abaqus大變形的案例
Abaqus大變形之SPH方法模擬分析Step by Step ￥3
Abaqus大變形之SPH方法模擬分析Step by Step-01-10.pdf
Abaqus模擬橡膠大變形
Abaqus為用戶提供了多種本構(gòu)關(guān)系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當(dāng)Abaqus進(jìn)行模擬時(shí)假設(shè)這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時(shí)考慮幾何非線性效應(yīng)。與材料的剪切柔度相比，對于大多數(shù)類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當(dāng)分析對象為平面應(yīng)力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個(gè)問題不值得關(guān)注。但是對于固體、平面應(yīng)變或者軸對稱問題卻不能忽略。對此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學(xué)性能的描述方法主要為兩類：一類是認(rèn)為橡膠為連續(xù)介質(zhì)的現(xiàn)象學(xué)描述；另一類是基于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法。基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的本構(gòu)模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構(gòu)模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個(gè)部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數(shù)如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數(shù)設(shè)置
3、裝配，定義分析步，采用默認(rèn)的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂，設(shè)置分析步初始增量步為0.01，打開幾何非線性。
圖3 分析步定義
4、定義接觸對：Push下表面和橡膠表面，Base上表面和橡膠表面。
展開 Abaqus模擬橡膠大變形/模擬橡膠彎曲
Abaqus為用戶提供了多種本構(gòu)關(guān)系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當(dāng)Abaqus進(jìn)行模擬時(shí)假設(shè)這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時(shí)考慮幾何非線性效應(yīng)。與材料的剪切柔度相比，對于大多數(shù)類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當(dāng)分析對象為平面應(yīng)力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個(gè)問題不值得關(guān)注。但是對于固體、平面應(yīng)變或者軸對稱問題卻不能忽略。對此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學(xué)性能的描述方法主要為兩類：一類是認(rèn)為橡膠為連續(xù)介質(zhì)的現(xiàn)象學(xué)描述；另一類是基于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法。基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的本構(gòu)模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構(gòu)模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個(gè)部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數(shù)如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數(shù)設(shè)置
3、裝配，定義分析步，采用默認(rèn)的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂，設(shè)置分析步初始增量步為0.01，打開幾何非線性。
展開 基于ABAQUS的CEL大變形仿真 ￥1
基于ABAQUS的CEL大變形模擬
1.幾何模型構(gòu)建
2.材料參數(shù)定義
3.網(wǎng)格系統(tǒng)構(gòu)建
坯料不進(jìn)行網(wǎng)格劃分
4.求解設(shè)定如下
流固耦合分析只能采用顯示動(dòng)力學(xué)分析
坯料刪除或抑制
應(yīng)力云圖
等效塑性應(yīng)變云圖
橡膠=汽車半條命：淺談ABAQUS橡膠大變形仿真5大注意事項(xiàng)
通常在進(jìn)行初始網(wǎng)格劃分時(shí)．需特別注意大變形區(qū)的網(wǎng)格形態(tài)，開始盡量采用粗網(wǎng)格劃分。以降低分析的復(fù)雜程度。然后根據(jù)問題的類型和分析結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)格重劃分，盡可能使網(wǎng)格發(fā)生大變形后仍具有良好的單元幾何形態(tài)。
圖4、不同網(wǎng)格尺寸對大變形仿真的影響（左1mm/中2mm/右3mm）
2：網(wǎng)格階次的選擇
在大變形的仿真計(jì)算中，建議優(yōu)先選用線性單元，一階單元較二階單元能更好地模擬橡膠的扭曲大變形，不易發(fā)生單元畸變。
圖5、不同網(wǎng)格屬性對大變形仿真的影響（左：二階單元 /右一階單元）
此外還應(yīng)設(shè)置盡可能小的時(shí)間步長，以保證求解結(jié)果的精度和可靠性。并對結(jié)果作仔細(xì)檢查，以確定原始測試數(shù)據(jù)是否涵蓋了模型的變形模式和最大應(yīng)變。以上均為常規(guī)手段，對于一些較為復(fù)雜的模型仍不能做到較好的收斂。那么針對一些復(fù)雜模型，就用應(yīng)用一些非正常手段——網(wǎng)格重繪技術(shù)。
網(wǎng)格重繪技術(shù)不是ABAQUS軟件中的網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)，其利用Map Solution命令將計(jì)算結(jié)果映射到一個(gè)新的網(wǎng)格文件上，然后針對新的網(wǎng)格文件進(jìn)行二次計(jì)算，其計(jì)算流程可總結(jié)為下圖所示
圖6、Map Solution命令一般計(jì)算流程
由于在第二段加載時(shí)雖然使用了MAP語句將第一段加載的計(jì)算結(jié)果映射進(jìn)來，但是由于前后兩次的網(wǎng)格文件并不能做到完全一致，所以在分段計(jì)算的結(jié)果與整體一次性計(jì)算的結(jié)果略有偏差，這個(gè)在剛度曲線中就可以明顯的看出，前20mm的加載時(shí)，模型文件一致。所以剛度數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出一致性，但是由于在20mm后引入重繪網(wǎng)格后，剛度計(jì)算值較一次性完整加載偏大。但是由于在第二段計(jì)算時(shí)進(jìn)行了網(wǎng)格重繪，獲取了質(zhì)量較高的網(wǎng)格文件，所以其可壓縮至40.76mm(模型原高度為50mm)。
展開 ABAQUS 單向拉伸大變形模擬
靜態(tài)模擬一種軟材料POE的單向拉伸，拉伸應(yīng)變希望到300%，但是總是在100%就失敗了。不知道哪里出了問題，有沒有高手幫幫忙。
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬 ￥70
ABAQUS CEL(例11) 地震工況下的邊坡大變形模擬
一、建模技術(shù)
地震工況下邊坡可能失穩(wěn)進(jìn)而出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，為避免模擬滑坡時(shí)網(wǎng)格產(chǎn)生的畸變問題，采用耦合歐拉拉格朗日法(CEL)進(jìn)行滑坡的大變形模擬；土體本構(gòu)采用摩爾庫倫模型；采用模型底部小范圍內(nèi)的周期性荷載模擬地震荷載。
二、模型及部分結(jié)果展示
圖1：藍(lán)色為邊坡；紅色為空氣層
圖2：網(wǎng)格的劃分
圖3：賦予模型初始應(yīng)力
圖4：土體達(dá)到地應(yīng)力平衡時(shí)的應(yīng)力分布
圖5：土體底部的地震荷載施加區(qū)域
圖6：所施加的周期性荷載（地震荷載）
圖7：邊坡因地震荷載產(chǎn)生的位移
圖8：地震波產(chǎn)生的區(qū)域
展開 ABAQUS CEL (例3) 巖土大變形的模擬
該例子放于我的視頻專欄內(nèi)，以視頻形式講解巖土工程大變形的數(shù)值模擬，視頻包含所有模型創(chuàng)建過程及邊界條件的處理，適合新手掌握CEL在Abaqus中的應(yīng)用；有CEL技術(shù)問題，歡迎大家一起探討
基于ABAQUS的橡膠密封圈大變形仿真分析
橡膠圈的材料選取、形狀的設(shè)計(jì)及受力大小對其密封性能有很大的影響，然而在實(shí)際壓縮試驗(yàn)過程中很難觀測到其受力變形的瞬態(tài)大變形行為。通過ABAQUS有限元分析可以得到橡膠圈的受力變形過程，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及優(yōu)化具有較大的幫助，也有利于縮短研發(fā)周期，降低經(jīng)濟(jì)成本。
2模型建立
模型采用常用的橡膠材料與模具裝配模型，如圖1所示。整個(gè)建模過程與后續(xù)的有限元分析中均采用統(tǒng)一的mm單位制。
圖1 模型基本尺寸
3有限元分析
本案例的有限元分析是在ABAQUS 2017平臺上全程進(jìn)行的。運(yùn)用Standard/Explicit分析模塊，之后進(jìn)入Part模塊創(chuàng)建上述分析模型。建立的有限元模型如圖2所示。模型中主要涉及兩種材料模型，橡膠本構(gòu)已經(jīng)很成熟了，選用超彈性Mooney-Rivlin本構(gòu)，模具使用鋼鐵本構(gòu)，輸入基本的物理參數(shù)即可。橡膠圈及鋼鐵本構(gòu)參數(shù)分別如圖3、4所示。之后定義接觸及邊界條件完成有限元模型的前處理操作。
圖2有限元模型
圖3橡膠圈本構(gòu)參數(shù)
圖4模具本構(gòu)參數(shù)
4結(jié)果與討論
模型的后處理操作是在Abaqus/CAE的Visualization模塊，模型求解完成后對云圖只顯示材料填充區(qū)域云圖，此時(shí)，橡膠材料就從一開始的圓形被壓縮成類似于矩形的形狀，如圖5所示。
圖5應(yīng)力云圖
5結(jié)論
本案例針對橡膠圈進(jìn)行了一個(gè)簡單的大變形分析，從應(yīng)力云圖來看，仿真結(jié)果很好模擬了橡膠圈在壓縮時(shí)候的大變形行為，后續(xù)可以單獨(dú)提取最大變形處的應(yīng)力應(yīng)變曲線等，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有一定的參考意義。
展開 ABAQUS CEL (例4) 多層土的巖土大變形模擬
該例子放于我的視頻專欄內(nèi)，以視頻形式講解在多層土情況下巖土的大變形問題，例如如何模擬每層土與結(jié)構(gòu)之間的接觸，以及土層與土層之間的接觸問題，視頻包含完整Abaqus建模過程
ABAQUS中橡膠大變形問題的一些解決辦法
分析步的設(shè)置
多設(shè)置一個(gè)小載荷的分析步，讓接觸關(guān)系平穩(wěn)的建立起來以后，在下一個(gè)分析步中施加更大的真實(shí)的載荷，可以減小收斂的困難。
接觸的設(shè)置
把剛體面或剛度較大的面作為主面，橡膠一般作為從面。剛性面上的尖角會(huì)引起收斂問題，可定義倒角光滑解析剛性面上的尖角。定義接觸時(shí)應(yīng)當(dāng)注意接觸面的法向方向應(yīng)該相反。兩個(gè)接觸面之間滑動(dòng)較大，故選用有限滑動(dòng)算法。在ABAQUS/Standard中，對“Constraint enforcement method”的選擇，平面應(yīng)力問題建議選用“Node to surface”，平面應(yīng)變問題建議選用“Surface to surface”。在結(jié)果出來后往往會(huì)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，這時(shí)需要重點(diǎn)檢查兩個(gè)方面：
1.接觸定義是否正確，包括主從面、法線方向等；2.從面網(wǎng)格需要細(xì)化。
約束的設(shè)置
可能的情況下，應(yīng)當(dāng)增加約束，可以增大求解的成功的可能，而約束不足容易產(chǎn)生奇異解，比如橡膠“到處亂跑”。比如本模型中，可以對橡膠下方的接觸點(diǎn)全約束，而橡膠上方的接觸點(diǎn)只允許豎直方向的移動(dòng)。
網(wǎng)格
網(wǎng)格的疏密、網(wǎng)格劃分技術(shù)（Mesh controls）和單元類型的選擇，對計(jì)算的成敗影響很大。只能具體問題具體分析，可參考石亦平的《ABAQUS有限元分析實(shí)例詳解》。劃分好網(wǎng)格后最好使用verify來檢查一下網(wǎng)格的質(zhì)量，發(fā)生扭曲的地方要改善網(wǎng)格質(zhì)量。變形嚴(yán)重的地方需要細(xì)化網(wǎng)格。優(yōu)先選用線性單元，高階單元容易發(fā)生單元畸變，易于導(dǎo)致計(jì)算失敗和不準(zhǔn)確的結(jié)果。
展開 
ABAQUS 在計(jì)算到step3后計(jì)算中斷，變形過大
我在原本可以計(jì)算的模型的基礎(chǔ)上修改的，只是刪了幾個(gè)樓板與梁連接的栓釘
Abaqus大變形分析技巧之Map solution分析方法詳解
關(guān)于橡膠的大變形分析是一個(gè)令人十分頭痛的問題，常常會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)格畸變中止計(jì)算，即使調(diào)整網(wǎng)格，調(diào)整參數(shù)，各種折騰，還是不能解決問題。這時(shí)候，你就可以考慮Map Solution方法了。
Map Solution的基本分析步驟如下圖所示，看起來十分簡單，但實(shí)際上初次摸索的話還是要花費(fèi)不少時(shí)間的，關(guān)鍵在于變形模型的提取及重畫分，以及關(guān)鍵詞的編輯和提交計(jì)算。對于混跡CAE分析多年的老鳥來說，根據(jù)Help的提示搞出來不成問題，但是對于一些菜鳥或者英語水平不那么厲害的，學(xué)起來其實(shí)也蠻費(fèi)勁的。網(wǎng)上雖然有不少資料，但是詳細(xì)，完整講解操作過程的資料很少。
Map Solution分析的實(shí)質(zhì)就是將一個(gè)大變形分析，拆分成多個(gè)小變形分析，首先進(jìn)行一個(gè)小變形分析，提取出網(wǎng)格之后，進(jìn)行網(wǎng)格重畫分，避免網(wǎng)格繼續(xù)變形而造成畸變，然后導(dǎo)入到Abaqus中完成相關(guān)的邊界條件設(shè)置，最后導(dǎo)出關(guān)鍵字文件并進(jìn)行相關(guān)語句添加，最后運(yùn)用命令的方式提交。具體的操作過程見視頻：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10577
該視頻詳細(xì)介紹了Map Solution的設(shè)置過程與注意事項(xiàng)，購買了視頻的可以私信我或者在評論下方留言，我會(huì)提供CAE模型以及相關(guān)的關(guān)鍵字文件。
（切記：使用這些高級分析方法（Map Solution、ALE、CEL）的前提是，你對傳統(tǒng)的分析方法進(jìn)行了足夠多次的嘗試，確定修改網(wǎng)格，調(diào)整分析參數(shù)都無法完成相應(yīng)的變形分析
展開 abaqus帶空腔的超彈性體大變形不收斂
在abaqus中建立了一個(gè)帶有球形空腔的立方體，材料為超彈性材料模型Mooney Rivlin模型，大變形時(shí)不收斂。
解決橡膠大變形網(wǎng)格畸變，ABAQUS有絕招（上）
通過以上方法，便可以有效的解決大變形問題中網(wǎng)格畸變導(dǎo)致的計(jì)算不收斂問題，有關(guān)具體操作方法及細(xì)節(jié)問題，在《解決橡膠大變形網(wǎng)格畸變，ABAQUS有絕招（下）》中將做詳細(xì)介紹。
來源：有限元在線的博客，版權(quán)歸作者所有。
