abaqus表面單元的案例
ABAQUS任意單元表面加入膜單元或加入復(fù)合材料纖維層
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本期是教大家如何在ABAQUS有限元模型中在任意實體單元表面加入殼單元作為纖維增強材料來模擬復(fù)合材料：
孔眼壁上的膜單元來模擬壁面加固材料
內(nèi)加入纖維增強材料
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旨在分享，若侵即刪.
表面效應(yīng)單元簡介
怎樣施加如下的壓力荷載：
– 如剪切荷載一樣與表面相切的荷載?
– 如螺栓產(chǎn)生的壓力荷載，在表面上變化的荷載?
– 如屋頂上冰載荷一樣與面成某一角度的載荷?
? 表面效應(yīng)單元為處理這一類問題提供了有效的方法。
特點:
– 象“皮膚”一樣覆蓋在網(wǎng)格表面
– 如，作用表面載荷的管道
– 很容易創(chuàng)建
對2-D和3-D模型都有用:
– SURF151、153 是線單元(熱和結(jié)構(gòu)) ，表示2-D模型的邊。
– F152、154 是面單元(熱和結(jié)構(gòu))，表示3-D 模型的面。
表面效應(yīng)單元.rar
展開 ANSYS輸出實體模型表面的節(jié)點信息 和單元拓?fù)潢P(guān)系
ANSYS輸出實體模型表面的節(jié)點信息
和單元拓?fù)潢P(guān)系
遇到一個問題，一個給定的實體模型，劃分了solid185的單元，假如實體模型單元劃分如下。需要提取實體模型外表面節(jié)點位置信息和單元拓?fù)潢P(guān)系（也就是每一個單元是由哪幾個節(jié)點組成的），目的是方便做其他分析，比如流體分析，提取外表面的節(jié)點可以施加溫度載荷。
圖1
對于此問題，在ansys里面很難直接提取所有外表面的節(jié)點和單元信息，因為外表面也是實體單元的一個單元面，不可能剝離出來。
因此，想要提取外表面的單元和節(jié)點，最好是需要外表面存在平面單元。
對于此，可以采用ansys里面的特殊單元mesh200，這個單元用于面網(wǎng)格的劃分，而且劃分后的單元不參與實際計算。
于是：
et,2,200 ！定義mesh200單元類型
asel,s,ext ！選擇所有的外表面
aatt,,,2 ! 設(shè)置劃分單元為mesh200
KEYOPT, 2, 1, 6 ! 4節(jié)點的四邊形單元
amesh,all ! 劃分所以的外表面
此時劃分的面網(wǎng)格和原來的實體網(wǎng)格的節(jié)點是一一對應(yīng)的，這就保證了最后輸出的節(jié)點的坐標(biāo)與原來實體模型的對應(yīng)節(jié)點是一一對應(yīng)的。
此時可以選擇刪除實體模型和實體單元。
展開 在ANSYS中用表面效應(yīng)單元加任意方向的荷載
用表面效應(yīng)單元加任意方向的荷載
finish
/PREP7
et,1,45 !定義實體單元solid45
et,2,154 !定義三維表面效應(yīng)單元
KEYOPT,2,2,0 !指定表面效應(yīng)單元的K2=0，所加荷載與單元坐標(biāo)系方向相同
KEYOPT,2,4,1 !指定表面效應(yīng)單元的K4=0，去掉邊中點，成為四結(jié)點表面單元
block,-5,5,-5,5,0,5 !建實體模型
mp,dens,1,2000
mp,ex,1,10e9
mp,prxy,1,0.2
asel,s,loc,z,5.0,5.0 !選中實體上表面
AATT, 1, , 2, 0, !指定實體上表面用154號單元
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
esize,,5
amesh,all !對上表面劃分網(wǎng)格
allsel,all
VATT, 1, , 1, 0 !指定實體用45號單元
MSHAPE,0,3D
MSHKEY,1
vmesh,all
/PSYMB,ESYS,1 !顯示單元坐標(biāo)系
esel,s,type,,2 !選中實體上表面的表面效應(yīng)單元以方便加荷載
sfe,all,1,pres,,50 !在面內(nèi)加Z向荷載，大小為50，荷載方向可通過值的正負(fù)控制
sfe,all,2,pres,,100 !在面內(nèi)加X向荷載，大小為100
sfe,all,3,pres,,150 !在面內(nèi)加Y向荷載，大小為150
/psf,pres,,2,0,1 !以箭頭方式顯示所加荷載
!
展開 
ABAQUS粗糙表面模型生成插件
ABAQUS粗糙表面模型生成插件
abaqus根據(jù)規(guī)范更改表面粗糙度 ￥50
python代碼：依據(jù)FFT變換生成不同等級的路面粗糙度
Abaqus前處理插件-裝配體外表面提取 ￥100
在許多分析任務(wù)的前處理過程中，我們需要提取結(jié)構(gòu)的外表面，例如施加壓強等分布載荷，添加對流、輻射、溫度邊界條件等等。
對于較為復(fù)雜的模型提取外表面的工作十分繁瑣。尤其當(dāng)模型中存在多個instance實例，其結(jié)構(gòu)表面之間往往相互交叉接觸，選取模型外表面就變得十分繁瑣。
本插件可以實現(xiàn)“一鍵提取”所有外表面。
插件簡易界面通過RSG功能制作，內(nèi)核函數(shù)包含對單元面的遍歷識別和處理，可作為前處理二次開發(fā)進(jìn)階技巧供大家學(xué)習(xí)。
ABAQUS隨機粗糙度表面地形建模
本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維隨機粗糙度表面或地形圖模型，并通過隨機粗糙度表面進(jìn)行簡單的動力學(xué)模擬。
首先采用CAD隨機粗糙度表面插件建立三維隨機粗糙度實體幾何模型，并將模型導(dǎo)出為iges格式文件。
在ABAQUS內(nèi)將隨機粗糙度表面文件以部件的形式進(jìn)行導(dǎo)入。
為了動力學(xué)模擬的需要，這里新建一個球體部件，并將其與粗糙度表面進(jìn)行裝配，球體置于粗糙度表面的任意位置。
設(shè)置球體與粗糙度表面間的相互作用，切向行為設(shè)置罰，法向行為設(shè)置硬接觸，并在載荷中設(shè)置重力并將模型下表面固定。
為模型劃分網(wǎng)格，單元形狀設(shè)置為四面體。
提交作業(yè)并查看球體在隨機粗糙度表面或特定地形中的運動路徑情況。
展開 基于abaqus的鋼球振動沖擊金屬表面
基于abaqus的鋼球振動沖擊金屬表面。鋼球在X方向做勻速平動，Z軸做順時針轉(zhuǎn)動，Y方向做簡諧振動，沖擊金屬表面。可在結(jié)果中觀察金屬塊的應(yīng)力應(yīng)變、溫度分布、表面形貌，晶粒細(xì)化，殘余應(yīng)力等情況。
abaqus里的非線性薄層單元，零厚度cohesive單元，goodman接觸單元等的基本形式是什么？如何構(gòu)建與應(yīng)用？
在使用Abaqus，Comsol等軟件進(jìn)行薄層區(qū)域的力學(xué)分析過程中，例如在研究水壓致裂、裂縫擴展，接觸粘結(jié)滑移的這類薄層力學(xué)性質(zhì)時，我們經(jīng)常需要采用應(yīng)力-相對位移(σ-u)關(guān)系，而不是傳統(tǒng)本構(gòu)描述的應(yīng)力-應(yīng)變(σ-ε)關(guān)系來描述，例如Abaqus里面的Cohesive單元，Goodman單元，以及Comsol里的彈性薄層（在后面我把這類單元統(tǒng)稱為增量非線性力學(xué)薄層）。這類單元厚度非常小甚至為0，薄層兩側(cè)的節(jié)點（單元）用一組力（應(yīng)力）與相對位移的關(guān)系方程聯(lián)系起來，例如給出一個形式最為簡單的典型應(yīng)力-位移方程
此方程描述了1,2,3方向（通常是法向和兩個切向）上相對位移與應(yīng)力的關(guān)系，應(yīng)力與相對位移呈線性關(guān)系，類似于“線性彈簧”。但是對于土-結(jié)構(gòu)接觸、裂縫的張開閉合這類問題，線性方程已經(jīng)不足以準(zhǔn)確描述這些物理量之間的關(guān)系，這時就需要引入增量非線性方程來構(gòu)建薄層單元。
引入增量非線性薄層的概念之前，首先介紹一下全量非線性薄層以理解非線性的概念，首先給出以下公式
這是一個全量非線性薄層，其非線性的表現(xiàn)可以用下面幾個例子體現(xiàn)，
對比①和②項，可以發(fā)現(xiàn)僅存在3方向上的位移變化的情況下，1，2方向上的力也會發(fā)生改變，體現(xiàn)了彈簧三個方向力學(xué)性質(zhì)的非獨立性，對比①和③項，可以發(fā)現(xiàn)力的大小并不和位移大小成正比，也就是非線性特征。
所以對于增量非線性方程，就是把應(yīng)力-位移關(guān)系方程寫成應(yīng)力增量-位移增量的關(guān)系方程，例如
寫成微分形式的好處是，可以體現(xiàn)出應(yīng)力路徑對位移結(jié)果的影響，也就是類似于“塑性”特征（所以所有的彈塑性本構(gòu)也都是增量方程）。但是對于此類微分方程的求解，必須給定一個力的初始值。
展開 abaqus粗糙表面的微動磨損分析
本文基于Abaqus分析了粗糙表面的微動磨損行為。
進(jìn)行粗糙表面的微動磨損分析，首先需要建立粗糙表面的幾何模型。試驗表明分形理論可以有效表征粗糙面的幾何特征。二維表面的輪廓由W-M分形函數(shù)確定
通過python結(jié)合式(1)可以得到模型輪廓如下。
圖 1 Python生成的輪廓
圖 2 粗糙面網(wǎng)格
磨損模型如下
通過umeshmotion子程序?qū)⑹?2)磨損模型引入有限元分析。
壓頭上，法向施加固定載荷，切向施加周期性位移。計算得到的結(jié)果如下所示。
圖 3 光滑表面和粗糙表面磨損后的變形對比
展開 
【JY】Abaqus“殼”單元概述與應(yīng)用（二）——固體殼單元
寫在前文
在有限元分析中，單元類型的選擇對計算結(jié)果的精度和效率有著決定性影響，尤其對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和薄壁結(jié)構(gòu)的分析更是如此。
Abaqus 作為主流的有限元分析軟件，提供了多種固體殼單元類型以滿足不同工程需求。連續(xù)實體殼單元 (CSS8)、非協(xié)調(diào)元 (C3D8I) 和連續(xù)殼單元 (SC8R) 是 Abaqus 中常用于復(fù)合材料和薄壁結(jié)構(gòu)分析的三種單元類型，各自具有獨特的理論基礎(chǔ)和適用場景。
相關(guān)閱讀：
【JY】Abaqus殼單元概述與應(yīng)用（一）
除了上述采用類實體單元的“殼”單元外，還有完全的殼單元，如S4R 單元，是 Abaqus 中最常用的常規(guī)殼單元之一，為 4 節(jié)點減縮積分殼單元，基于經(jīng)典殼理論，適用于各類薄壁結(jié)構(gòu)的線性與非線性分析，尤其在大變形和接觸問題中表現(xiàn)穩(wěn)定，將該單元作為對比基準(zhǔn)，對上述實體類“殼”單元進(jìn)行對比分析。
本文旨在對這三種單元類型進(jìn)行深入比較研究，從理論基礎(chǔ)、自由度、材料本構(gòu)、積分方案、閉鎖敏感性、計算成本等多個維度展開分析，為工程實踐中的單元選擇提供參考。特別是針對復(fù)合材料分析、金屬薄壁結(jié)構(gòu)模擬以及混合建模等應(yīng)用場景，探討這三種單元的適用性差異，并分析它們在幾何非線性情況下的計算成本和精度表現(xiàn)。
單元類型基本原理與特點
2.1 連續(xù)實體殼單元 (CSS8)
連續(xù)實體殼單元 (CSS8) 是一種介于 C3D8I (非協(xié)調(diào)元) 和 SC8R (連續(xù)殼單元) 之間的特殊一階單元，由 Vu-Quoc 和 Tan 于 2003 年提出，后集成于 SIMULIA 2017 及以后的版本。它是一種三維單元，具有以下基本特點：
幾何與自由度：CSS8 為 8 節(jié)點六面體單元，僅有位移自由度 (無轉(zhuǎn)動自由度，與實體單元一致)，與實體單元混合建模時易于處理連接過渡。
展開 BCC點陣結(jié)構(gòu)梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學(xué)質(zhì)量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學(xué)的方法對BCC結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結(jié)構(gòu)，壓頭設(shè)置為剛性面，添加質(zhì)量縮放，加快運算速度，為點陣結(jié)構(gòu)壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進(jìn)行處理，得到點陣單胞點陣結(jié)構(gòu)。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進(jìn)行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結(jié)構(gòu)，接下來進(jìn)行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設(shè)置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結(jié)果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進(jìn)行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設(shè)置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應(yīng)力應(yīng)變值見下表所示。
設(shè)置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設(shè)置。
4.設(shè)置分析步Dynamic,Explicit，時間設(shè)置為5s，以每秒1mm的速度進(jìn)行壓縮模擬，開啟質(zhì)量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
5.設(shè)置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數(shù)為0.3，設(shè)置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 abaqus實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接設(shè)置
使用多點約束MPC，實現(xiàn)實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接如何設(shè)置，實體單元梁彎矩曲線怎么提取？可下載附件，也可觀看視頻。
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15810?nagivator=course
abaqus實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接設(shè)置.rar
abaqusO形環(huán)接觸表面初始過盈的幾種處理方法
選擇所需的表面和接觸初始化任務(wù)，并按圖5所示創(chuàng)建任務(wù)，可根據(jù)需要對多個面集批量處理。
圖5 將通用接觸初始化分配給一對表面
本例中，定義兩個面集用于O形環(huán)的邊接觸。如果在從面中超過一個單元與主面發(fā)生干涉，那么過盈單元就會變成內(nèi)部單元，無法參與分析。
圖6 增加限定值后設(shè)定的通用接觸
無應(yīng)變調(diào)整是通過定義通用接觸的初始化任務(wù)完成，類似于忽略過盈的方式。
當(dāng)設(shè)置過盈配合時，在第一個增量步中逐步消除過盈，變形部分會逐步產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變 (如圖7)。
圖7 指定過盈配合的通用接觸
接觸對
定義接觸對接觸時，通常采用設(shè)置過盈配合量來消除過盈量，但當(dāng)O形環(huán)發(fā)生偏移（圖8）， Abaqus就不能再定義過盈配合。
圖8 偏移O形環(huán)
這種情況下，可以在第一個分析步中逐步解決過盈的問題。在第一個分析步中，打開“Edit Interaction”對話框，點擊選項“Interferencefit”(圖9)。
圖9 過盈量設(shè)置
在Interference Fit Options對話框中，不能用默認(rèn)設(shè)置。選擇“Gradually remove slave node overclosure during the step”，然后，Abaqus自動調(diào)整干涉部分，不用指定過盈量。
圖10 分析步中逐步調(diào)整重疊部分
以上設(shè)置可以使Abaqus解決初始過盈問題。
圖11 逐漸解決初始過盈的問題
還可以使用無應(yīng)變調(diào)整來解決過盈問題，使用“Edit”對話框。“SlaveAdjustment”選項卡中， 默認(rèn)設(shè)置為“No adjustment”(圖12)。
圖12 接觸對的無應(yīng)變調(diào)整
選擇“Adjust only to remove overclosures”，刪除過盈點，但保留小間隙。
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