abaqus涂層分析的案例
基于ABAQUS的AlN絕緣涂層磨損機理仿真研究
Bortoleto等[4]采用增強拉格朗日-歐拉（ALE）與Archard磨損模型結合的方法，分析了在銷-盤式摩擦試驗中，銷的干摩擦滑動磨損。Rezaei等[5]采用二維應變有限元模型和Archard磨損模型，分析了軸承徑向滑動的磨損。張志宏等[6]采用Archard磨損模型，分析了槍管涂層的磨損量和磨損狀態的分布。李靜等[7]基于Archard磨損模型開發了用于自潤滑軸承磨損子程序，分析了自潤滑軸承在運行過程中襯套的長時間磨損情況。周旭等[8]基于軸承力學分析模型和Archard磨損模型，分析了軸承的磨損特性并提出了一種用于軸承磨損壽命的分析方法。B.Subramanian等[9]采用直流反應磁控濺射法在低碳鋼上制備了氮化鋁涂層，通過環塊法摩擦磨損實驗分析了涂層的摩擦磨損性能。Lin等[10]采用非平衡磁控濺射法制備了CrN/AlN超晶格涂層，通過球盤式摩擦磨損實驗測試了涂層的耐磨性能，分析了分子層周期與涂層性能的關系。
本文采用Archard磨損模型與Johnson-Holmquist陶瓷損傷模型，基于ABAQUS構建了有限元模型來模擬氮化鋁涂層的摩擦磨損。通過摩擦磨損實驗數據對模型進行修正，結合仿真與實驗結果分析了氮化鋁涂層的磨損去除機理，對以后的研究和生產應用具有重要意義，對絕緣軸承技術的發展具有促進作用。
1 有限元模型
1.1 幾何模型
為了保證有限元分析的計算效率，對實驗進行了適當的簡化，為了便于模型的建立，將滾動摩擦簡化為滑動摩擦，見圖1，為了減少運算時間，利用ABAQUS軟件僅建立了滾動體的1/8和涂層材料基體。滾動體材料為Gcr15軸承鋼，直徑為3 mm。氮化鋁材料尺寸20mm×20mm×2mm。按照摩擦磨損試驗臺的實際裝配情況，基體完全固定，滾動體只保留摩擦方向的自由度。
展開 平面和曲面各向異性涂層的模擬與分析
摘要
VirtualLab Fusion 能夠在光學元件的表面添加雙折射涂層，即各向異性介質層，以利用光學系統中偏振控制和多路復用的額外自由度。 在這個例子中，我們介紹了這個特性——在表面上添加各向異性涂層——并分別研究了 lambda/4 涂層在平面和曲面上的偏振轉換。
平面四分之一波片涂層
系統構建塊 – 光源
系統構建塊 – 涂層表面
四分之一波片的偏振轉換
菲涅耳效應偏差的影響
平面四分之一波片涂層
另一個可能影響偏振轉換的附加效應是入射角。 由于場分量在板平面上的投影，所得偏振態將隨著角度的增加而變得更加橢圓。
曲面上的四分之一波片涂層
文件信息
展開 平面和曲面各向異性涂層的模擬與分析
摘要
VirtualLab Fusion 能夠在光學元件的表面添加雙折射涂層，即各向異性介質層，以利用光學系統中偏振控制和多路復用的額外自由度。 在這個例子中，我們介紹了這個特性——在表面上添加各向異性涂層——并分別研究了 lambda/4 涂層在平面和曲面上的偏振轉換。
平面四分之一波片涂層
系統構建塊 – 光源
系統構建塊 – 涂層表面
四分之一波片的偏振轉換
菲涅耳效應偏差的影響
平面四分之一波片涂層
另一個可能影響偏振轉換的附加效應是入射角。 由于場分量在板平面上的投影，所得偏振態將隨著角度的增加而變得更加橢圓。
曲面上的四分之一波片涂層
文件信息
進一步閱讀
- VirtualLab Fusion 中的光學各向異性介質
- 軸晶體中的錐形折射
- 單軸晶體中的偏振轉換
展開 分析丨風電葉片的防護涂層材料
利用有機氟改性丙烯酸酯，改性后的涂料不僅保持了原有的丙烯酸酯的特性，還提高了涂層的耐候性、抗污性等。在國外，氟代丙烯酸酯聚合物已經成功地用作橋梁、建筑、汽車等耐候性要求較高的外用涂料，能否將該類聚合物引入到風電葉片涂料上是一個值得探討和研究的問題。
其它材料
聚天門冬氨酸涂料是近幾年新興的高性能雙組份涂料，耐黃變，性能穩定。拜耳公司[27]用聚天門冬氨酸酯作為聚脲的面漆或以單一的防腐涂層形式應用在風電葉片上，涂膜表干3h,具有極佳的防腐耐磨性能。有機硅涂料具備優良的耐候性、耐高低溫性、抗水性、耐沾污等性能，已廣泛應用于建筑、航天等領域。
在2009年10月北京舉辦的中國國際風能大會上，Dow corning公司展示了一種硅樹脂涂層產品，該產品可直接敷在葉片表面，形成一層性能卓越的保護層。
環氧樹脂涂料具備較高的粘接力，耐候性較強，防腐性能卓越，通過添加納米無機材料對環氧樹脂涂料進行改性，可以提高涂層的耐磨及防腐能力
Karmouch在環氧涂料中添加納米級二氧化硅顆粒得到超疏水涂料，將該涂料應用在風電葉片基材上，結果發現涂層表面接觸角可達到152°，且具備較強的紫外線耐受力。
除添加無機納米材料外，直接涂抹無機薄膜作為防護涂層也能對葉片起到保護作用。Ni-P薄膜作為應用甚廣的無機涂層，具備良好的耐磨和耐腐蝕性
Lee將Ni-P薄膜涂布在風電葉片上，在較高的P含量(P>7%)和較小的微空隙下，當底材玻璃纖維增強塑料(GFRP)的表面粗糙度超過0˙3μm后，涂料的防腐和耐磨性能將有所提高，此外，膜厚和拋光條件對涂膜性能也有影響。
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文獻分享 | 使用 ANSYS Workbench 對涂有木質涂層的直齒輪進行接觸應力分析
(a)正齒輪分析。(b) 嚙合正齒輪分析
Results and discussions
5 Result and discussions 結果和討論
5.1 . 現有齒輪（Gear-1）分析結果
與圖 2所示的涂層齒輪相比，未涂層齒輪的總變形更高。涂層齒輪顯示了特定齒輪中的各種應力分布。未涂層齒輪無應力分布顯示未涂層正齒輪中產生的應力更大。齒輪的顏色表示涂層齒輪中的各種應力水平。
圖2 . 齒輪 1 的總變形
如圖3所示，涂層齒輪發生更多的方向變形。彩色齒輪顯示涂層齒輪呈紅色，顯示出更多的方向變形。涂層應力的較高變形表明與未涂層齒輪相比，齒輪中的接觸應力水平較低。方向變形是指特定方向上的變形。圖 4顯示了涂層齒輪中嚙合齒輪中的法向應力。法向應力參數并不表示配合齒輪中的法向應力。無負載時的法向應力表示兩個配合齒輪中的應力相同。
圖3 . 齒輪 1 的方向變形
圖4 . 齒輪 1 的法向應力
圖5顯示了配合齒輪中的等效應力以及未涂層應力中的等效應力。等效應力是齒輪設計中比較重要的一點。負載和支撐軸設計占用特定的空間。
展開 不銹鋼表面Fe-Al梯度涂層的ANSY殘余應力仿真分析
本案例講述的是在316L不銹鋼表面沉積Fe-Al功能涂層后，利用ansys仿真在Fe-Al涂層沉積完畢冷卻后在基體和圖層內部產生的殘余應力。
在這個案例里面，你將掌握軸對稱單元的應用、熱結構耦合方式的求解、瞬態分析的步長等基礎知識。
基體和圖層內部的殘余應力是由于溫度冷卻的不一致而引起的。屬于熱—結構耦合場問題。在ansys里面，求解耦合場問題，有兩種方式，一種是直接耦合，熱與結構耦合方程同時求解，要用到熱—結構耦合單元。另一種是間接求解方式，求解分兩步走，第一步求解溫度場，第二步在求解溫度場的基礎上根據熱膨脹系數求解應力場，分別用到熱單元和結構單元。本案例中采用間接求解的方式。
為了使求解問題簡單化，同時不偏離實際過程。考慮到降溫過程材料的非線性變化，對模型我們要做以下假設：（1）涂層在制備時溫度處于應力自由狀態（2）涂層在制備過程中不產生塑性變形或蠕變（3）不考慮材料相變引起的熱問題（4）假設涂層與基體、涂層與涂層之間不產生相對滑動。
模型為圓柱形，不銹鋼基體尺寸為φ25×0.8mm，涂層的厚度為2μm，涂層從下往上依次為Fe3Al、FeAl、Fe2Al5、FeAl3。采用軸對稱方式進行模型的建立，熱單元選用平面四節點單元plane55，網格的劃分采用映射網格劃分方式。在求解溫度場的分布之后，利用ETCHG,TTS命令轉化為結構求解，同時利用LDREAD,TEMP,,,t,
,'l','rth',' '讀入熱分析的計算結果，作為應力求解的載荷條件，熱應力的求解參考溫度為680℃。
以下是求解的分析結果。
圖1
圖2
圖3
圖（1）—（3）分別為基體與涂層右上角的出的等效應力、經向應力和軸向應力的分布圖。
展開 Abaqus 非線性屈曲分析方法 附ABAQUS分析手冊分析卷下載
當然，對于方筒這類實際上是通過顯示方法實現的，更準確的講是動力屈曲分析，所以我們還得判斷動能、塑形耗散等能量參數，才能使結果更加準確。
下載地址：ABAQUS分析手冊分析卷
基于Abaqus的建筑結構隔震分析 附ABAQUS建筑結構分析應用下載
本文通過時程分析的方法，考察隔震結構在大震作用下的性能，結果顯示，在大震作用下，結構的整體響應，無論是位移角還是結構的剪力，與小震結果都有明顯差異，隔震支座對結構性能的改善，主要體現在結構的上部，對結構的中下部則較小，且不再滿足規范中對剪力降低50%的要求。另一方面，非線性的影響會對結構的計算結果起到放大作用，使微小差異的結構方案在大震作用中表現出明顯不同的抗震性能。
下載地址 ：ABAQUS建筑結構分析應用
Abaqus超彈性材料分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載
三、后處理
1、位移云圖
圖8 位移云圖
2、應力云圖
圖9 接觸定義
下載地址：Abaqus 分析用戶手冊材料卷
Abaqus的響應譜分析 附Abaqus頻響分析完整過程下載
在ABAQUS中，響應譜分析是分為兩步完成的，第一步需要設置一個頻率提取分析步，提取結構的前幾階固有頻率；在第二個分析步中設置響應譜分析。
值得注意的是，譜分析的激勵是在step中加載的，不需要在load中進行設置。
下載地址：Abaqus頻響分析完整過程
Abaqus子結構與子模型分析技術 附ABAQUS結構工程分析及實例詳解文檔下載
-通過2個工程案例學習Abaqus中的子結構與子模型分析技術”
子結構與子模型技術在Abaqus中屬于模擬抽象化的范疇，所有Abaqus模型都涉及一定程度的抽象，但是除了傳統有限元的抽象方法之外，還可以通過以下幾種模擬抽象化技術來降低求解成本。
子結構
子模型
生成矩陣
對稱模型生成、結果傳遞和循環對稱模型
周期介質分析
網格劃分的梁橫截面
擴展有限元方法（XFEM）
適當地利用這些抽象化建模技術可以極大地提高Abaqus的分析效率，本期文章介紹一下子結構和子模型技術。
01
—
子結構
在有限元分析里，子結構也叫超級單元，是由多個單元組成的一個“整體單元”，它在線性分析的基礎上消除了“整體單元”中保留節點以外所有節點的自由度；子結構的系統矩陣（剛度、質量）也被縮聚成較小的矩陣，可以根據需求恢復內部求解。
很多實際工程結構都比較龐大，導致完整結構的有限元模型計算量超出計算機的硬件資源，對于具有線性響應的此類問題，可以使用子結構縮聚的方法，在一般配置的計算機上來求解完整結構的響應。
展開 
Abaqus預應力模態分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載
預應力模態
模態分析是一個線性攝動分析，只能進行線性求解。在動力學方程中，其載荷矩陣和阻尼矩陣為0，特征值的提取只取決于剛度矩陣和質量矩陣。而結構在外載荷的作用下剛度矩陣會發生變化，也就間接影響了結構的固有頻率。而預應力狀態下，我們不清楚剛度矩陣的變化對模態頻率的影響時，便需要進行預應力模態分析。
Abaqus預應力模態求解
分析流程如下：第一步先進行非線性靜力學求解——第二步進行模態提取
需要注意的是第一步求解時必須打開幾何非線性，即NLGEOM = YES 否則第一步求解完成后剛度矩陣不會改變，模態頻率也就不會發生變化。第二步模態求解無需設置PERTURBATION（線性攝動）或幾何非線性，軟件默認在開啟幾何非線性的后續分析步中繼續保持。
另外，第一步非線性靜力求解的材料非線性，接觸等都會對結構的剛度矩陣產生影響，進而改變模態頻率。材料如果進入塑性，相應的切向模量會降低，進而導致結構剛度矩陣變小。
靜力分析下接觸狀態的改變也會對剛度矩陣產生影響。Abaqus在進行預應力模態分析時對接觸的處理如下：第一步進行非線性接觸分析，軟件會把第一步分析結果的接觸區域作為第二步模態分析的作用區域，而第一步分析結果的接觸面分開區域不予考慮。需要注意的是，在進行第二步模態分析時，接觸區域并不是簡單的直接轉變為Tie處理，而是通過附加接觸剛度來進行求解。
Abaqus重啟動設置
重啟動分析方式是一種很便捷的模式。比如，我們需要算在預應力狀態下的模態，振動，沖擊等等一系列工況，而如果不進行重啟動分析，則每個分析工況下都需要重新計算預應力工況，對于大模型，嚴重影響計算效率；而進行重啟動設置后，預應力工況只需計算一次。
展開 abaqus有限元分析過程 附ABAQUS有限元分析常見問題解答下載
11.單元分類
1.分類方法：實體單元；殼單元；梁單元；彈簧單元；剛體單元；桁架單元；集中質量單元
也可以分為：
a.一維、二維和三維單元
b.線形、二次和三次單元
c.協調單元和非協調單元
d.傳彎單元和非傳彎單元
e.結構單元和非結構單元
下載地址：ABAQUS有限元分析常見問題解答
疲勞分析|Abaqus Goodman方法案例操作 附ABAQUS疲勞分析簡介下載
Abaqus/View結果讀取
讀取分析歷程中的最大交變應力和最小交變應力云圖
新建場變量：Alternating Stress和Mean Stress
根據公式：
在Abaqus后處理新建場變量
輸出場變量值到Excel
針對新建場，輸出單元積分點對應的交變應力和平均應力，并輸出到Excel，與Goodman圖一并繪制。
上圖，
仿真所得單元積分點落到
曲線的上方或下方，
處于上方為疲勞壽命沒達到
臨
界曲值
10
E5
次。
下載地址：ABAQUS疲勞分析簡介
Abaqus有限元分析不收斂該怎么辦？ 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷文檔下載
阻尼的添加方式主要有四種：
①材料阻尼或自穩定系數，CDP模型中就有viscosity；部分損傷材料提供Stablization Cohesive系數；動力分析中可以定義Damping，但是對于靜力分析，材料Damping定義是無作用的；
②單元自穩定系數，不是所有單元都有的，其中Cohesive單元經常會定義上；
③自動穩定設置，類似全局阻尼，可以避免由于塑性 絞/帶、屈曲或失穩導致的不收斂問題；
④接觸阻尼或自穩定系數，接觸屬性中可以定義阻尼；接觸控制中定義阻尼自穩定系數，不太常用，位于Interaction模塊->Contact Controls（接觸對）或Contact Stabilization（通用接觸），如果沒有接觸問題就不用定義。
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