追蹤單元法ABAQUS中
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
追蹤單元法ABAQUS中的實例教程
最近在計算中遇到殼單元與實體單元的連接問題，先簡對問題進行說明，進而提出問題，希望大家給予解決的辦法，同時也希望對巖土的朋友有所幫助。
洞室開挖與支護的時候，周圍巖土體用實體單元（solid elements）模擬，支護的混凝土襯砌用面殼單元（shell elements）模擬，那么就出現如下問題：
（1）支護的面殼單元與被支護的巖土體共節點時，共用的節點即屬于面殼單元又屬于實體單元，那么對于面殼單元來說，共用的節點就有三個轉動自由度，如果轉動過大，對應共用節點的這部分實體單元來說，很可能造成不收斂情況，那么共用節點的情況該如何處理共用節點的轉動自由度，網友說采用equation，我看了下，好像不太合理。
（2）支護的面殼單元與被支護的實體單元不共用節點，那么實體單元與面殼單元該如何連接最為合理呢。如果采用tie會造成應力的集中，不太符合實際，coupling等 沒有試過。如果采用接觸對定義接觸，個人感覺很難被工程接受，原因是接觸參數取值的合理性和可信性，接觸狀態的合理性等。
提出以上開挖支護中遇到的一個問題，希望大家發表自己的心得。
首先感謝Simwe論壇，也Robert_Su的熱心關注與指導。
通過幾天的摸索嘗試，應力集中問題已經基本搞定：采用surface to surface 綁定約束，面殼網格與其支護的實體網格密度完全相同，非共節點綁定約束的響應和共節點模型的響應幾乎沒有差別。
現將采用降溫法+追蹤法模擬洞室開挖和支護的共節點與非共節點小模型的inp上傳，希望對巖土開挖與支護的朋友有用。簡單介紹下開挖實現的過程：前提---無論是共節點還是非共節點模型，面殼shell單元都要建立兩組相同節點不同單元號的襯砌shell單元組，其中一組給定很小的材料參數，用來追蹤降溫過中襯砌-圍巖交界面處的幾何位置（參考幫助或本論壇相關帖子）。
展開 前言：在一個有限元整體模型中，切割出部分模型，運用有限元分析將特定的力學特性通過模態表達、矩陣表達、傳遞函數表達提取出來，這一過程稱為超單元的生成（縮聚）。然后再對整體模型開展分析的時候，用這些表達來替換切割出來的部分模型。這樣一種操作方法，稱之為超單元法（或子結構法）。或者叫直接矩陣輸入法。這些表達就是所謂的超單元。而整體模型除去超單元的部分稱為殘余結構。
超單元一個最有意義的用處便是大幅降低計算花費，提升分析效率。利用有限的計算資源完成計算更為龐大的分析。超單元可以大幅降低整體模型的自由度，所以計算量相對更低，可以用來做一些更為復雜的分析。
尤其是對于多學科優化及輕量化優化分析時，有效地規劃計算資源的使用可以大大提升優化效率。對于多學科優化時，無論是直接優化還是使用代理模型優化都需要大量的計算。這就對計算資源提出了更高的要求。而使用超單元法則會大大提高計算效率。
之前，介紹了超單元法在NVH分析中的應用。即在副車架多學科輕量化優化時安裝點動剛度時便使用了超單元法。求解器使用了Optistruct。
鏈接：超單元法在多學科優化分析中的應用
本文介紹一下ABAQUS超單元法（子結構法）在優化分析及輕量化優化分析中的應用。
ABAQUS中在如下的分析類型中子結構法應用沒有任何限制：static、dynamic、frequency、complex frequency、steady state dynamics。而在modal dynamic、Response spectrum、random Response分析中無法進行縮減自由度的恢復。
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沖擊速度通過預定義場賦予沖頭（初始速度沿法向負方向，默認 4430 mm/s，對應約 10 J 能量示例，用戶可調）。分析步采用顯式動力學，時間周期默認 0.01 s，場輸出包含應力 S、應變 E、位移 U、損傷變量 SDEG 和 DMICRT、狀態變量 SDV 及 STATUS，歷史輸出請求接觸面法向力 CFN3，便于后處理中快讀提取力?時間/位移曲線。
第二章 光收集工具：自由曲面、液體透鏡與超構表面
在五維智能傳感的架構中，光學前端的角色發生了根本性變化。傳統成像中，光學系統的目標是盡可能無損地將場景成像到傳感器上——這是一個被動的、中立的光管道。在五維智能傳感中，光學前端是主動的、可編程的光預處理單元。它的任務不再是無損傳輸，而是在光進入傳感器之前，就完成特定維度的編碼、分離或增強。
在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit的模擬中，均使用了軸對稱CAX4R單元：這是一種具有單個積分點和“沙漏控制”的四節點四邊形單元，用于控制由完全減縮積分引起的偽機制。選擇此單元是因為對于涉及非線性本構行為的問題來說，它的計算成本相對較低。
例如，光線從低折射率材料（如空氣）進入高折射率材料（如玻璃），會向法線彎曲。反之，進入折射率較低的材料則會使其偏離法線。
光線追蹤本質上是跟蹤光在不同材料和全尺度光學組件（例如透鏡和衍射光柵等）中的基本物理行為。這是一種基于仿真的方法，可在系統中可視化光路徑，其不僅包括觀察光源附近的光是什么樣子的，而且還包括檢驗這些光線在穿過不同材料和幾何結構后是如何變化的。
什么是光線追跡？3個月前
例如，光線從低折射率材料（如空氣）進入高折射率材料（如玻璃），會向法線彎曲。反之，進入折射率較低的材料則會使其偏離法線。
光線追蹤本質上是跟蹤光在不同材料和全尺度光學組件（例如透鏡和衍射光柵等）中的基本物理行為。這是一種基于仿真的方法，可在系統中可視化光路徑，其不僅包括觀察光源附近的光是什么樣子的，而且還包括檢驗這些光線在穿過不同材料和幾何結構后是如何變化的。
如何與Abaqus交互？代碼直接Copy就能用！
3?? 生死單元技術（Model Change）
想模擬真實的材料填充過程？必須掌握生死單元。文檔詳細演示了如何在Abaqus中設置 Model Change，以及如何通過 Python 腳本 自動創建大量的Set集和分析步，告別機械重復的體力活。
在系列文章4：非線性問題的求解中我們提到了弧長法求非線性屈曲，但非線性屈曲只是屈曲分析的一種方法，在工程上更多是一種簡化方法。我們將分兩個章節介紹結構屈曲分析，本章將介紹屈曲的理論，下一章節介紹屈曲的實驗和模擬。
2.1 屈曲的含義
“屈曲”兩個字中：
屈：大丈夫能屈能伸。屈和伸相反，表示結構件受壓的狀態。
曲：九曲十八彎，曲表示結構件彎曲。
混凝土細觀模型研究中主流的數字化重建方法主要分為以下兩類：一是幾何重構法，從CT或照片圖像中提取真實骨料輪廓，通過AutoCAD等軟件重建混凝土骨料、ITZ幾何模型，再導入ABAQUS進行網格劃分；二是圖像映射法，將混凝土高分辨率掃描圖像通過預處理將不同材料進行顏色區分后，通過ABAQUS插件直接轉化為有限元網格單元，并依據圖像顏色差異劃分材料相。
/strong></p><p>Cohesive單元不像殼單元可以默認部件形式形成厚度方向，其厚度方向必須在網格中通過掃掠形成，若未掃掠，abaqus的網格則通過右手螺旋法則判定厚度方向，如圖所示。
</p><p>對于大磨損量（如磨損厚度接近網格單元尺寸）的模擬，可在 <strong>Abaqus/Explicit</strong> 中結合ALE自適應網格技術，使網格隨磨損后的形狀動態調整，從而保持計算精度。此外，軟件也支持通過特定方法高效模擬如軸承旋轉等數百萬次循環的磨損過程。
