可以施加在面或體上，*DSFLUX只能施加在面上。
CAE界面的定義方法如下圖：
3、在某些節(jié)點或表面上的定義薄膜條件，使用*CFILM，*FILM，*SFILM；
熱傳導(dǎo)中，自由表面與緊鄰流體之間的對流是最常見的薄膜條件。*CFILM施加在節(jié)點上。*FILM二維情況下施加在單邊上，三維情況下施加在單元面上。*SFILM施加在面上。
4、在某些節(jié)點或表面設(shè)定敷設(shè)條件，使用*CRADIATE，*RADIATE，*SRADIATE；
*CRADIATE施加在節(jié)點上，*RADIATE施加在單元上，*SRADIATE施加在面上。定義輻射邊界條件需要定義Stefan-Boltzmann常數(shù)和絕對零度。
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求解精度與效率雙優(yōu)
· 相比傳統(tǒng)有限元（FEA），Adams 以多體動力學(xué)專用求解器實現(xiàn)非線性動力學(xué)快速計算，耗時僅為 FEA 的 1/5-1/10，同時精準輸出全運動周期的載荷、加速度、應(yīng)力數(shù)據(jù)，為 FEA 提供精準邊界條件，提升結(jié)構(gòu)分析精度dr.adams.com。
施加工況與載荷：
· 基于ADAMS/Car等多體動力學(xué)仿真或臺架試驗數(shù)據(jù)，提取各典型工況下控制臂各連接點處的力和力矩。
· 垂向工況：在球鉸處施加Z向力，大小為18522N。
· 制動工況：在球鉸處施加-X向力，大小為-7938N。
· 側(cè)向工況：在球鉸處施加Y向力，大小為5292N。
邊界條件參照ASTM標準設(shè)置，即在 125 mm × 75 mm 矩形框內(nèi)支撐試件，僅約束面內(nèi)平移自由度，不約束法向。插件的邊界建模即復(fù)現(xiàn)了這一試驗構(gòu)型。
圖 2 模型所定義旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)示意圖
5、定義分析設(shè)置并施加邊界條件。相機實際工作載荷的頻率大概率處于低頻區(qū)間，因此將分析頻率范圍設(shè)定為 0~30Hz。設(shè)置 30 個求解間隔，采用完全求解法，并設(shè)定恒定結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)為 0.02。以外加位移的形式對下方環(huán)形結(jié)構(gòu)施加外部激勵（見圖 3）。
不確定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）
真實工程充滿不確定性——材料參數(shù)分散、載荷波動、幾何公差。UQ 是 modern V&V 的核心。
05 結(jié)語
在 Ansys Workbench 中，雖然沒有直接名為“全局方程”的模塊來求解這種“已知位移反求載荷”的問題，但通過 “位移約束 + 探針提取反力” 這一組合，我們可以更直觀地獲得等效結(jié)果。
2施加目標預(yù)壓力
根據(jù)假人體重（對應(yīng)百分位）自動計算坐墊/靠背的目標壓力分布，施加均布或體重分布載荷。
3靜力求解與收斂
隱式靜力求解器迭代至收斂，輸出節(jié)點位移場與初始應(yīng)力場（d3plot + dynain 格式）。
4寫入碰撞主模型
將預(yù)壓變形后的泡沫幾何與初始應(yīng)力一并寫入碰撞仿真模型，保證碰撞零時刻的接觸邊界準確。
2施加目標預(yù)壓力
根據(jù)假人體重（對應(yīng)百分位）自動計算坐墊/靠背的目標壓力分布，施加均布或體重分布載荷。
3靜力求解與收斂
隱式靜力求解器迭代至收斂，輸出節(jié)點位移場與初始應(yīng)力場（d3plot + dynain 格式）。
4寫入碰撞主模型
將預(yù)壓變形后的泡沫幾何與初始應(yīng)力一并寫入碰撞仿真模型，保證碰撞零時刻的接觸邊界準確。
圖1 模型尺寸信息
【荷載&邊界設(shè)置】本次荷載選擇為自重和橋面均布荷載，在兩側(cè)拱腳處固結(jié)。
圖2 邊界條件設(shè)置
【優(yōu)化參數(shù)設(shè)置】首先在ABAQUS中設(shè)置拓撲優(yōu)化，選擇凍結(jié)荷載和邊界區(qū)域，然后設(shè)置應(yīng)變能和體積，通過不斷縮小體積閾值實現(xiàn)規(guī)定條件下的最大剛度，本次體積閾值分別設(shè)置為0.1，0.2和0.3。
邊界條件
運動學(xué)邊界條件為：在軸線上對稱（位于 r=0 的節(jié)點，屬于節(jié)點集AXIS，被施加了 ur=0 的約束）以及關(guān)z=0 平面對稱（所有位于 z=0 的節(jié)點，屬于節(jié)點集 MIDDLE，被施加了 uz=0 的約束）。
