數值模型
關注創建者：姜講蔣醬 創建時間：2023-03-01
數值模型的視頻教程
基于ABAQUS進行井壁穩數值模擬的操作教程（1）：不同模型的建模與網格劃分技巧
本教程是系列教程中的一部分，其他相關教程請從主頁查找 基于ABAQUS進行井壁穩數值模擬的操作教程（1）：模型建立與網格劃分 基于ABAQUS進行井壁穩數值模擬的操作教程（2）：材料參數設置和分析步設置 基于ABAQUS進行井壁穩數值模擬的操作教程（3）：載荷、邊界條件和初始條件的設置 對于不同類型的井壁穩定數值模型（圓形邊界+矩形邊界）的建模與網格劃分進行介紹
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基于ABAQUS網殼沖擊數值分析模型建立流程
課程介紹 本課程介紹了采用ABAQUS軟件建立網殼沖擊數值分析模型的一般流程，以60m跨度的K8型網殼為對象，對網殼施加沖擊質量5ton、沖擊速度30m/s的頂點沖擊。 課程內容 采用MST建立網殼流程、模型的格式轉化及在ABAQUS中的導入。 ABAQUS中沖擊物建立及沖擊物質量賦予和沖擊速度施加。 沖擊物與網殼接觸設置。
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數值模型的實例教程
做水的數值模型的人都應該知道，水數值模型這個行業的主要奠基人叫MIKE，MIKE是英國人，全名叫MichaelBarry Abbott,他畢業于倫敦大學，早年在校期間他主修了主要包括高級流體動力學，經典力學，數值分析，計算機編程和空氣動力學等課程。
歐洲人很多精通各國語言，MIKE也不例外，除了英語外，MIKE最擅長的當然是丹麥語（這個不用解釋了吧），荷蘭語當然也不在話下，法語也很好，德語也能說說。算不上語言天才，能說這么多種語言，在水行業里也不算很多吧。
我們再來扒一扒他的經歷：
1953 - 1955期間，剛踏入社會，任小小一位助理工程師，承擔的工作包括對紐卡斯爾發電廠的冷卻水系統進行調查，對設計圖紙進行審查，管理Fawley煉油廠的半浸沒式泵站，對從New Forest到 Fawley的供水管道進行現場踏勘，對紐卡斯爾電站的混凝土煤倉的設計進行審核。度過了三年時光。
1955 – 1957 英國需要服義務兵役。MIKE抗起了槍。
退伍回家后，MIKE去了南安普頓大學進行任教，在校期間，他還進行了深造，這個對他后面開創數值模擬的行業也有積極的影響，主要是學習編程和利用特征線法和物理實驗對分層流進行研究。兩年后，厭倦了英國的陰雨濕冷的天氣，MIKE打算到外面去看看。第一站當然是歐洲的花花世界荷蘭，1959到1960年他參加了代爾伏特的水力工程專業的第二屆國際學生課程。
去完荷蘭后，1961年又去了丹麥，到了丹麥技術大學DTU的港工實驗室，任研究員。丹麥技術大學也是歐洲最牛B的工程技術大學之一啊。
可能覺得丹麥還是太無聊了，1963年MIKE又到荷蘭的更花花的城市，阿姆斯特丹（櫥窗美女了解下？），當然MIKE不主攻研究美女，他在數學中心的數值分析部門任研究員。
展開 表1 JHB本構模型參數
JHB本構模型的應力與壓力關系主要分為完整（Intact）和損傷（Failed）兩部分，表1中下標帶有 i 的即為完整部分相應參數，下標 f 即代表損傷部分參數；雖然JHB本構模型公式中考慮了脆性材料的相變特性，表1標藍部分參數應為對應的相變參數，但幫助中全部設置為0，推知官方幫助中給出的這組參數不能考慮陶瓷相變的影響。
Abaqus官方幫助中給出的JH-2本構模型參數如表2所示。
表2 JH-2本構模型參數
JH-2本構模型以無量綱形式描述了應力和壓力的關系，以Hugoniot極限下的壓力對壓力變量進行了無量綱化。
JHB本構模型狀態變量如表3所示。
表3 JHB本構模型狀態變量
JH-2本構中SDV7為體應變，SDV8為材料點狀態MpStatus，與JHB本構相比不輸出SDV7最大體應變，其余6項狀態變量（SDV）與JHB相同。
3 數值模型
模型為半徑5mm、長度10mm鎢合金棒材侵徹邊長50mm、厚6mm的陶瓷板四分之一模型，如圖2所示。侵徹速度1000m/s，模型整體進行四分之一邊界約束，邊界面全部節點鉸支。所有單元為C3D8R單元，單元最小尺寸為0.25mm。
圖2 數值模型
為對比不同本構模型的求解同一問題的差異，僅修改inp文件中本構模型參數部分，提交計算，Abaqus2021版本求解器單精度8核并行求解。
4 結果討論
4.1 數值計算結果
官方幫助中長桿金棒侵徹半無限陶瓷靶板時，金棒的侵徹深度隨時間的變化情況與試驗值基本一致，如圖3所示。
圖3 官方幫助求解結果截圖
（官方幫助中試驗數據引自Holmquist T J , Johnson G R .
展開 結論
通過基于達索系統3DEXPERIENCE平臺的隧道地層結構模型數值分析研究，實現了地質體塑性材料參數及本構模型的添加，建立了旨在提高計算效率的整體計算流程，實現了隧道工程從BIM設計到數值分析的無縫銜接，成功解決了依托BIM模型進行數值分析的數據接口問題，相較于傳統數值分析方法其優勢主要體現在以下幾點：
（1）依托BIM模型開展數值分析，提高了計算模型精度，減少了計算過程中的建模工作量；
（2）成功解決了達索系統3DEXPERIENCE平臺計算模塊SIMULIA中不能添加塑性材料參數及本構模型的問題，擴大了軟件的適用范圍；
（3）從BIM設計到數值分析計算全部在達索系統3DEXPERIENCE平臺上開展，成功解決了傳統方法中依托BIM模型進行數值分析的數據接口問題；
（4）本文針對更新模型材料參數形成的研究方法具有普適性，對于模型分析過程中遇到的其它情況如隧道分部開挖同樣適用。
5 .參考文獻
1. 齊成龍. 達索3D體驗平臺橋墩建模分析一體化探索應用[J]，河南城建學院學報，2015，24（6）：31-36.
2. 張磊. 達索系統3DEXPERIENCE平臺橋梁建模分析一體化探索應用[J]，計算機輔助工程，2013，10（S2）：372-375.
6. 作者簡介
馮山群，1986年，工程師，2012年畢業于北京交通大學，隧道工程專業，碩士研究生。
展開 表2 JH-2本構模型參數
JH-2本構模型以無量綱形式描述了應力和壓力的關系，以Hugoniot極限下的壓力對壓力變量進行了無量綱化。
JHB本構模型狀態變量如表3所示。
表3 JHB本構模型狀態變量
JH-2本構中SDV7為體應變，SDV8為材料點狀態MpStatus，與JHB本構相比不輸出SDV7最大體應變，其余6項狀態變量（SDV）與JHB相同。
2 數值模型
模型為半徑5mm、長度10mm鎢合金棒材侵徹邊長50mm、厚6mm的陶瓷板四分之一模型，如圖2所示。侵徹速度1000m/s，模型整體進行四分之一邊界約束，邊界面全部節點鉸支。所有單元為C3D8R單元，單元最小尺寸為0.25mm。
圖2 數值模型
為對比不同本構模型的求解同一問題的差異，僅修改inp文件中本構模型參數部分，提交計算，Abaqus2021版本求解器單精度8核并行求解。
3 結果討論
3.1 數值計算結果
官方幫助中長桿金棒侵徹半無限陶瓷靶板時，金棒的侵徹深度隨時間的變化情況與試驗值基本一致，如圖3所示。
圖3 官方幫助求解結果截圖
3種陶瓷本構模型參數保持不變，求解第3節中的工況。圖4為使用3種不同本構模型時棒材尾端點速度降情況。由圖可知，0.015ms左右棒材已經穿透陶瓷板，速度基本保持不變，但陶瓷板使用JHB本構后棒材速度降約比其它兩種本構模型高150m/s，與DP和JH-2本構計算結果差別較大。
圖4 使用不同陶瓷本構模型時的棒材速度降
圖5為0.02ms時陶瓷板的破碎情況。使用DP本構的陶瓷板環裂不明顯，陶瓷錐明顯；使用JH-2本構的陶瓷板環裂明顯，陶瓷錐較為明顯；使用JH-2本構的陶瓷板無環裂和陶瓷錐出現，其主要原因是陶瓷單元過早刪除。
展開 早期的研究主要集中于彈性理論來研究復材的固化成型，現今，越來越多的文獻考慮了樹脂的固化放熱以及材料的各向異性等因素的影響，發展了基于粘彈性模型的數值仿真計算方法，證明了粘彈性的結果固化變形量小于線彈性的結果，且樹脂含量越高的復材，其粘彈性效果越明顯。
RTM成型工藝示意圖
二。粘彈性模型在Abaqus中的實現
本文作者在參考文獻【1】的基礎上，使用廣義Maxwell粘彈性本構模型，聯合編寫了HETVAL、USDFLD、DISP、UMAT及UEXPAN子程序，在abaqus軟件平臺中實現了復材固化成型的仿真模擬，其基本編程思路如下圖所示：
其中，最關鍵的粘彈性本構公式為：
參考上述公式和子程序的編寫流程，可以完成上述模型。最后得到仿真Mises應力云圖和S33云圖如下：
得到的S33關于時間的曲線趨勢如下所示：
該曲線結果和文獻有出入，但是榮的文獻中關于底數的取值有錯誤，亦即下列公式的底數應以e為底數，而不是10
【1】
基于黏彈性本構模型的熱固性樹脂基復合材料固化變形數值仿真模型.pdf
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?【2025年二等獎】錢敬業 | 同濟大學，強動載作用下拱壩動態響應和損傷破壞的數值模擬研究：研究基于LS-DYNA軟件建立了某原型拱壩的精細化三維數值模型，旨在研究其在水下爆炸強動載作用下的動態響應與損傷破壞機理。
3.有量化結果。例如性能提升、成本下降、效率優化等具體數據。
作者的初始數值模型：
SEM實驗的斷口特征：
數值框架實現流程圖：
考慮梯度效應的影響效果:
結果表明，引入應變梯度效應后，局部應力水平明顯提高，材料在剪切區內的損傷演化也明顯加快。也就是說，尺寸效應并不只是讓材料“更強”，而是會改變局部變形與失效方式，使超薄板更容易在狹窄剪切帶內發生撕裂。
后續很多孿晶模型基于此進行二次開發，因此實現該文章的數值模型對于孿晶的研究非常有幫助：
使用文章的公式，講整體算法集成到abaqus的vumat子程序相對容易，因為不需要推導一致性雅可比。但是率無關模型通常數值穩定性較差。
這種缺陷量對于使模型在數值上發生屈曲是必要的。使用非線性穩定化是為了在屈曲點處實現收斂。
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解決方案
n基于運動學數據構建數值模型，并與多體動力學（MBD）結果對標，完成夾持力驗證；
n采用MFBD技術，分析目標負載抓取及機器人運行過程中的應力與應變；
n運用應力導向型耐久性分析方法，通過調整缺口系數實現精準壽命預測。
<p>基于LS-DYNA軟件，采用SPH-FEM耦合算法構建剛體彈體侵徹土壤數值模型，其中土壤采用SPH粒子建模，彈體采用FEM網格建模。
針對1nm及以下制程，量子化數值模型與動態穩定性驗證體系研發將成為核心，推動光刻成像性能再突破。
極端制程下，量子化數值模型將成為核心，助力1nm及以下節點PW性能突破。
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</figure><p>鑒于低截面厚度拱壩在恐怖襲擊及爆炸事故中的顯著風險，本研究基于LS-DYNA軟件建立了某原型拱壩的精細化三維數值模型
考慮GND的大變形冷軋模擬4個月前
作者提供的GND計算方式可以作為顯式GND計算的一個高效的引入方式：
使用作者提供的理論模型，構建相同的數值模型，模擬包含500個晶粒的316L模型，測試顯式GND引入的計算效率。
