應(yīng)力場的案例
降雨條件下滑坡的滲流場-應(yīng)力場-位移場數(shù)值模擬 ￥59
普遍認為這是一個多孔介質(zhì)滲流應(yīng)力耦合問題，即引起坡體內(nèi)滲流場-應(yīng)力場-位移場的變化，這種變化或許對于滑坡的失穩(wěn)起到了促進作用。筆者基于該理論，在ABAQUS中建立了降雨條件下滑坡滲流場-應(yīng)力場-位移場耦合模型。模擬3天降雨過程，模擬結(jié)果如下。感興趣的朋友歡迎交流討論！
圖1 滑坡概化模型
圖2 網(wǎng)格劃分
（a）初始孔壓
（b）降雨24小時孔壓
（c）降雨48小時孔壓
（d）降雨72小時孔壓
圖3 滑坡體內(nèi)孔隙水壓力變化
（a）初始有效應(yīng)力
（b）降雨24小時有效應(yīng)力
（c）降雨48小時有效應(yīng)力
（d）降雨72小時有效應(yīng)力
圖4 滑坡體內(nèi)有效應(yīng)力變化
（a）降雨24小時水平位移
（b）降雨48小時水平位移
（c）降雨72小時水平位移
圖5 滑坡水平位移變化
（a）降雨24小時等效塑性應(yīng)變
（b）降雨48小時等效塑性應(yīng)變
（c）降雨72小時等效塑性應(yīng)變
圖6 滑坡體內(nèi)塑性區(qū)發(fā)展變化
展開 有限元模擬臨坡地基，abaqus 從外部導(dǎo)入初始應(yīng)力場（三）
3、從第 1 步備份的數(shù)據(jù)庫文件導(dǎo)入初始應(yīng)力場，如下圖。
最后，檢查應(yīng)力分布云圖、位移分布云圖，確認初始應(yīng)力場是否設(shè)置成功。本例中，設(shè)置成功后的位移分布云圖如下。
有限元模擬三軸固結(jié)排水試驗，abaqus 初始應(yīng)力場設(shè)置（一）
有限元模擬三軸固結(jié)排水試驗
模型概況
土體試樣尺寸：高 8 cm，直徑 4 cm；
土體力學(xué)參數(shù)：彈性模量 10MPa，泊松比 0.3，粘聚力 10 kPa，內(nèi)摩擦角 30°;
試驗荷載：圍壓 100kPa；
試驗類型：等應(yīng)變式三軸試驗，豎向應(yīng)變?yōu)?10%；
模擬的目標(biāo)
1、等壓固結(jié)完成時的應(yīng)力狀態(tài)
2、獲得三軸試驗剪切破壞時的豎向應(yīng)力
模型注意事項
1、簡化為軸對稱問題
2、彈性階段采用線彈性本構(gòu)模型，塑性階段采用莫爾-庫倫本構(gòu)模型
3、將固結(jié)完成后的應(yīng)力狀態(tài)作為初始狀態(tài)
4、不考慮等壓固結(jié)的變形
5、采用 abaqus 的 Geostatic 分析步模擬等壓固結(jié)完成后的應(yīng)力狀態(tài)
6、采用軸對稱應(yīng)力單元 CAX4 ，只劃分一個單元
7、剪脹角采用 abaqus 默認的最小值 0.1°
有限元模型
注：斜體樣式只劃分一個單元，單元類型 ：4節(jié)點線性軸對稱應(yīng)力單元
豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變關(guān)系
得到土體試樣剪切破壞時的豎向應(yīng)力為 334.6kPa，與理論計算結(jié)果一致。
土體試樣的初始應(yīng)力場設(shè)置
初始應(yīng)力的設(shè)置需要滿足平衡條件：等效節(jié)點荷載要和外部荷載、邊界條件平衡。如果達不到平衡，將不能得到一個位移為零的初始狀態(tài)。此時所產(chǎn)生的應(yīng)力場也不是所施加的初始應(yīng)力場。
在本例中，等壓固結(jié)完成后的應(yīng)力場為：三個方向的主應(yīng)力都為 100kPa。在初始步設(shè)置初始應(yīng)力如下：
在 Geostatic 分析步定義邊界條件為：對稱軸處 X 方向位移為零，底部 Y 方向位移為零。在頂面和右側(cè)施加圍壓 100kPa。得到的初始應(yīng)力場如下：
對應(yīng)的土體試樣位移云圖如下，可以判斷 Geostatic 分析步未產(chǎn)生位移：
展開 有限元模擬條形基礎(chǔ)持力層，abaqus 地基初始應(yīng)力場設(shè)置（二）
得到的初始應(yīng)力場如下：
對應(yīng)的，在 Geostatic 分析步地基的位移場如下圖，可以判斷在 Geostatic 分析步未發(fā)生位移。
應(yīng)力場、應(yīng)變場分析
圖4-42
4.4.2結(jié)果分析
（1）應(yīng)力場分析
通過Mises等效應(yīng)力的分布，如圖4-41（b)可以考察切屑和工件的塑性流動，工件中最大等效應(yīng)力主要集中在第一變形區(qū)和刀尖附近，工件材料在第一變形區(qū)經(jīng)歷嚴(yán)重塑性剪切變形而形成切屑，由于接觸和摩擦，隨著切削的進行第一變形區(qū)逐漸擴大，在刀具尖端的前部應(yīng)力等值線基本上是平行的，愈向兩邊應(yīng)力值愈小。說明塑性流動在切屑起始彎曲部分的值最大，且向兩邊逐漸減小。
在切屑中主要為壓應(yīng)力，其值在切屑彎曲處最大；在工件中，在刀具尖端前方為壓應(yīng)力．在刀具尖端的附近及后下部為拉應(yīng)力；在切屑與工件分離處應(yīng)力值最大。在切屑、工件中，刀具尖端附近區(qū)域內(nèi)的主應(yīng)力都為拉應(yīng)力。這正是切屑與工件分離所必需的，由此驗證模擬結(jié)果與事實相符。
（2）應(yīng)變場分析
工件材料在第一變形區(qū)經(jīng)歷嚴(yán)重的塑性變形，在切屑底部由于壓力和摩擦也產(chǎn)生較大塑性變形，導(dǎo)致切屑底部較切屑其它部分產(chǎn)生更大的塑性應(yīng)變。
4.4前角與剪切角關(guān)系分析
（3）根據(jù)網(wǎng)格變形圖，并結(jié)合等效塑性應(yīng)變等值線圖的分布，可以近似的量取到剪切角。
（4）基于以上的研究，選擇切削用量在0.5mm，通過改變刀具前角的值（-50、50、 150、200 ）完成相應(yīng)的仿真實驗，對計算結(jié)果進行處理后得到的網(wǎng)格變形圖，可近似測得相應(yīng)的剪切角，由此說明前角對剪切角的影響。仿真結(jié)果表明，當(dāng)前角增大時，剪切角隨之增大。如圖4-42。
圖4-42
表4-1顯示了仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的對比，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)值間存在一定的誤差，但誤差較小，且數(shù)值變化的趨勢是正確的。實驗結(jié)果對仿真分析得到的前角與剪切角的關(guān)系給予了驗證。
展開 Abaqus| 導(dǎo)入預(yù)定義應(yīng)力場缺少.res文件，該怎么解決？
導(dǎo)讀
Abaqus可通過odb文件施加初始應(yīng)力場來進行預(yù)應(yīng)力分析，比如機加工過程，殘余應(yīng)力的施加，地應(yīng)力施加等。對于不熟悉的朋友，施加初始應(yīng)力場時可能會遇到下面兩個報錯。第一個是缺少.res文件，第二個是結(jié)果文件不允許導(dǎo)入。下面針對這兩個問題給出解決策略。
問題1：Warning: Missing .res file Job-orignal.res. Some consistency checks will not be performed until the analysis job is submitted.
Abaqus Error: The following file(s) could not be located: Job-orignal.res
Abaqus/Analysis exited with error(s).
解決方案：上面錯誤的意思是找不到.res文件。res是restart的縮寫，即重啟動文件。重啟動文件默認條件下在完成分析后是不產(chǎn)生的，因此為了產(chǎn)生重啟動文件，在Step模塊可設(shè)置產(chǎn)生重啟動文件。
Step菜單欄–Output –RestartRequests-Frequnecy。Frequency的數(shù)值，例如Frequency=2,，代表每隔2個增量步數(shù)據(jù)輸出一次，默認每個分析步的最后一次增量會進行輸出。
展開 ABAQUS應(yīng)力場
求大神告知abaqus中考慮計算出的應(yīng)力場，是通過預(yù)定義場中的Initial-Mechanical-Stress，還是Step 1-Other-Field？
管道對接2層焊，層間冷卻熔覆溫度場、應(yīng)力場模擬分析
圖5 15秒時焊道界面溫度分布
分別選取垂直和環(huán)繞/平行于焊道的各5個均勻分布的節(jié)點進行溫度取值，得到結(jié)果如圖：
圖6 垂直和環(huán)繞/平行于焊道的各5個均勻分布的節(jié)點
圖7 垂直于焊道的各5個均勻分布的節(jié)點的溫度曲線
圖8 環(huán)繞/平行于焊道的各5個均勻分布的節(jié)點的溫度曲線
圖9 冷卻期間溫度的變化
06
應(yīng)力場模擬結(jié)果
導(dǎo)入溫度場的結(jié)果作為結(jié)構(gòu)場的邊界條件，得到的變形和等效應(yīng)力如圖。
abaqus激光增材制造應(yīng)力場仿真（Explicit+Implicit）
（1）在Explicit分析中實現(xiàn)溫度場的仿真，獲得odb文件；
（2）在Implicit分析中通過修改材料參數(shù)、分析步、相互作用、載荷和約束、網(wǎng)格類型、調(diào)用odb文件，實現(xiàn)熱應(yīng)力場的仿真。
abaqus調(diào)用damask實現(xiàn)FCC，BCC，HCP多晶織構(gòu)演化和應(yīng)力應(yīng)變場分布模擬
局部應(yīng)力應(yīng)變分布與宏觀應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)結(jié)果如下：
初始幾何模型與晶粒取向分布：
拉伸變形局部應(yīng)力分布：
拉伸變形局部應(yīng)變分布：
宏觀應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)情況：
變形結(jié)束后多晶取向分布：
相同參數(shù)下，模擬結(jié)果與黃umat結(jié)果保持一致，如織構(gòu)演化，應(yīng)力應(yīng)變分布，以及宏觀應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。
abaqus調(diào)用damask實現(xiàn)FCC，BCC，HCP多晶織構(gòu)演化和應(yīng)力應(yīng)變場分布模擬
局部應(yīng)力應(yīng)變分布與宏觀應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)結(jié)果如下：
初始幾何模型與晶粒取向分布：
拉伸變形局部應(yīng)力分布：
拉伸變形局部應(yīng)變分布：
宏觀應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)情況：
變形結(jié)束后多晶取向分布：
相同參數(shù)下，模擬結(jié)果與黃umat結(jié)果保持一致，如織構(gòu)演化，應(yīng)力應(yīng)變分布，以及宏觀應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)。
平面應(yīng)力脆性斷裂相場AT2模型 ￥120
（4）添加UEL和可視化UMAT單元的性質(zhì)
其中UEL的單元性質(zhì)分別是楊氏模量、泊松比、斷裂韌性、相場特征寬度值、保證數(shù)值穩(wěn)定性的小值、平面應(yīng)力問題中的厚度值
UMAT的材料性質(zhì)為楊氏模量、泊松比和單元總個數(shù)，其中楊氏模量設(shè)置為一個極小的值，不同job需要修改單元總個數(shù)的值。狀態(tài)變量的個數(shù)設(shè)置為8.
（5）修改分析步的設(shè)置
具體數(shù)值可以酌情修改，每個變量的含義可以查找Abaqus文檔。
（6）添加狀態(tài)變量的場輸出，用于可視化
2 理論
將系統(tǒng)的總勢能表示為如下兩項：
式中第一項能量為：
考慮損傷帶來的退化，彈性能的表達式為：
式中
k為一個小值，用于防止數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象。另一項斷裂能為：
因此代入具體表達式可將系統(tǒng)總勢能表達為：
對上述能量進行一階變分可得：
即可得弱形式方程為：
具體外力虛功為：
式中本構(gòu)方程為：
該弱形式方程是后續(xù)推導(dǎo)有限元方程的基礎(chǔ)。同時，通過弱形式方程也可推導(dǎo)得到強形式的控制方程，即位移場和相場的控制方程。對上述弱形式進行分部積分可得：
因次位移場和相場的強形式控制方程為：
以及相應(yīng)的邊界條件為：
3 有限元離散
為推導(dǎo)有限元離散方程，對位移場和相場控制方程的弱形式進行處理：
對位移場和相場進行插值可得：
m指單元節(jié)點的個數(shù)。因此相應(yīng)的梯度場可以插值為：
B矩陣的是由形函數(shù)對物理坐標(biāo)的導(dǎo)數(shù)組成的。同理有：
代入到弱形式方程中可得殘值方程；
使用牛頓迭代法求解上述非線性系統(tǒng)。
展開 利用lsdyna進行鋼結(jié)構(gòu)焊接分析案例介紹 ￥59.9
溫度場與應(yīng)力場分析
通過對熱源施加順序的設(shè)置，我們分析了焊接過程中的溫度場和應(yīng)力場：
溫度場：外側(cè)焊縫施焊后，焊接區(qū)域溫度迅速升高，形成明顯的溫度梯度；內(nèi)側(cè)焊縫由于延時施焊，溫度場的上升較慢，但仍然能夠觀察到焊接區(qū)域的熱影響。
應(yīng)力場：由于溫度變化引起的熱膨脹與收縮，產(chǎn)生了焊接熱應(yīng)力。外側(cè)焊縫的應(yīng)力集中較為顯著，內(nèi)側(cè)焊縫施焊時的應(yīng)力分布受外側(cè)熱應(yīng)力的影響，形成了更復(fù)雜的應(yīng)力場。
圖1-3 溫度場
圖1-4 應(yīng)力場
1.4. 總結(jié)與應(yīng)用
通過本案例的分析，我們可以得出以下結(jié)論：
焊接順序與時間差對焊接質(zhì)量有重要影響：外側(cè)焊縫的先施焊能夠有效控制熱影響區(qū)的形成，內(nèi)側(cè)焊縫的延時施焊有助于減少焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中。
溫度場和應(yīng)力場是焊接分析的關(guān)鍵因素：溫度場決定熱影響區(qū)的大小，應(yīng)力場則影響焊接接頭的強度和穩(wěn)定性。
仿真技術(shù)為焊接工藝優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持：通過LS-DYNA仿真，能夠在設(shè)計階段識別潛在的焊接缺陷，進而優(yōu)化焊接工藝，提升焊接質(zhì)量。
本案例為鋼結(jié)構(gòu)焊接分析提供了實際的仿真數(shù)據(jù)與分析方法，尤其對有類似需求的工程項目提供了很好的參考。通過LS-DYNA的熱-力耦合仿真技術(shù)，能夠更加精準(zhǔn)地預(yù)測焊接過程中的溫度變化和應(yīng)力分布，進而優(yōu)化焊接設(shè)計，提升結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
1.5. 案例文件下載
如果您對本案例的仿真方法感興趣，或需要了解更多關(guān)于LS-DYNA焊接分析的技術(shù)細節(jié)，可以通過提供的K文件和HyperMesh網(wǎng)格源文件進行深入學(xué)習(xí)和研究。這些文件將幫助您更好地理解和應(yīng)用焊接分析的相關(guān)技術(shù)。
展開 固定管板換熱器的機械場應(yīng)力分析
固定管板換熱器的機械場應(yīng)力分析
一、 背景
換熱設(shè)備室一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、化工裝置中換熱器占設(shè)備總數(shù)的40%左右，占總投資的30%~45%。目前，在換熱設(shè)備中，使用量最大的是管殼式換熱器。我國管殼式換熱器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用GB151-1999。但隨著設(shè)備的大型化及操作的高參數(shù)化，不斷出現(xiàn)超標(biāo)的換熱設(shè)備。目前，對于這些設(shè)備可參照JB4372-1995利用有限元法進行分析計算并評定。計算與評定時一般應(yīng)考慮四種危險工況，即：只考慮殼程壓力、只考慮管程壓力、同時考慮殼程壓力與溫差、同時考慮管程壓力與溫差。
二、 問題描述
某臺臥式固定管板換熱器，殼程金屬設(shè)計溫度下的設(shè)計應(yīng)力強度Sm=183MPa，管程金屬設(shè)計溫度下的設(shè)計應(yīng)力強度Sm=118MPa，殼程設(shè)計壓力為0.58MPa，管程設(shè)計壓力為2.0MPa，殼程操作溫度為140.5攝氏度，管程操作溫度為250攝氏度。其他參數(shù)如下：
進、出口管板：管板為帶凸肩的整煅件，凸肩高度35㎜，殼程側(cè)凸肩計算壁厚17㎜，管程側(cè)計算凸肩壁厚18.5㎜，凸肩與管板連接處鍛造圓角半徑15㎜，如圖1所示；管板外直徑為φ840㎜，管板計算厚度100㎜。進出、口端材料為0Cr17Ni12Mo2，彈性模量E=2e5MPa，泊松比μ=0.3。
殼程筒體：內(nèi)直徑為φ806㎜，計算壁厚等于17mm，材料為16MnR,彈性模量E=2e5MPa, 泊松比μ=0.3。
展開 Abaqus圓形激光溫度-位移耦合案例教學(xué) ￥19.98
熱應(yīng)力機制：溫度梯度引發(fā)熱膨脹失配，導(dǎo)致玻璃板內(nèi)部產(chǎn)生 熱應(yīng)力，典型應(yīng)力模式包括：
光斑中心區(qū)域出現(xiàn)壓應(yīng)力，邊緣區(qū)域出現(xiàn)拉應(yīng)力（需結(jié)合材料熱膨脹特性判斷）；
瞬態(tài)過程中可能產(chǎn)生動態(tài)應(yīng)力波動，需關(guān)注應(yīng)力峰值位置與疲勞損傷風(fēng)險。
2． 結(jié)果展示：通過應(yīng)力云圖識別高應(yīng)力區(qū)域（如幾何突變處或光斑邊緣），提取主應(yīng)力、等效應(yīng)力（如 von Mises 應(yīng)力）分布，評估材料失效風(fēng)險（如開裂閾值）。
圖8應(yīng)力云圖可視化
（3） 參數(shù)敏感性分析
對比不同激光功率、光斑尺寸、作用時間下的溫度場與應(yīng)力場差異，總結(jié)關(guān)鍵參數(shù)對結(jié)果的影響規(guī)律，為激光加工工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。
6、 結(jié)論與拓展應(yīng)用
（1） 結(jié)論：力 - 熱耦合分析可有效揭示激光與玻璃板相互作用的多物理場行為，溫度場的時空分布直接決定應(yīng)力場的演化特征，高應(yīng)力區(qū)域需通過工藝調(diào)整（如激光功率調(diào)制、冷卻措施）降低損傷風(fēng)險。
（2） 拓展：本方法可延伸至其他激光加工場景（如切割、焊接、表面處理）或材料類型（如金屬、陶瓷），通過調(diào)整熱源模型與邊界條件實現(xiàn)跨領(lǐng)域應(yīng)用。
7、 附件：本案例中的abaqus模型文件（包括cae和激光子程序）
展開 