abaqus求解剛度的案例
有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列22： 幾何非線性的剛度矩陣求解
一方面我們查閱各個主流商用軟件的理論手冊并通過進行大量的資料查閱猜測內部修正方法，另一方面我們自己編程實現結構有限元求解器，通過自研求解器和商軟的結果比較來驗證我們的猜測，如同管中窺豹一般來研究的修正方法，從而猜測商用有限元軟件的內部計算方法。我們關注CAE中的結構有限元，所以主要選擇了商用結構有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內部實現方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數學上其實并不嚴謹，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機會。
自主結構有限元求解器iSolver介紹視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884
==第22篇：幾何非線性的剛度矩陣求解==
幾何非線性在界面上是很容易設置的，但商軟內部的處理相當復雜，我們從最基本的剛度矩陣的求解出發，看看在幾何非線性設置后，剛度矩陣具體是怎么實現的。本文首先介紹幾何非線性下的剛度矩陣的理論推導和計算機求解方法，說明理想的求解方式的困難點和猜測Abaqus內部的解決方法。最后利用一個簡單的算例通過對比iSolver和Abaqus的結果，部分驗證我們對Abaqus幾何非線性的剛度矩陣的實現方式的猜測。
1.1 幾何非線性的剛度矩陣推導理論
在前面17章：幾何非線性的物理含義中，我們提到如果是非線性系統，應變能W隨t的變化就是個非線性過程。每個時刻點可以求出一個斜率，這個斜率最終會形成當前時刻點的剛度矩陣。
展開 用table數組定義軸承剛度，剛度值隨轉速變化，定義之后如何使用這個剛度值求解轉子系統臨界轉速？
我用214單元模擬軸承求解轉子系統的臨界轉速，把剛度設置為轉速的函數，但是把命令流輸入之后ANSYS到了求解部分就自動停止，不進行計算。下面是定義table數組和求解部分的命令流，請前輩指點下錯誤出在哪里。
另外，出問題后我查過file.err里面有一個錯誤提示大意是：omegas missing。
/prep7
l0=1.3
omega1=0
omega2=4000
omega3=8000
kxx1=3.2e6
kxx2=3e6
kxx3=3.5e6
kyy1=8e6
kyy2=8.2e6
kyy3=8.6e6
cx=2e-4
cy=1e-3
*dim,kxx,table,3,1,1,omegas
kxx(1,1)=kxx1,kxx2,kxx3
kxx(1,0)=omega1,omega2,omega3
*dim,kyy,table,3,1,1,zhuansu
kxx(1,1)=kyy1,kyy2,kyy3
kxx(1,0)=omega1,omega2,omega3
et,1,185,,2
et,2,214
keyopt,2,3,1
et,3,214
keyopt,3,3,1
et,4,21
r,1
r,2,%kxx%,%kxx%,,,cx,cx
r,3,%kyy%,%kyy%,,,cy,cy
/solu
nmod=10
antype,modal
modopt,qrdamp,nmod,,,on
mxpand,nmod,,,yes
coriolis,on,,,on
*do,i,1,3
omega,,,rotation(i,1)*2*acos(-1)/60
solve
*enddo
finish
展開 有限元剛度矩陣求解程序（fortran）
該程序用于求解《有限元基礎教程》P43的例題。
module Maxtri_K
contains
!---------------------------------------------------------
!-----------purpose:求解剛度矩陣
subroutine solve_KM(n_num,coods_all,E,nu,t,KM)
!-----------定義子程序------------------------------------
!
244 基于matlab的實現四節點板單元剛度矩陣求解 ￥24.9
基于matlab的實現四節點板單元剛度矩陣求解，振動模態分析。可自主輸入材料參數，板單元長寬厚尺寸。輸出振型結果，輸出多少階可自主設置。最后以可視化的形式展示，程序已調通，可直接運行。
基于TSDT與DQM的高階氣動彈性求解器：復合材料變剛度/變厚度非線性顫振分析
針對傳統商業有限元在處理變剛度復合材料（VSCL）與變厚度幾何時存在的網格畸變、計算耗時長、非線性極易發散等痛點，本人開發了一套基于 MATLAB 的高階半解析氣動彈性求解器。
本求解器直接基于連續介質力學方程進行離散，可實現復合材料板殼/懸臂翼面的極速參數掃描與深區非線性分岔追蹤。現分享部分計算結果，并承接相關復雜工況的定制計算與數據圖表輸出。
一、 核心理論框架
結構本構： 采用三階剪切變形理論（TSDT），精準計及蜂窩軟芯等夾層結構的橫向剪切效應，避免一階理論（FSDT）的非保守性誤差。
氣動模型： 基于超聲速一階活塞理論。
數值離散： 采用梯形/任意四邊形域等參映射，結合算子化微分求積法（DQM），以極少的網格節點實現高精度全局離散，徹底消除有限元長寬比災難。
二、 求解器核心功能邊界
復雜特征兼容： 支持曲線纖維變剛度路徑空間分布、支持展向厚度漸縮/雙楔形截面、支持各種經典邊界條件（懸臂、簡支等）。
線性頻域分析： 極速提取復特征值，繪制高分辨率 V-g / V-f 根軌跡圖。支持多約束下的全參數空間顫振邊界尋優。
非線性時域分析（核心優勢）： 基于 von Kármán 大變形假設，采用時域雙軌分岔追蹤法。可穩定提取極限環振蕩（LCO）幅值分岔拓撲。
深區高維相空間分析： 支持深度超臨界區的高次諧波 FFT 分析、繪制龐加萊截面、捕捉吸引盆分裂與模態躍遷。
三、 業務對接
本求解器運行效率極高，單工況特征值提取僅需數秒。
如果您課題組遇到商業軟件不收斂、或者急需底層數據支撐機理分析，歡迎私信聯系。
展開 【ABAQUS模態動力學】Composite&abaqus 預應力模態分析&輸出單元剛度矩陣
劃分網格
定義邊界條件
5.2 預應力模態
預應力模態，按我的理解就是，假設t=0時，結構的剛度矩陣、質量矩陣為M0,K0；t=t1時，結構（分析對象）收到外部激勵的作用，使得結構的剛度矩陣，質量矩陣發生改變，結構的剛度矩陣、質量矩陣為M1,K1；t=t2時，開始進行特征值提取，此時求解的是t1狀態的結果。
從上面這個理解出發，ABAQUS預應力模態只要在frequency分析步之前進行General,Static分析步,打開NLGeom選項(分析過程中剛度矩陣會不斷變化)。
提取單元剛度矩陣：
【ABAQUS 二次開發筆記】輸出單元剛度矩陣 - hayden_william - 博客園
以上均為我的一點理解，不一定完全正確，本文僅作為個人學習記錄之用，其他概不負責。
展開 ABAQUS 剛度矩陣 ￥1000
我有個abaqus的問題，你們幫幫我出出主意。 是這樣的：
1，TestElement.py 是編寫的測試代碼，可輸出8結點線性單元的剛度矩陣。
2，abaqus文件Job-testing.inp ，運行可以輸出單元剛度矩陣。
問題是：他們的結點坐標/排序，材料參數都一致， 但得到的剛度矩陣就不一樣。
需要：代碼輸出的剛度矩陣與abaqus得到的剛度矩陣一致或者基本一致。
TransferMatrix：導出Abaqus剛度矩陣
本期給大家推薦一款由木木自研的小工具：TransferMatrix，主要用于導出 Abaqus 中各種剛度矩陣，方便和自研的程序進行實時對比，基于 Pyside6 搭建的軟件界面，用戶僅需導入 inp 文件，就可以自動調用電腦內的 Abaqus 進行計算分析，不受限于 Abaqus 版本，可以導出：
單元剛度矩陣
單元質量矩陣
單元分布節點荷載列陣
整體剛度矩陣
整體質量矩陣
可選是否導出后打開 Matlab ，并保存為 mat 文件
默認保存的格式為 csv，用戶可以直接在TransferMatrix 中查看
可選是否保存整體剛度/質量矩陣為稀疏矩陣/全矩陣形式
軟件界面見下圖：
若勾選導出后打開matlab，可直接查看：
軟件實現原理
使用注意事項
軟件啟動速度較慢，需要有點耐心，鄙人對于 PySide 的打包技術認識有限
若 inp 文件內沒有密度參數，是不能導出質量矩陣的，建議在動力類型的分析步中進行導出質量矩陣
非協調單元和雜交單元只能輸出質量矩陣
在輸出載荷列陣時，Abaqus 產生的是單元節點的分布載荷，如果沒有這中載荷類型，也是無法導出的
建議再導入 inp 文件之前，確保這個文件能在 Abaqus 上跑通，本軟件只是負責轉換剛度矩陣
不支持在TransferMatrix 中查看整體剛度/質量矩陣，因為一般情況下全局矩陣尺寸很大，可選擇導出至 Matlab 中進行查看
如果出現風險提示，請選擇信任：
軟件同級目錄放置的config.json文件，里面配置的是本地的 abaqus.bat 和 matlab.exe 目錄，建議用 everything 工具搜索出這兩個的安裝位置，復制進去即可。
展開 基于ABAQUS的鋼筋混凝土梁的剛度分析
ABAQUS 是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。 ABAQUS 包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料，作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結構（應力 / 位移）問題，還可以模擬其他工程領域的許多問題，例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析（流體滲透 / 應力耦合分析）及壓電介質分析。
本文采用ABAQUS簡單搭建鋼筋混凝土結構有限元模型，解決工程實際問題。本文對某鋼筋混凝土模型進行模擬，采用實體單元（混凝土）與Beam單元（鋼筋）相結合的方式進行模擬。首先導入模型，劃分實體網格和一維梁單元。建立材料和截面，分為實體和一維梁單元。然后將材料賦予個模型，進行網格劃分。然后加載，簡支梁模型，約束兩端下部，在上部施加均勻壓力。最后求解計算。
由結果處理可知，鋼筋混凝土梁的最大位移為2.55cm，可以達到模擬效果。ABQUS可以有效模擬鋼筋混凝土模型，對工程實際有很大的參考指導意義。
設備基本情況：i5 4核 ；耗時：10分鐘內。
圖1 鋼筋混凝土梁CAD模型
圖2 線框模型，中間為鋼筋模型
圖3-4 網格模型
圖5 施加載荷示意圖
圖6 位移云圖
展開 基于ABAQUS的橡膠懸置膠合件剛度仿真計算
本文將以一個懸置膠合件仿真的實例講解一下如何利用ABAQUS來獲取其三個方向的靜態特性。所用膠合件的數模圖如圖1所示。其設計圖紙上標注的三向剛度如表1所示，膠料硬度是邵氏50±5度。
圖1 膠合件結構
表1設計要求
1、 網格劃分
采用HYPERMESH對圖一懸置進行網格劃分到的有限元模型如圖2所示。
2、材料設置
把劃分好的網格導入ABAQUS中，設置其材料參數，由于不同本構模型對橡膠懸置膠合件剛度計算結果有一定的影響。結合何小靜，上官文斌發表的《橡膠隔振器靜態力－ 位移關系計算方法》一文的研究結果表明，Mooney-Rivlin 模型的計算精度最高，其相對誤差均小于10%，所以本文采用M-R模型進行計算。50度膠料的M-R材料常數C10=0.2969，C01=0.0584。
3、剛度求解
3.1求解X方向剛度
按表 1要求，做如下設置：在Z方向先預載8mm，再在X向加載500N。取值0~5.6mm,對X向靜剛度進行求解。
求得的力和位移關系見表2所示，用表中數據進行畫圖差值可得到圖3所示的X向靜剛度為38N/mm,與設計值非常接近，其變形云圖見圖4所示
表2 X向力和位移關系表
圖3 X向剛度差值結果
圖4 X向云變形圖
3.2求解Y方向剛度
按表 1要求，做如下設置：在Z方向先預載8mm，再在X向加載1000N。取值2~4mm,對Y向靜剛度進行求解。
求得的力和位移關系見表3所示，用表中數據進行畫圖差值可得如圖5到Y向靜剛度為98N/mm,與設計值80N/mm有一定差異，見圖4。其變形云圖見圖6.
展開 利用ABAQUS進行屈曲梁負剛度分析
計算結果
兩端均壓縮0.75mm后梁的變形為：
中部加載前梁的應力分布云圖
加載后梁的應力分布云圖：
將數據導出，在MATLAB中繪圖，得到力位移曲線：
由圖中數據計算可知梁的負剛度為：
按柔性設計手冊里的公式：
可見兩者相差極小，可認為仿真結果有效。取上圖局部放大，得到壓力為0時梁的位移情況如下圖所示。
由于仿真計算采樣點的限制且誤差不可避免，通過上圖可知，位移為0時，受力也為接近0。
ABAQUS疑難雜癥之沙漏剛度
源文件可在公眾號:‘易木木響叮當’ 內回復“沙漏剛度”自動獲取。
今晚直播 | 基于ABAQUS的橡膠減震件剛度分析
“
為了提高仿真工程師、高校師生實際工程能力，技術鄰特開展2021年ABAQUS系列直播課，我們甄選了四個熱門方向（巖土、二次開發、橡膠分析、混凝土）的基礎入門課，助力小伙伴們夯實有限元基礎。
第三期直播《基于ABAQUS的橡膠減震件剛度分析》將于今晚開啟，歡迎大家關注學習！
”
橡膠材料由于其獨特的物理和化學的特性（如超彈性，粘彈性且柔軟性、耐磨性、絕緣性和阻隔性等），使得其在工程上得到了非常廣泛應用，這一點在汽車行業尤為明顯。縱觀過去近200年的歷史，硫化橡膠的誕生直接推動了汽車革命。
如今在我們的汽車中，橡膠制品早已是“汽車的半條命”。就拿我們常見的桑塔納轎車來說，其就擁有270多個橡膠密封制品，而這些橡膠組件的性能直接決定了汽車的性能和安全。
展開 基于ABAQUS超彈性材料橡膠襯套的剛度計算 附基于Abaqus的橡膠和粘彈性建模下載
七、作業提交于監控
在作業模塊根據計算電腦的配置設置求解器性能參數，提交作業任務。求解器開始計算后可以通過監控指令參看計算過程及計算過程中的錯誤問題。在監控器窗口常會有求解警告提示，這個不用過于擔心，對于一般的求解警告ABAQUS可以自行修改計算參數進行修正。待求解完成后，點擊結果按鈕便直接跳轉至可視化模塊查看計算結果。
圖5、相互作用設置和網格屬性設置
圖6、作業提交的相關設置
八、結果的可視化處理
計算完成后，可以通過ABAQUS軟件自帶的可視化模塊查看橡膠襯套的各類云圖計算結果：
1、位移加載云圖：對于本實例的仿真中，可以通過查看位移加載云圖得到橡膠在加載過程中形狀的變化，并可以直接讀出我們的位移加載。
圖7、位移加載云圖
2、應變云圖：通過調整輸出的場變量，我們還可以查看在加載過程中橡膠襯套對數應變的數值，并對其疲勞壽命做出相應的預測。
圖8、應變云圖
3、剛度曲線：借助ABAQUS軟件的歷程輸出數據，我們可以做出整個加載過程中的位移與作用力的關系曲線，即得到了該硬度下，此橡膠襯套的靜剛度曲線。
圖9、橡膠襯套的靜剛度仿真曲線
如果將我們的載荷換成如圖10的正弦加載曲線，我們還可以得到該硬度下，固定頻率的動剛度的遲滯曲線，進而得出其動剛度。
圖10、動態加載曲線、結果可視化云圖與遲滯曲線
下載地址：基于Abaqus的橡膠和粘彈性建模
展開 ?abaqus提取單元的剛度矩陣和質量矩陣
abaqus提取單元的剛度矩陣和質量矩陣：
*Output, history, variable=PRESELECT,
*File Format,ASCII
*Element Matrix Output,Elset=Beam-1.Set-2,
File Name=shuchu,Frequency=1,Output File=User Defined,Stiffness=Yes
*End Step
*Step
*Matrix generate，stiffness
*End Step
