abaqus對稱結(jié)構(gòu)分析的案例
基于ABAQUS的旋轉(zhuǎn)周期對稱結(jié)構(gòu)振動仿真
ABAQUS是一款功能強(qiáng)大又方便操作的通用有限元仿真軟件。本文主要介紹ABAQUS在旋轉(zhuǎn)周期對稱結(jié)構(gòu)仿真中的便捷性。在ABAQUS環(huán)境下，通常我們都對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和振動進(jìn)行仿真時，都將整個結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后進(jìn)行整體分析。但對于一些結(jié)構(gòu)如光盤、風(fēng)扇、輪胎，甚至是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子等的旋轉(zhuǎn)周期對稱結(jié)構(gòu)，我們則不必對整個模型進(jìn)行建模，而是可以截取其中的一個扇區(qū)，將其作為計算模型，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置便可進(jìn)行整個模型的振動仿真。
以一個空心盤為例。如下圖所示：
若我們對這個模型進(jìn)行強(qiáng)度與振動仿真，我們只需截取其中的一個扇區(qū)，如截取其中1/72（即5°）的扇區(qū)如下圖：
將其導(dǎo)出并劃分好網(wǎng)格，再導(dǎo)入ABAQUS中，設(shè)置旋轉(zhuǎn)周期對稱條件便能仿真整個盤的振動了。具體視頻操作見鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10169
在這給出視頻中的相應(yīng)結(jié)果：
一階一節(jié)徑振型
一階二節(jié)徑振型
………………………………
展開 循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
對于葉輪機(jī)，螺旋槳，電機(jī)等這一類具有循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的機(jī)械來說，其建模分析應(yīng)充分利用此類結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)—重復(fù)性和軸對稱性，只需通過對基本扇區(qū)的建模分析并對結(jié)果加以擴(kuò)展即可得到整體結(jié)構(gòu)的結(jié)果。對于模型復(fù)雜、扇區(qū)較多的結(jié)構(gòu)利用循環(huán)對稱分析可以極大的降低計算規(guī)模，減少求解時間。
1.基本理論
通常結(jié)構(gòu)的動力學(xué)基本模型可以表示為：
式中M、C、K分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣。
U代表各節(jié)點(diǎn)的位移，f為結(jié)構(gòu)的外力。
結(jié)構(gòu)的循環(huán)對稱邊界條件可表示為：
ua，ub分別為低角度邊的基本扇區(qū)位移和復(fù)制扇區(qū)位移
Ua`，Ub`分別為高角度邊的基本扇區(qū)位移和復(fù)制扇區(qū)位移
k表示諧波指數(shù)，α為扇區(qū)角度，N為扇區(qū)數(shù)量。
2.算例模型
模型的基本參數(shù)如下表所示：
材料參數(shù)
幾何參數(shù)
彈性模量
2E11 Pa
扇區(qū)數(shù)量
18
泊松比
0.3
葉片長度
1 m
密度
8000 kg/m3
葉片厚度
0.05 m
算例模型及模型的對稱邊界區(qū)域如左圖所示，擴(kuò)展后的模型如右圖：
在實(shí)際操作中需保證對稱邊界上幾何體的一致和網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的一一對應(yīng)。設(shè)置好模型的邊界條件后還需要施加模型的轉(zhuǎn)速并先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力求解，本例施加的轉(zhuǎn)速為1500r/min。最后再進(jìn)行常規(guī)的模態(tài)分析。
3.結(jié)果分析
由于分析對象是循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)，所以最終模態(tài)結(jié)果是按照節(jié)徑數(shù)排列的。
展開 ABAQUS案例-旋轉(zhuǎn)對稱子模型分析及旋轉(zhuǎn)對稱模型在溫度場和過盈裝配下的應(yīng)力位移分析與過約束檢查 ￥3
旋轉(zhuǎn)對稱分析可以大大降低工作量以及計算量，本實(shí)例（附件中inp文件）演示了在何種情況下以及如何采用旋轉(zhuǎn)對稱子模型進(jìn)行整結(jié)構(gòu)分析。本實(shí)例中采用了旋轉(zhuǎn)對稱子模型分析結(jié)構(gòu)在溫度場和過盈裝配下的應(yīng)力位移分布及計算過盈面總裝配作用力。并演示了如何避免過約束以及如何在局部坐標(biāo)系下查看應(yīng)力和位移。
實(shí)例篇：真●循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)分析 ￥2
分析具有對稱結(jié)構(gòu)的零部件的時候，我們采取的通用做法一般是對對稱面施加相應(yīng)的Symmetry/Anisymmetry/Encastre約束，這樣子雖然沒有錯，但是對稱面之間的力值傳遞沒有，與實(shí)際情況多少會有些出入，那么有沒有什么好的方法？
采用循環(huán)對稱分析，重編inp文件！
Step-1：導(dǎo)入幾何零部件、建立簡單的材料屬性
Step-2：中間輪緣要與兩側(cè)的結(jié)構(gòu)連為一體
在connector中，建立tie連接，將兩側(cè)的結(jié)構(gòu)耦合
Step-3：將兩側(cè)的循環(huán)對稱面也施加相關(guān)的tie約束
由于施加了tie約束，因此節(jié)點(diǎn)之間可以傳遞相應(yīng)的力與位移，不會像普通的約束那樣造成剛度過大
Step-4：這里，我們做一個簡單的離心力分析
首先，對心部結(jié)構(gòu)施加固定約束
然后對整體結(jié)構(gòu)施加200rpm的旋轉(zhuǎn)速度
這里，輸入表達(dá)式 “2*pi*200/60” 即可，因?yàn)閜i實(shí)際在abaqus中為內(nèi)建的常量
Step-5：劃分網(wǎng)格
這個不難
Step-6：輸出inp文件，對其進(jìn)行修改
這里，我們用ultraEdit打開進(jìn)行編輯
先建立一個對稱循環(huán)坐標(biāo)系
然后對之前對稱面的tie連接進(jìn)行修改
Step-7：提交作業(yè)并做出后處理顯示
展開 
ANSYS壓氣機(jī)輪 盤結(jié)構(gòu)（周期對稱）分析-附命令流
定義周期對稱分析選項(xiàng)
ASEL,S,LOC,Y,0 !選擇低角度組件
CM,CYCLIC_M01L,AREA !定義低角度組件
ASEL,S,LOC,Y,60 !選擇高角度組件
CM,CYCLIC_M01h,AREA !定義高角度組件
ALLSEL
CYCLIC,6,60,1,'CYCLIC' !指定周期對稱分析選項(xiàng)
!對盤扇區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分
ESIZE,3 !全局單元尺寸
!連接多于面和線
CMSEL,S,HOLEVOL !擇組件HOLEVOL
VSEL,R,LOC,Y,21,30 !選擇均壓孔一側(cè)的體
ASLV,S !所有關(guān)聯(lián)于體的面
WPCSYS,-1,0 !作平面與總體笛卡兒坐標(biāo)系對齊
wprot,30
wpoff,200 !作平面原點(diǎn)移至均壓孔圓心位置
CSWPLA,11,1 !在工作平面原點(diǎn)創(chuàng)建柱坐標(biāo)系，并激活
ASEL,U,LOC,Z,264.1 !去除均壓孔上表面
ASEL,U,LOC,Z,258.7 !去除均壓孔下表面
ASEL,U,LOC,X,9.9,1.1,0.1 !去除均壓孔側(cè)表面
CSYS,1 !活坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至總體柱坐標(biāo)系
ASEL,U,LOC,Y,30 !去除剖分均壓孔的面
ACCAT,ALL !孔一側(cè)體的三個側(cè)面連接
LSLA,S !聯(lián)于選擇的面的線
LSEL,R,LOC,Z,264.1 !選擇均壓孔上表面邊界線
LCCAT,ALL !線連接在一起
LSLA,S
LSEL,R,LOC,Z,258.7 !選擇均壓孔下表面邊界線
LCCAT,ALL !線連接在一起
!生成網(wǎng)格
TYPE,1
MSHAPE,0,3D !對體用六面體單元劃分網(wǎng)格
VSEL,S,LOC,Y,0,21 !選擇均壓孔一側(cè)的體
VSWEEP,ALL !掃掠形式生成網(wǎng)格
VSEL,S,LOC,Y,21,30 !
展開 基于Abaqus的建筑結(jié)構(gòu)隔震分析 附ABAQUS建筑結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用下載
圖10 核心筒混凝土受壓損傷
結(jié)論
對于隔震結(jié)構(gòu)，小震彈性設(shè)計方法要求地震作用下底部剪力減小50%，則結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度可以降低一度進(jìn)行常規(guī)設(shè)計。本文通過時程分析的方法，考察隔震結(jié)構(gòu)在大震作用下的性能，結(jié)果顯示，在大震作用下，結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)，無論是位移角還是結(jié)構(gòu)的剪力，與小震結(jié)果都有明顯差異，隔震支座對結(jié)構(gòu)性能的改善，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的上部，對結(jié)構(gòu)的中下部則較小，且不再滿足規(guī)范中對剪力降低50%的要求。另一方面，非線性的影響會對結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果起到放大作用，使微小差異的結(jié)構(gòu)方案在大震作用中表現(xiàn)出明顯不同的抗震性能。
下載地址 ：ABAQUS建筑結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用
展開 abaqus的三維和軸對稱模型分析的結(jié)果差異
一直懷疑abaqus在用三維模型和軸對稱模型分析同樣的東西的結(jié)果，
在動力分析時軸對稱結(jié)果非常不可靠，與現(xiàn)場實(shí)測相差10倍，
而三維比較接近現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果。
為此建了個簡單的模型，用abaqus6.12做的，inp也附上，
大家一起探討一下。
直徑2m、高0.5m的圓柱體，彈性材料，彈性模量35E6Pa，泊松比0.35，柱頂面作用一個圓形荷載，1E6Pa，計算柱頂面中心點(diǎn)的最大位移。
分別用三維模型和軸對稱模型來模擬，結(jié)果見下面兩個圖，三維的頂面中性點(diǎn)位移1.026E-2，軸對稱1.151E-2。
inp.zip
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技術(shù)鄰?fù)扑]：
Hypermesh精典問答 （經(jīng)典加精品）
技術(shù)鄰學(xué)院:abaqus復(fù)合材料與cohesive教學(xué)視頻發(fā)布
Abaqus 二維hashin失效模型案例（附inp）
展開 Abaqus子結(jié)構(gòu)與子模型分析技術(shù) 附ABAQUS結(jié)構(gòu)工程分析及實(shí)例詳解文檔下載
“ 子結(jié)構(gòu)和子模型什么區(qū)別？如何使用它們？-通過2個工程案例學(xué)習(xí)Abaqus中的子結(jié)構(gòu)與子模型分析技術(shù)”
子結(jié)構(gòu)與子模型技術(shù)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(tǒng)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(shù)來降低求解成本。
子結(jié)構(gòu)
子模型
生成矩陣
對稱模型生成、結(jié)果傳遞和循環(huán)對稱模型
周期介質(zhì)分析
網(wǎng)格劃分的梁橫截面
擴(kuò)展有限元方法（XFEM）
適當(dāng)?shù)乩眠@些抽象化建模技術(shù)可以極大地提高Abaqus的分析效率，本期文章介紹一下子結(jié)構(gòu)和子模型技術(shù)。
01
—
子結(jié)構(gòu)
在有限元分析里，子結(jié)構(gòu)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(chǔ)上消除了“整體單元”中保留節(jié)點(diǎn)以外所有節(jié)點(diǎn)的自由度；子結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)矩陣（剛度、質(zhì)量）也被縮聚成較小的矩陣，可以根據(jù)需求恢復(fù)內(nèi)部求解。
展開 ABAQUS在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用 附ABAQUS結(jié)構(gòu)工程分析及實(shí)例詳解下載
多場耦合作用分析
正如前所述，有限單元法可以用來求解多場耦合的問題，例如流固耦合，溫度-應(yīng)力場耦合等。這些在土木工程的問題的求解過程中都可以得到應(yīng)用。
多場耦合分析的應(yīng)用可以使求解更接近于物理問題的真實(shí)解。
下載地址：ABAQUS結(jié)構(gòu)工程分析及實(shí)例詳解
巧用單元提高Abaqus計算效率：帶扭曲的軸對稱單元-橡膠阻尼器內(nèi)摩擦生熱分析 ￥49.99
Abaqus有非常豐富的單元庫，其中就有軸對稱單元，比如CAX4（I/R/H/T），當(dāng)一個回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)具有某種載荷對稱性時，可以用它將三維模型縮減為軸對稱模型來分析，能減少大量的內(nèi)存和分析時間，而同樣的模型規(guī)模，3D實(shí)體單元要更耗費(fèi)計算資源。
那么，回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)受到側(cè)向彎曲或軸向扭轉(zhuǎn)的載荷時，有沒有類似的單元可以用呢？
橡膠阻尼器的內(nèi)摩擦生熱分析-節(jié)點(diǎn)溫度云圖
比如，假設(shè)上圖中的阻尼器不再是長方體，而是回轉(zhuǎn)體，且發(fā)生軸向扭曲變形，那么能不能用軸對稱單元來建模呢？
答案是可以的，在Abaqus的軸對稱單元系里還有一種可考慮Twist的單元，即帶字母G標(biāo)識的那種類型，能夠在分析時充分考慮回轉(zhuǎn)體的整體扭轉(zhuǎn)變形。
首先，我們可以在part模塊使用Axisymmetric建立環(huán)形塊狀阻尼器的回轉(zhuǎn)截面；然后在mesh模塊劃分好四邊形網(wǎng)格；最后，定義單元類型為CGAX4T，即帶扭曲的4節(jié)點(diǎn)軸對稱位移-溫度耦合單元。
這里的橡膠阻尼器材料本構(gòu)采用的是超彈性模型，應(yīng)變能描述形式為Neo Hooke，再結(jié)合時域黏彈性Prony參數(shù)與非彈性變形能耗散比，來計算阻尼器周期性扭轉(zhuǎn)過程中的材料內(nèi)摩擦生熱。
阻尼器上、下兩個端面的節(jié)點(diǎn)分別使用位于回轉(zhuǎn)軸上的兩個參考點(diǎn)來耦合，固定下端面參考點(diǎn)，并在上端面參考點(diǎn)施加軸向的周期性扭角位移。
阻尼器的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格-單元
雖然建模時只考慮了回轉(zhuǎn)截面，但是帶扭曲的軸對稱單元可以將回轉(zhuǎn)體發(fā)生扭轉(zhuǎn)時的整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)考慮在內(nèi)，這是因?yàn)檫@種單元多了一個扭轉(zhuǎn)自由度5，拿本例中的位移-溫度耦合單元CGAX4T來說，該單元的節(jié)點(diǎn)具有1、2、5和11四個自由度。
展開 對某除塵設(shè)備進(jìn)行有限元熱力分析，使用ABAQUS對整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及熱膨脹變形值進(jìn)行分析，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)加固及膨脹節(jié)選型 ￥15
煙道結(jié)構(gòu)
煙道壁厚5mm，圖1為煙道結(jié)構(gòu)及其支座示意圖、除塵器支座設(shè)置示意圖。
圖1 袋除塵煙道結(jié)構(gòu)及其支座、除塵器支座設(shè)置示意圖
建立模型
由于進(jìn)氣煙道與殼體之間沒有膨脹節(jié)，因此需要考慮殼體的熱膨脹對煙道的影響，殼體已經(jīng)過計算滿足要求，本模型無需建立加強(qiáng)筋等部件，如圖2所示。出氣煙道與除塵器之間設(shè)置有膨脹節(jié)，故單獨(dú)建立出氣煙道模型，如圖3所示。
圖2 建立進(jìn)氣煙道及除塵器殼體幾何模型
圖3 建立出氣煙道幾何模型
約束條件
進(jìn)氣煙道支座及除塵器支座約束如圖4所示，其中標(biāo)記的為固定約束，未標(biāo)記的除塵器支座及煙道支座均為滑動約束。出氣煙道支座約束如圖5所示。
圖4 進(jìn)氣煙道及除塵器支座約束
圖5 進(jìn)出氣煙道支座約束
載荷：
（1）自重；
（2）經(jīng)過多次計算后得出的進(jìn)氣煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標(biāo)系）：載荷如下：FX=-15000N，F(xiàn)Y=8000N，F(xiàn)Z=-15000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖6所示。
圖6 進(jìn)氣煙道口載荷添加（集中力及彎矩）
（3）經(jīng)過多次計算后得出的煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標(biāo)系）：載荷如下：FX=-33000N，F(xiàn)Y=18000N，F(xiàn)Z=-33000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖7所示。
展開 
ABAQUS分析參數(shù)設(shè)置對混凝土結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的影響
采用一維梁單元模擬混凝土梁壓彎試驗(yàn)，因?yàn)槭芾セ炷敛牧鲜掷_裂容易產(chǎn)生模型節(jié)點(diǎn)分析受力不平衡導(dǎo)致分析終止。針對混凝土材料特性，如果在默認(rèn)設(shè)置的基礎(chǔ)上略微調(diào)整分析設(shè)置參數(shù)，可能會明顯提高計算收斂性，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。下圖是混凝土梁分析參數(shù)調(diào)整的情況，和對分析結(jié)果的影響，希望能拋磚引玉。
調(diào)整前
*Boundary,amplitude=Cyclic
Load, 1, 1, -2000.
*Output, field
*Node Output
U,
調(diào)整后
*Boundary,amplitude=Cyclic
Load, 1, 1, -2000.
*Controls, ANALYSIS=DISCONTINUOUS
*Controls, reset
*Controls, parameters=line search
5, , , , 0.15
*Controls, parameters=field, field=displacement
0.05, 0.05
*Output, field
*Node Output
U,
調(diào)整參數(shù)含義：
①最大線性搜索步數(shù)設(shè)為5（即使用擬牛頓法）；
②線性搜索修正系數(shù)設(shè)為0.15；
③不平衡力與當(dāng)前平衡力范數(shù)容許比調(diào)整為0.05；
④最大修正值與對應(yīng)的增量值的容許比值調(diào)整為0.05；
結(jié)論：調(diào)整分析設(shè)置參數(shù)后模擬的終止加載力明顯增大。調(diào)整之前提前結(jié)束加載是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)不平衡力超出容許值引起的。但對于混凝土材料來講，應(yīng)變積累導(dǎo)致突然的允許應(yīng)力下降，極易引起節(jié)點(diǎn)不平衡力增加，導(dǎo)致分析進(jìn)程結(jié)束。如果在允許范圍內(nèi)提高節(jié)點(diǎn)不平衡力容許范圍，則可以明顯增加加載幅度，達(dá)到預(yù)定分析目標(biāo)。
展開 abaqus模擬圓孔結(jié)構(gòu)中應(yīng)力集中分析 ￥19.89
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</figure><p class="ql-align-center">圖4-4 邊界條件的設(shè)置</p><h2>3.網(wǎng)格劃分</h2><p class="ql-align-justify">有限元方法的基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化，即對連續(xù)體進(jìn)行離散化，利用簡化幾何單元來近似逼近連續(xù)體，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解。所以有限元網(wǎng)格的劃分一方面要考慮對各物體幾何形狀的準(zhǔn)確描述，另一方面也要考慮變形梯度的準(zhǔn)確描述。為正確、合理地建立有限元模型，這里介紹劃分網(wǎng)格時應(yīng)考慮的一些基本原則。</p><p class="ql-align-justify">此模型的重點(diǎn)在要對模型進(jìn)行分割，保證網(wǎng)格數(shù)量，網(wǎng)格密度，單元階次，單元形狀等吻合網(wǎng)格劃分的規(guī)則 。
展開 abaqus整體結(jié)構(gòu)分析提交分析時中斷是什么原因？
abaqus整體結(jié)構(gòu)分析提交分析時中斷是什么原因？
ABAQUS 建筑結(jié)構(gòu)動力彈塑性時程分析、靜力彈塑性Pushover分析、模態(tài)分析
ABAQUS軟件
建筑結(jié)構(gòu)動力彈塑性時程分析、靜力彈塑性Pushover分析、模態(tài)分析
剪力墻擬靜力加載
建模及結(jié)構(gòu)后處理
以上內(nèi)容，歡迎各位的留言交流，也可提供答疑服務(wù)！
abaqus對稱結(jié)構(gòu)分析的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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