ABAQUS如何定义流体力学模型模型进口和出口
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时间：2016-05-26 06:55
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ABAQUS建模规范化方法总结Modified
一. 命名规则学习建模过程， 可以使用示例中的命名规则，设计标准模型参见标准模型创 建方法二. 确定构件使用的坐标系构件坐标系是应该首先确定并记录的信息，以方便后续确定参考点坐标。 本例中坐标轴 Z 轴沿模型截面中心向上，X 轴为荷载施加方向，荷载沿 X 轴 正向施加。Y 轴与模型侧面垂直。如图所示。三. 材料定义1 混凝土材料的定义相关文献：http://127.0.0.1:/books/usi/default.htm http://127.0.0.1:/books/usb/default.htm?startat=pt05ch23s06abm39 .html#usb-mat-cconcretedamaged http://127.0.0.1:/books/usi/default.htm?startat=pt03ch12s09s02.ht ml http://127.0.0.1:2180/texis/search/?query=concrete+damage+plasticity&submit .x=48&submit.y=6&group=bk&CDB=v6.131.1.密度/DensityMass Density=2.5e-9 tone/mm?（=2500kg/m?）1.2.弹性/ElasticMachanical/Elasticity/Elastic 定义参数： 杨氏模量： Young’s Modulus=34500 N/mm?； 泊松比： Poisson’s Ratio=0.21.3.塑性/Concrete Damage PlasticityMechanical/Plasticity/Concrete Damage Plasticity Abaqus/CAE User’s Guide 12.9.2_Defining concrete damage plasticity ************************************************************** Dilation Angle Dilation angle, degrees. Eccentricity Flow potential eccentricity, . The eccentricity is a small positive number that defines the rate at which the hyperbolic flow potential approaches its asymptote. The default is . fb0/fc0 , the ratio of initial equibiaxial compressive yield stress to initial uniaxial compressive yield stress. The default value is K , the ratio of the second stress invariant on the tensile meridian, , to that on the compressive meridian, , at initial yield for any given value of the pressure invariant p such that the maximum principal stress is negative, satisfy the condition Viscosity Parameter Viscosity parameter, , used for the visco-plastic regularization of the concrete constitutive equations in . It must . , in the pCq plane. Enter the value in. The default value is Abaqus/Standard analyses. This parameter is ignored in Abaqus/Explicit. The default value is . (Units of .) Temp Temperature. Field n Predefined field variables. *************************************************************** 定义参数： 扩散角： Dilation Angle=38°； 偏心率： Eccentricity=0.1；（默认值） 双轴压缩屈服应力与单轴压缩屈服应力的比值： fb0/fc0=1.16；（默认值） 拉伸子午面与压缩子午线的第二应力不变量之比： K（Kc）=2/3; 粘度系数： Viscosity Parameter=默认的参数为 0.0s，选取值为 0.00001s 一般而言，粘性系数取值越小，分析越不容易收敛。这是经验问题。至 于是什么原因，这里还需要进一步的讨论。 1.3.1 受压本构参数/Compressive Behavior――C50 混凝土 Compression Harding（应变硬化）： 受压应变―非弹性应变/Compression Stress-Inelastic Strain compression hardening 22.68 0 32.4 0..8 0..72 0..4 0..43 0.0150306 Compression Damage 受压损伤因子―非弹性应变/Compression Damage factor-Inelastic Strain COMPRESSION DAMAGE 0 0 0.01 0.544 0.........009945 Tension Stiffening（应变强化）： 受拉应变―非弹性应变/Tension Stress-InelasticStrain tension stiffening 3.168 0 2.64 3.3..........124 0..... Tension Damage： 受拉损伤因子―非弹性应变的关系/Tension Damage Factor―Inelastic Strain tension damage 0 0 0.01 3.37E-05 0.184 0......0005372 钢筋材料的定义（HRB400） 2.1. 密度/DensityDensity=7.8e-9 tone/mm?；2.2.弹性/ElasticYoung’s Modulus=210000 Poisson’s Ratio = 0.28* // 这里的钢筋的泊松比 Poisson’s Ratio 选择 0.28 一个典型值，钢筋的 Poisson’s Ratio 一般取为 0.25~0.3 之间，这里取一个中间值。事实上，钢筋的泊 松比对有限元模拟并没有影响，这是因为，钢筋作为杆单元（T3D2）是不考虑横 向变形的， 属于单轴拉压的情况。 但是这里取得一个相对准确的值也是有必要的。2.3.塑性/PlasticityHRB400 钢筋采用三折线加强化的本构模型，单调加载采用各向同性强化准 则 Harding：Isotropic； Yield Stress Plastic Strain 400 0 400 0.01 540 0.075 //说明：这里假定屈服平台为 5 倍屈服应变的长度，0.01≈400/; 极限应力（540）对应的应变，按照《混凝土规范》规定的最大力下的总伸 长率限值 7.5%取用。超出该限值，则取为平直段。 这里采用的塑性本构，是否合适，应等待试验检验。 See→“如何理解抗震带 E 钢筋“最大力下总伸长率” 需要注意，这里有一个平直段，在平直段里，有可能会出现不收敛的情况， 因此应当慎重检验后使用。 另一个有待检验的本构是： Harding：Isotropic； Yield Stress Plastic Strain 400 0 540 0.075 极限应力（540）对应的应变，按照《混凝土规范》规定的最大力下的总伸 长率限值 7.5%取用。超出该限值，则取为平直段。 另外，如何设置本构的终止点，还有待研究。 从 《ABAQUS 有限元分析实例详解》 第六章弹塑性分析实例可以看出， ABAQUS 默认*PLASTIC 的塑性数据在超过最大应力时，材料变为理想塑性。同时该书还建 议，在设定关键词为*PLASTIC 的塑性数据时，应保证其中最大的真实应力和塑性 应变大于模型中可能出现的应力应变值。3 钢材材料的定义这里选择的是 Classical metal plasticity/经典金属塑性理论 强化准则：选择的是各项同性强化/isotropic harding model.是考虑到，单调 加载的情形，并不适合使用随动强化的本构关系。 3.1.密度/DensityDensity=7.8e-9 tone/mm?；3.2.弹性/ElasticYoung’s Modulus=206000 N/mm?；3.3.塑性/PlasticityYield Stress PlasticStrain 345 0 405 0.1 //这里采用三折线弹塑性加强化的本构模型。应检验其对有明显屈服台阶和 强化阶段的钢材是否合适。 强化准则： 一般金属的强化准则为随动强化/Kinematic 这里应该检验随动强化对计算效率的影响 检验随动强化和各项同性强化的差异。 这里假定钢材并不具有明显的屈服台阶。应该也是有问题的。 《抗震规范》 和 《组合结构规范》 均要求钢材应具有明显的屈服台阶。 因此， 三折线本构并不合适。 应查询资料进一步确定，Q345 钢材的屈服台阶问题。 一个可行的本构方案是： Yield Stress PlasticStrain 345 0 345 0.01 //这里实际上是取了 5 倍弹性极限变形的屈服台阶长度。 530 0.1由于《抗震规范》3.9.2 条第三款规定：钢材的屈服强度实测值与抗拉强度 实测值的比值不应小于 0.85。且钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于 20%。 345/85%=405.88,因此这里将抗拉强度取为 405。 《低合金高强度结构钢》GB/T 规定的 Q345 级钢材的抗拉强度， 远超过 405Mpa 的要求。其中表 6 规定的 Q345 级钢材的抗拉强度检验指标应为 470~630Mpa。因此，按照抗规的要求取得其抗拉强度的极限值显然是严重低估 了钢材的抗拉强度。这里选择 0.1 作为最大力下的伸长率，其对应的强化段刚度 取为 0.01E0。即 530=345+（0.1-0.01）*（.01）。取为 530 的极限强度 是合适的。 这里要求的伸长率应为拉断伸长率 20%， 并不能作为最大力对应的伸长率或 最大力对应的应变。这里取为 0.1 可能也并不合适。需要进一步地研究确定。最 好能够找到更多的文献依据为好。 钢材的强度与其厚度有关系。 按照《钢结构规范》给出的强度设计值，厚度越大，强度越小。 事实上，这主要跟金属晶粒的规则性有关。越薄的钢材，加工的越细，晶 粒排列的不规则性越小，钢材越厚，则相反。 但是这里并没有考虑钢材厚度对强度的影响，是考虑到这里的钢材仅为代 表性钢材，实际配钢可能并不是如此厚度的。因此，考虑到文件的简化，将钢 材的强度标准值取为 345，应该也是合适的。但是后期应该对这个问题进行进一 步的研究，考虑其对构件破坏类型的影响。 这里有必要提到王秋维博士的论文，该论文中将钢材和钢筋的本构均取为 带有 5 倍弹性极限应变的屈服台阶的四折线本构，遗憾的是，其并没有给出强 化段的刚度 E1。见下图。*************************************************四. 创建部件 PART1 建立型钢部件 SteelCreate Part→Steel Modeling Space：3D； Type：Deformable； Base Feature：Shell； Type：Extrusion/表示拉伸产生壳单元 2 建立钢筋部件 Bar 3 建立箍筋部件 Stir 4 创建混凝土部件 Concrete五. 赋予材料属性/Property1 基本步骤定义截面 Create Section→赋予构件截面 Assign Section。2 默认命名规则：Section_部件类型_材料类型_截面面积 （仅对 Truss） /截面厚度 （仅对 Shell） 上述最后一项， 如果对同种材料不同对象定义截面， 可以适当增加区分符号， 详见后续说明3 创建纵筋截面 Create section/ Truss→Bar （Section_Bar_HRB400_R28 直径 28mm 的纵向钢筋截面）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选 择 截 面 材 料 类 型 （ 即 选 择 材 料 本 构 Material ） 、 设 置 杆 截 面 横 截 面 积 （Cross-sectional area）4 创建箍筋截面 Create section/ Truss→Stir （Section_Stir_HRB400_R12 直径 12mm 的箍筋截面）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选 择 截 面 材 料 类 型 （ 即 选 择 材 料 本 构 Material ） 、 设 置 杆 截 面 横 截 面 积 （Cross-sectional area） 5 创建混凝土截面 Create Section/Solid→Concrete Plastic （Section_Concrete_C50, C50 混凝土材料截面→柱）6 创建混凝土截面 Create Section/Solid→Concrete Elastic （Section_Concrete_C50e, C50e→加载板和基座）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选择截面材料类型（即选择材料本构 Material） 7 创建型钢翼缘截面 Create Section/Shell 7.1. （Section_Steel _Q345_tf25→翼缘）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选择截面材料类型（即选择材料本构 Material）、壳元厚度（Thickness）、选择 厚度方向的积分准则（thickness intergration rule→高斯积分法/辛普森积分法）、 厚度方向积分点数目（Thickness integration point）和其他高级选项（Advanced）7.2.定义翼缘板选择 Assign Section→选择翼缘板（按 SHIFT 键，多选）→Done 注意上述 Thickness 选项，其中 Assignment： From section→表示壳单元截面厚度来自于截面定义； From Geom→表示壳单元截面厚度来源于几何体，即由几何厚度决定 显然，本例中由于壳单元的 Part 定义中，使用的是没有厚度的几何面，因 此，应该选 From section。8 创建型钢腹板截面 Create Section/Shell→（Section_Steel _Q345_tw25→腹板）（赋予截面同翼缘）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选择截面材料类型（即选择材料本构 Material）、壳元厚度（Thickness）、选择 厚度方向的积分准则（thickness intergration rule→高斯积分法/辛普森积分法）、 厚度方向积分点数目（Thickness integration point）和其他高级选项（Advanced） 9 赋予截面时候应该注意的问题A． 当对组合体实例 instance 赋予截面时，应首先对各部分分别赋予截 面后，再创建 instance，并且创建 dependent 的 instance。 B． 通过 instance→merge 得到的组合体 part， 应注意检查 section 是否被准 确赋予，有可能出现 section（not found）的情况。这时候要重新赋予截 面属性。 C．另外一种方法赋予截面是通过组（ set ）策略对已经创建的组合实例 instance 的 不 同 部 分 赋 予 不 同 的 属 性 。 六. Mesh 划分网格和设置单元类型1 网格划分的基本步骤网格划分首先是 Seed Part Instance （布置网格划分种子） ； 然后以这些 Seeds 为控制点，对网格进行自动划分；为划分好的单元设置单元类型，例如混凝土单 元类型为 C3D8R、钢筋单元为 T3D2 单元、型钢单元为 S4R 单元等。网格划分的 的具体步骤，详下列叙述。2 网格划分 2.1. Mesh Control→Element Shape（单元形状控制）和 Mesh Technique（网格划分技术）和 Algorithm（网格划分算法）主菜单 Mesh→Controls，在弹出的对话框中选择单元形状。 Tip：当不选择 Mesh Control 时，程序将自动识别网格控制技术。 1） Element Shap 平面问题： Quad→四边形单元； Quad-dominated→主要使用四边形单元，过渡区允许出现三角形单元； Tri→三角形单元。 空间问题： Hex→六面体 Hex-dominated→主要使用六面体，过渡区允许出现楔形单元； Tet→四面体； Wedge→楔形单元。 2） Mesh Technique 网格划分技术（见上二图） 网格划分技术分为： As Is→如果您选择的边缘，你以前接种使用约束相结合， ABAQUS / CAE 技术提供了一个 AS 选项，允许你保留所选边的约束； Free→自由网格技术。自由网格技术是最灵活的一种网格划分技术，几 乎可以用于任意的几何形状。采用自由网格的区域显示为粉红色 （Magenta）。自由网格技术采用 Tri 三角形单元或 Tet 四面体单元，一 般应选择带有内部节点的二次单元保证精度。 Structured→结构化网格技术。结构化网格技术使用预定义的网格划分方 法，将网格划分区域划分成简单的单元形状。采用 Structured 技术划分 网格的区域为绿色（Green）。 Sweep→扫掠网格技术。对二维区域，首先在边上生成网格，然后沿扫 掠路径拉伸，得到二维网格；对三维区域，首先在面上生成网格，然后 沿扫掠路径拉伸，得到三维网格。一般存在圆孔或曲面的区域，采用 Sweep 技术划分网格。 Bottom-Up→自下而上网格技术。该技术不同于上述 Structured、Sweep 和 Free 技术，该三种技术是完全适应几何形状的网格划分技术，划分的 单元将几何体完全填充，对于简单的几何体，该技术是有效的，但是对 于有复杂细节的几何体，该三种技术将无法得到理想的单元网格。而 Bottom-Up 技术将网格划分与几何体之间的约束释放，忽略部分细节的 影响，最后再建立几何联系。这种拓扑技术的网格划分结果对于复杂几 何体是相当有效的，但对于细节的处理的简化，将带来该位置的误差， 对于复杂几何体，当细节位置不是重点关注对象时，是能够接受的。 Bottom-Up 技术的操作使用方法，详《ABAQUS 有限元分析常见问题 解答》9-15 问题。 Tip： 当某个区域显示为橙色时，表明无法使用目前赋予它的网格划分 技术生成网格，模型比较复杂的时候，往往不能使用 Structured、Sweep 网格技术。这时可以首先把实体分割为几个简单的区域，然后再划分结 构化网格或扫掠网格。 在 Mesh 功能模块下：Tools→Partition，可以分割边、面或三维区域 （Cell）。 3） Algorithm 网格划分算法（仅介绍两种典型的网格划分算法） Medial axis→中性轴算法： 该算法首先将网格划分区域划分为简单的区域，然后对各个简单区 域使用结构化网格划分技术划分网格。 该算法的优点是更容易得到单元形状规则的网格，缺点是网格节点 更容易偏离种子。 Advancing front→进阶算法： 该算法首先在边界上生成四边形网格，然后再向区域内部扩展。 概算的优点是网格节点与种子位置严格匹配，更容易得到单元大小 均匀的网格，容易实现从粗网格到细网格的过渡，支持不精确模型和二 维模型的虚拟拓扑。 上述两种算法仅适用于 Quad 四边形单元和 Hex 六面体单元，同时 与所使用的网格划分技术有关，例如对于 Hex 六面体单元，仅在选择 Sweep 网格技术时，网格划分算法的选择才是有效的。 上述两种网格划分算法的优缺点与具体情况有关。主要目标是得到 单元大小均匀的网格划分结果。一般而言，当种子布置的较为密集的时 候，Advanced front 算法能够得到更为优良的网格；而当网格布置的较为 稀疏时，Medial axis 算法的网格划分结果更让人满意。 4） 网格划分工具2.2.Seed Part（使用全局种子）1） 如图在 Sizing Control→Approximate global size（近似全局尺寸）项给 定几何尺寸，这里取为 100 或 200； 2） Curvature control（曲率控制项）该项只有在具有小圆孔或者有大曲 率的区域才起作用，主要是用来控制沿圆孔周围的单元个数，以消除有 限元分析中奇异矩阵的影响。 Maximum deviation factor（最大偏差系数），一般按照默认取为 0.1； （Approximate number of element per circle：8）：表示每一个回路约为 8 个单元。 deviation factor→是用来控制单元边缘的 尺寸与原几何尺寸的偏离程度 的因子。 Tip：一般而言，如果没有上述圆孔或者大曲率边，该项可以不用考虑。 3） Minimum size control（最小尺寸控制）用来控制单元的最小尺寸： By fraction of global size：0.1→表示控制最小单元尺寸不小于最大单元尺 寸的 0.1 倍； By absolute value：XX→表示指定的最小单元尺寸。 Tip：一般使用第一项是合适的。 2.3.Seed Part（设置边上的种子）设置全局种子有时候不能完全满足网格划分的要求。因此在局部可能需 要使用 Edge Seed 方法重新设置种子。注意，这里重新设置的种子将覆 盖原有的边上设置的全局种子（Global seeds），试验也显示，当删除边 上的种子时，全局种子会自动恢复。 Tip：选择设置边上的种子时，可以在快捷选项卡 Selection 如下图选择 All（全部）、Edges（边）、Faces（面）、Cells（几何块体），用以方便 地选中需要使用 Edge Seed 技术设置边上种子的位置。2.4.Tips1） 参考《ABAQUS 有限元分析常见问题解答》9-13。网格划分提供了三 种主要的划分技术：结构化网格划分技术（Structured Meshing）、扫掠 网格划分技术（Swept Meshing）和自由网格划分技术（free meshing）。3 设置单元类型 Assign Element Type（关于积分单元的选取，引用 以下材料说明， 完全积分单元与减缩积分单元的区别和适用性。 ） 4.1.1 完全积分所谓“完全积分”是指当单元具有规则形状时，所用的 Gauss 积分点的数目足以 对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。对六面体和四边形单元而言，所谓“规则 形状”是指单元的边相交成直角，而任何的节点位于边的中点。线性单元如要完全积 分，则在每一方向需要两个积分点。因此，三维单元 C3D8 在单元中排列了 2 2 2 个积分点。而二次单元如要完全积分则在每一方向需要 3 个积分点。在完全积 分的二维四边形单元中积分点的位置如图 4-2 所示。 图4－2 完全积分时，二维四边形单元中的积分点如图 4－3 所示，我们采用了几种不同的有限元网格来对悬臂梁问题进行模拟。 模拟采用了线性或二次的完全积分单元， 并说明了单元阶数(一阶与二阶)和网格密度 对结果精度的影响。 表4－1 列出了不同网格情况下自由端位移与梁的理论解3.09mm 的比值。 用线性单元 CPS4 和 C3D8 所得的挠度值是如此之差以至于其结果是不可用的。 网格越粗，结果的精度越差，但即使网格划分得相当细(8 24)，得到的位移仍只 是理论值的 56%。注意到对线性完全积分单元而言，在厚度方向单元的剖分数并不 会造成什么差异。这是由剪力锁闭引起的，它是对所有完全积分的一阶实体单元都 存在的问题。图 4－3 悬臂梁模拟所采用的网格 表 4－1 完全积分单元的梁挠度比值正如我们已经看到的， 剪力锁闭使单元在弯曲时过于刚硬。 对之可作如下解释： 考虑一个受纯弯的结构中的一小块材料，材料将产生的弯曲如图 4－4 所示。开始 时平行于水平轴的直线按常曲率弯曲，而厚度方向的直线将保持为直线。水平线与 竖直线之间的夹角保持 900 。 因为线性单元的边不能弯曲，所以，如果用单个单元来模拟小块材料，则其变 形后的形状如图 4－5 所示。 为清楚起见，画出了通过积分点的虚线。很明显，上部直线的长度增加，这说 明1方向的应力 ，是拉伸的。类似地，下部直线的长度缩短，说明 是压缩的。 竖直直线的长度没有改变(假设位移很小)。因此，所有积分点上的 为零。所有这 些结论与受纯弯的小块材料所预计的应力状态是一致的。但是在每一个积分点，竖 直线与水平线之间夹角开始时是900 ，变形后改变了。这说明每一点的剪应力 不 为零。这是不正确的：纯弯时一小块材料中的剪应力应为零。图4－4 受弯曲材料的变形图4－5 受弯曲的完全积分线性单元的变形出现这个伪剪应力的原因是因为单元的边不能弯曲。它的存在意味着应变能导 致剪切变形， 而不是导致弯曲变形， 其结果导致总的挠度变小了： 即单元太刚硬了。 剪力锁闭只影响受弯曲载荷的完全积分线性单元，这些单元的功能在受纵向或剪切 荷载时并没有问题。而二次单元的边界可以弯曲(见图4－6)，故它没有剪力锁闭的 问题。对表4－1所示的二次单元，计算所得的自由端位移接近于理论解。但是，如 果二次单元扭曲或弯曲应力有梯度，则也可能出现某些锁闭现象，而这两种情况在 实际问题中是可能发生的。 只有在确认载荷将产生小弯曲时，才可采用完全积分的线性单元。而如果对载 荷产生的位移类型有怀疑，则应采用不同的单元类型。在复杂应力状态下，完全积 分的二次单元也可能发生锁闭。因此如果在模型中有此类单元，则应细心地检查计 算的结果。但是，对于局部应力集中问题，完全积分的线性单元是非常有用的。图4－6 受弯曲的完全积分二次单元的变形4.1.2 减缩积分只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分；而所有的楔形体、四面体和三角 形实体单元只能采用完全积分，即使它们与减缩积分的六面体或四边形单元用在同 一个网格中。 减缩积分单元比完全积分单元在每个方向少用一个积分点。减缩积分的线性单 元只在单元中心有一个积分点。（实际上，在ABAQUS中这些一阶单元采用了更精确 的均匀应变公式，对此单元计算了其应变分量的平均值。在这里的讨论中此种区别 是不重要的）。对减缩积分四边形单元，积分点的位置如图4－7所示： 图4－7 采用减缩积分的二维单元的积分点利用前叙的四类单元及图4－3所示的四种有限元网格，通过减缩积分来对悬臂 梁问题进行计算，其结果列于表4－2。表4－2 减缩积分单元的梁挠度比值线性的减缩积分单元由于存在着所谓沙漏 (hourglassing) 的数值问题而过于柔 软。再一次考虑用单个减缩单元模拟受纯弯载荷的小块材料（见图 4－8）。单元中 虚线的长度均没有改变，并且它们的夹角也没有改变，这意味着在单元单个积分点 上的所有应力分量都为零。由于单元变形没有产生应变能，所以这种弯曲的变形模 式是一个零能量模式。由于单元在此模式下没有刚度，所以不能抵抗此种形式的位 移。在粗网格中，这种零能量模式会通过网格扩展出去，从而产生无意义的结果， 这就是所谓的沙漏问题。图 4－8 受弯曲的减缩积分线性单元的位移可在 ABAQUS 中对减缩积分单元引入少量的人工“沙漏刚度”以限制沙漏模式的 扩展。当模型中有更多的单元时，这种刚度在限制沙漏模式方面是更有效的，这意 味着只要采用合理的细网格，线性减缩积分单元会给出可接受的结果。对许多应用 而言，采用细网格的线性减缩积分单元所产生的误差是在一个可接受的范围内的。 这个结果说明当用这类单元来模拟承受弯曲载荷的结构时，在厚度方向上至少应采 用四个单元。当在梁的厚度方向只有一个线性减缩积分单元时，所有的积分点都位 于中性轴上，从而该模型将不能抵抗弯曲载荷。(这种情况在表 4－2 中用*标出)。 因为线性减缩积分单元对变形的鲁棒性，因此可在变形很大的模拟中采用剖分 较细的此类单元。 二次减缩积分单元也有沙漏模式。然而在正常网格中这种模式几乎不可能扩展 出去，并且在网格足够细时基本上不会造成什么问题。由于沙漏问题 ,C3D20R 单元 的1 6 网格计算发散； 若在宽度方向上变为两个单元， 即 2×6 网格， 就不会发散， 但对于更细的网格，即便在宽度方向上只有一个单元也不会发散。即使在复杂应状 态下，二次减缩积分单元对锁闭并不敏感。因此一般来说，除了大应变的大位移问 题和一些接触分析问题外，这些单元是应力/位移模拟最佳选择。4.1.3 非协调单元非协调单元是克服完全积分的一阶单元的剪力锁闭问题的一种尝试。既然剪力 锁闭是由于单元的位移场不能模拟与弯曲相关的运动学而引起的，那么可以考虑把 增强单元变形梯度的附加自由度引入到一阶单元中去。对变形梯度的加强使一阶单 元在单元中的变形梯度呈线性变化，如图 4－9(a)所示。在标准单元列式中，变形梯 度在单元中是常量，见图 4－9(b)所示，故标准单元列式必然导致与剪力锁闭相关的 非零剪切应力。变形梯度的增强完全是在单元内部的，并且与边节点无关。与直接 增强位移场的非协调模式的单元列式不同，在 ABAQUS 中所采用的列式不会导致图 4－10 那样的两个单元交界处的重叠或裂隙，进而 ABAQUS 中的非协调单元列式很 容易拓广到非线性有限应变模拟以及某些难以采用增强位移场的场合。图 4－9 位移梯度的变化 (a) 非协调单元 （增强位移梯度） 和 (b) 采用标准构造的一阶单元图 4－10 利用增强位移场而不是增强位移梯度所导致的非协调单元的可能运动非协调 性。ABAQUS 对非协调单元采用了增强位移梯度形式在弯曲问题中，非协调元可得到与二次单元相当的结果，而计算费用却明显降 低。但非协调元对单元扭曲很敏感。图 4－11 表示用有意扭歪的非协调单元来模拟 悬臂梁：一种情况是“平行”扭歪，另一种是“交错”扭歪。 图 4－12 画出了悬臂梁模型的自由端位移相对于单元扭歪水平的曲线。图中比 较了三类平面应力单元：完全积分的线性单元、减缩积分的二次单元以及线性非协 调单元。象所预见的那样，完全积分的线性单元的结果较差。而减缩积分的二次单 元则给出了很好的结果，直到单元扭歪得很严重时其结果才会恶化。 当非协调单元是矩形时，即使在悬臂的厚度方向只有一个单元，也能给出与理 论值十分相近的结果。但是即使很小的交错扭歪也使单元过于刚硬。平行扭歪也降 低了单元的精度，但程度较小。图 4－11 非协调单元的扭歪网格图 4－12 平行和交错扭曲对非协调单元的影响非协调单元之所以有用，是因为如果应用得当，则在很低花费时仍可得到较高 的精度。但是必须注意保证单元扭歪是非常小的，然而当网格较复杂时这一点是很 难保证的；因此，对于具有这种几何形状的模型，应再次考虑应减缩积分的二次单 元，因为它们对网格扭歪并不敏感。4.1.4 杂交单元ABAQUS 中的每一种实体单元，包括所有的减缩积分单元和非协调单元，都还 有杂交单元列式。杂交单元名字前标有字母“H”。 对不可压缩材料 （泊松比＝0.5） 或非常接近于不可压缩的材料 （泊松比&0.495） 问题需采用杂交单元。橡胶就是具有不可压缩性质的材料的例子。不能用常规单元 来模拟不可压缩材料的响应（除了平面应力情况），这是因为在单元中的压应力是 不确定的。现在考虑均匀静水压力作用下的一个单元（图 4－13）。图 4－13 在静水压力下的单元 如果材料不可压缩，其体积在载荷作用下并不改变。因此压应力不能由节点位移计算， 对于具有不可压缩材料性质的单元， 一个纯位移列式是不适定的。 杂交单元包含一个可直接确定单元压应力的附加自由度。其节点位移只用来计算偏（剪）应变和偏应力。 在第 8 章将给出对橡胶材料的更详细的描述。七. 组装构件 Instance1 利用 merge 技术创建 Net 构件注意：merge 技术在创建 Part-Net 的时候，选择不删除重复的几何图形，如 图 Geom 选项， Intersecting Boundary 项， 建议选择 Retain， 而不是选择 Remove。 具体有什么问题，暂时还未讨论，此项应在建模完成后继续讨论。 Merge→Geom：表示合并的是几何体。 Original Instances→Suppress:表示合并后隐藏源实例 Instances。 Original Instances→Delete：表示合并后删除源实例 Instances。 Tip：这里建议选择 Suppress，这是因为在后期需要调整模型的时候，可以重 新使用源 Instances，创建新的 Net，但是删除也无妨，并不影响。 Geom→Remove：表示在合并后将重合的几何体删除，即调用摩尔运算。 Geom→Retain：表示合并但不删除重复部分几何体。 Tip：这里建议选择 Retain，但是否合适需要试算。2 创建试验模型模型包含：Part-Net，Part-Concrete，Part-Steel。 3 创建试验模型之间的约束关系详见“Interaction 相互关系→Constraint 约束（Instance 之间的约束）”。八. Interaction 相互关系→Constraint 约束（Instance 之间的约束）组装构件涉及到几何体（Geom）的组装和不同组装 Part 之间的界面关系， 本例中使用的是*embedded 型界面连接，以简化界面粘结滑移的影响。 创建了 Parts 的实例 Instances 以后，尽管在几何上的相对关系，但是其内部 单元和节点仍然是相互独立的，并没有产生对应的约束关系。为了能够模拟 Instances 之间的相互关系（Interaction）需要创建约束（Constraint）。本模型将 钢筋 Net 和型钢 Steel 的 Instances 采用*Embedded 技术绑定在一定， 以实现节点 的协调，模拟没有发生粘结滑移的型钢混凝土组合构件。 15.5 Understanding constraintsConstraints defined in the Interaction module define constraints on the analysis degrees of freedom, whereas constraints defined in the Assembly module define constraints only on the initial positions of instances. In the Interaction module you can constrain the degrees of freedom between regions of a model, and you can suppress and resume constraints to vary the analysis model. Currently, you can create the following types of constraints: Tie A tie constraint allows you to fuse together two regions even though the meshes created on the surfaces of the regions may be dissimilar. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining tie constraints,” Section 15.15.1, and “Using contact and constraint detection,” Section 15.16. For more information, see “Mesh tie constraints,” Section 34.3.1 of the Abaqus Analysis User's Manual. Rigid body A rigid body constraint allows you to constrain the motion of regions of the assembly to the motion of a reference point. The relative positions of the regions that are part of the rigid body remain constant throughout the analysis. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining rigid body constraints,” Section 15.15.2. For more information on reference points, see Chapter 72, “The Reference Point toolset.” For more information, see “Rigid body definition,” Section 2.4.1 of the Abaqus Analysis User's Manual. Display body A display body constraint allows you to select a part instance that will be used for display only. You do not have to mesh the part instance, and it is not incl however, when you view the results of the analysis, the Visualization module displays the selected part instance. You can constrain the part instance to be fixed in space, or you can constrain it to follow selected nodes. You can apply a display body constraint to an instance of an Abaqus native part or to an instance of an orphan mesh part. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining display body constraints,” Section 15.15.3. You can customize the appearance of display bodies in the V for more information, see “Customizing the appearance of display bodies,” Section 55.8. A display body constraint is especially useful for mechanism or multibody dynamic problems where rigid parts interact with each other via connectors. In such cases you can create a simple rigid part, such as a point part, and a display body that is more representative of the physical part. For an example of a model that includes a display body constraint combined with connectors, see Chapter 27, “Display bodies.” You can also use display bodies to model stationary objects that are not involved in the analysis but that help you to visualize the results. For more information, see “Display body definition,” Section 2.9.1 of the Abaqus Analysis User's Manual. Coupling A coupling constraint allows you to constrain the motion of a surface to the motion of a single point. For detailed instructions on creating this type of constraint, see“Defining coupling constraints,” Section 15.15.4. For more information, see “Coupling constraints,” Section 34.3.2 of the Abaqus Analysis User's Manual. Adjust points An adjust points constraint allows you to move a point or points onto a specified surface. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining adjust points constraints,” Section 15.15.5. For more information, see “Adjusting nodal coordinates,” Section 2.1.6 of the Abaqus Analysis User's Manual. This adjustment may be useful in assembled fasteners an see “About assembled fasteners,” Section 29.1.3, and “Creating assembled fasteners,” Section 29.5. MPC constraint An MPC constraint allows you to constrain the motion of the slave nodes of a region to the motion of a single point. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining MPC constraints,” Section 15.15.6. A multi-point constraint between two points is defined using connectors. For detailed instructions, seeChapter 24, “Connectors.” For more information, see “General multi-point constraints,” Section 34.2.2 of the Abaqus Analysis User's Manual. Shell-to-solid coupling A shell-to-solid coupling constraint allows you to couple the motion of a shell edge to the motion of an adjacent solid face. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining shell-to-solid coupling constraints,” Section 15.15.7. For more information, see “Shell-to-solid coupling,” Section 34.3.3 of the Abaqus Analysis User's Manual. Embedded region An embedded region constraint allows you to embed a region of the model within a “host” region of the model or within the whole model. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining embedded region constraints,” Section 15.15.8. For more information, see “Embedded elements,” Section 34.4.1 of the Abaqus Analysis User's Manual. Equation Equations are linear, multi-point equation constraints that allow you to describe linear constraints between individual degrees of freedom. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining equation constraints,” Section 15.15.9. For more information, see “Linear constraint equations,” Section 34.2.1 of the Abaqus Analysis User's Manual.1 创建相关的组 Sets （Set-Steel-Flange、 Set-Steel-Web、 Set-Net-Bar、 Set-Net-Stir、Set-Concrete） 2 钢筋单元与混凝土单元的接触 Constraint-Net-Concrete提示栏：Select the embedded region，在右下角选择 sets：Tip：可以选择 Highlight selections in viewport 高亮显示被选择的 set。 提示栏：Selection method for host region:Select Region/Whole Model。这里简 单的选择是选取 Whole Model。如果选取 Select Region，则既可以在图形界面选 择嵌入区域 （host region） 也可以通过 Sets 选项选择已经定义好的组 Set-Concrete。 选择 host region 后，会弹出编辑约束属性对话框如图 Edit Constraint： 3 型钢单元与混凝土单元接触 Element-Interaction-Steel-Concrete 九. Interaction 相互关系→Constraint 约束（与荷载施加有关的约 束）荷载如何直接施加在节点上，将会引起严重的应力集中，对分析带来困难， 因此一般荷载的施加是通过设置约束实现的。 即首先设置参考点 Reference Point， 将参考点与荷载施加的面之间设置约束（绑定 Tie、耦合 Coupling…..） 为了后续修改模型的方便， 并养成良好的建模习惯，这里建议将需要施加荷 载的面试用 Tools→Surface 定义一个面 Surf-X。1 施加轴向荷载参考点 RP-1 和面 Surf-Compression-Force 1.1. 创建参考点 RP-1在 Interaction 模块，选择菜单栏 Tools→Reference Points，选择参考点位置 或者输入参考点坐标，这里模型剪跨比为 1，输入参考点坐标（0,0,1500）（位 于参考面中心正上方一点）。1.2.为参考点 RP-1 创建几何 Set选择 Tools→Set→Manger→Creat， 弹出 Creat Set 对话框， 在 Name 后面输入 Set-RP-Compression-Force，然后 Done。1.3.创建面 Surf-Compression-Force选择 Tools→Surface→Creat，弹出 Creat Surface 对话框，在 Name 后面输入 Surf-Compression-Force，Type 选择 Geom，然后 Continue。选项提示符选择 individually，选择模型柱顶面，然后 Done。1.4.创建约束 Constraint-Compression-Force填 写在 Interaction 模 块 下 选 择 Creat Constraint ， Name Contraint-Compression-Force，Type 选择 Coupling，continue。 然后选择 Control point ，点选右下角 Sets ，弹出 Region Selection ，选择 Set-RP-Compression-Force，continue。选择约束区域类型 Contraint Region type， 选择 Surface， 点选右下角 Surfaces， 在弹出的对话框中选择 Surf-Compression-Force。 在 Edit Constraint 对话框中， Coupling type 选择 Kinematic， Constrained degrees of freedom 选项全选。然后 OK。Tips: 1） Kinematic coupling: 随 动 耦 合 ， 是 将 参 考 点 的 自 由 度 与 被 约 束 区 域 （Constraint region）的自由度完全耦合，被约束区域是刚性的，此区域 各节点之间不会发生相对位移，只会随控制点做刚体运动。由于实体单 元的节点没有转动自由度，因此，UR1、UR2、UR3 是否被选中对分析结 果都没有影响。→随动耦合能够保证参考点的荷载均匀施加在被约束的 面上，实现本分析的目标要求，因此此处选择 Kinematic Coupling； 2） distributing Coupling：与 Kinematic Coupling 的区别在于被约束区域不再 是刚性的，而是柔性的。ABAQUS 将控制点受到的力和力矩以某种方式 （Continuum distributing/Structural distributing）分布到被约束的区域上， 对被约束区域上各节点的运动进行加权平均，使此区域受到的合力和合 力矩与施加在参考点上的力和力矩等效。 3） Continuum distributing：这种分布方式，被约束区域只存在分布力，不存 在分布的力矩：The constraint distributes the forces and moments at the reference node as a coupling nodes force distribution only. No moments are distributed at the coupling nodes. 4） Structural distributing：这种分布方式，是将控制点的力和弯矩分别等效 分布在被约束区域。这种方法特别适合考虑壳单元弯曲的应用上。2 施加水平荷载的参考点 RP-2 和面 Surf-Push-Force 2.1. 创建施加水平荷载的参考点 Reference Point――RP-2参考 RP-1。2.2.为参考点 RP-2 创建组 Set-RP-Push-Force参考 RP-1。2.3.创建面 Surf-Push-Force参考 Surf-Compression-Force。2.4.创建约束 Constraint-Push-Force参考 Constraint-Compression-Force。 十. Load 荷载与边界条件1 边界条件 Boundary Condition 1.1. 创建 25 施加边界条件的 Set-Boundary-FaceType：Geom。选择模型底面，为选择方便，建议 Select Geom for the Set 中的 by angle 的方 式选择底面，如果使用 individually 方式，应使用 shift 键多选。 Tip:选择栏应选择 Faces。 1.2.施加边界约束条件 Boundary ConditionTip：边界条件作用于初始分析步中，即在 Step/Initial 中即被执行。后面会有 特别说明。 菜单栏 BC→Creat Boundary Condition Load 模块→Creat Boundary Condition边界条件作用在 Step→Initial，说明边界条件在开始分析时即已作用在模型上， 即预处理分析时即作用，在后续分析 Step 中被继承。 Category/类别：Mechanical 力学 Types for Selected Step：Displacement/Rotation（位移和转角） 提示栏：Select regions for Boundary Condition/选择边界条件作用区域：此时可 以从视图区选择，由于已经定义了 Surf-Boundary 的面，因此可以在右下角点击 Sets 按钮，弹出如下截面选择 Set-Boundary-Face，Continue： 将底面完全约束，OK！2 施加轴向压力 Axial-Foce根据构件的设计的计算轴压比，确定一个给定的轴压力值，注意，该值以 N 为单位输入，因为本系统选取的是 N-mm-t 单位制。 注意，如果是梁构件的分析，该轴向力可以设置为 0. 菜单栏 Load→（Manger→）Creat Load，显示如下界面： Tips： 1） 轴向力作用在 Step：Step-1 分析步；因为在施加水平力之前，轴向 力需要首先被施加给模型构件； 2） Category：Mechanical 力学类型荷载； 3） Types for Selected Step：Concentrated Force 集中力。 4） 集中力被施加在参考点 RP-1，由参考点 RP-1 均匀分布到模型构件的 顶面。以避免施加集中应力带来的应力集中问题，同时可以避免在顶面 施加一经过处理过的分布面力。 Continue→： 提示栏：Select Points for the Load，可以直接在视图区选择 RP-1，也可以通 过右下角 Sets 按钮，使用集合选择该点，如图：Continue→Edit Load： 这里构件截面轴心抗压强度标准值为 N，取用轴压比为 0.1，应填 入 4413000N，由于沿 Z 轴负方向，因此应填入-4413000N。如图： 3 施加水平力 Horizontal-ForceTips： 1） 水平力是对构件拟静力试验的主动力。在轴向荷载分析步施加完成 之后，施加于模型构件。因此其作用域为 Step-2（接 Step-1）； 2） 由于无法事先得知水平力的大小，因此应该使用位移加载的方法， 此时可以通过在 RP-2 点施加水平方向的位移实现该目标。 菜单栏 BC→(Manager→)Creat Boundary Condition： Load 模块→Creat Boundary Condition：Continue： 提示栏：Select regions for the Boundary Condition。 Tip：如果直接在视图中选择边界条件施加的位置，由于施加在参考点上， 因 此 需 要 在 选 择 框 中 选 择 Ref Points ： ，然后点选 RP-1。 同样也可以使用之前定义的参考点集合 Set-RP-Push-Force。 由于水平力作用方向沿 X 轴正向，因此应选择 U1 框填入施加的位移量。选 择位移施加到变形的 1/20，本例模型为 1000mm 高，因此填入 50mm。十一. Step 的设置问题 1 Initial step 初始分析步初始分析步的边界条件只能为零值，后续分析步（analysis step）中定义的边 界条件既可以是零值，也可以是非零值。 初始分析步是计算试件的初始约束状态的分析过程。 即不涉及外力作用的静 态（static）情况。但是重力荷载是否在初始分析步中考虑还没有解决？2 Analysis step 后续分析步如果边界条件定义在初始分析步中，则 INP 文件中的*BOUNDARY 数据块将 出现在第一个 *STEP 之前；如果边界条件定义在后续分析步中，则相应的 *BOUNDARY 数据块将出现在*STEP 和*END STEP 之间。 边界条件可以在 Initial step 中创建，也可以在 analysis step 中创建；但是荷 载只能在 analysis step 中创建。3 Time Period 设置问题在静态分析中，这个时间不是实际的时间，但是还是有作用的。您设置的初 始增量步时间/time period 等于您第一步分析的增量步大小。比如，您现在设置 的 time period=1，而 initial time=0.1，而您定义的平滑载荷是 10N 的话，您第一 步加载的载荷就是 1N。 而随后的分析中， 如果连续两次增量步都一次迭代完成， 增量时间就会增加 50%。所以如果您对分析的问题收敛性没把握时，可以调小 initial time 和 time period 之间的比值。 如果是和时间相关的蠕变分析、动力学分析，这个时间是实际时间。所以动 态分析中这个时间您需要视情况而定进行修改。4 创建分析步 4.1. 创建施加轴向荷载的分析步 Step-1 Continue： 除了 Incrementation 选项卡下的 Maximum number of increments:1 需要修改 以外，其他都可以保持默认。这里修改为 1，是表示将轴向荷载一次性施加给模 型。但是即使不修改也没关系。并不影响荷载的施加。因为 Increment size 的初 始值为 1 （Initial increment size=1， 意味着荷载初次尝试是一次性施加给模型的。 ） Other 选项卡是有关分析过程中使用的有限元计算方法的选项，一般情况下 可以保持默认，其内部信息量较大，涉及到非线性有限元的知识，需要另外仔细 研究。 4.2.创建施加水平荷载的分析步 Step-2 这里最大的分析步数量取为 1000，是因为基本上如果超过 1000 个分析步增 量，还没有能够达到最大位移，已经失去了意义。 这里的 Increment Size 中 Initial=0.1，Minimum=1X10-9，Maximum=0.1。5 需要讨论的问题增量步可以在 Step 中设置，但是迭代次数的限值如何确定？****************************************************abaqus 对于计算分解为了 step（分析步）-increment（增量步）-迭代步三部分 这其中最需要理解的就是增量步，比如增量步是如何对结果进行影响的，增量步设 置中的 innital min 和 max 三个属性值如何设置。 谈下自己对于增量步的理解， 增量步的增量是针对什么来的呢？很多人以为是 时间的增量，我感觉这样理解是不正确的，因为增量步针对的是荷载的增量 我们看这个公式 初始增量步中的荷载大小= 总的荷载大小×初始增量步时间/ 分析步总时间 所以 abaqus 在进行尤其是一些非线性问题的计算的时候， 将 step 拆分成很小的 增量步，就是通过还很小的荷载增量下，得到结果，然后再进行下一步的分析的。 我们看下，abaqus 在增量步中是如何计算的（取自 abaqus 有限元常见问题解 答） ? BA 首先根据用户指定的初始增量步大小进行迭代； ? 缺省状态下，若在某一增量步 16 次迭代中仍不收敛（或者出现发散），ABA 会放弃当前增量步，并将增量步大小减小为当前增量步大小的 0.25 倍，重新开始迭代 尝试； ? 若在减小后的增量步 16 次迭代中仍不收敛（或者出现发散），ABA 会继续放弃 当前的增量步，并将继续减小增量步的大小至当前增量步大小的 0.25 倍，重新开始迭 代尝试； ? ABA 总是利用比较小的载荷增量来尝试找到收敛解。 若此增量步仍不收敛， ABA 将再次减小增量步的大小； ? 以此类推，直至得到收敛解，或者达到 ABA 所允许的一个增量步中最多 5 次增 量步减小的限制，而终止分析； ? 如果连续 2 个增量步只需少于 5 次的迭代就获得收敛解，ABA 会自动地将增量 步的大小增大至当前增量步的 1.5 倍，继续进行下一个增量步的计算。 对于这个分析过程我们可以这样理解，比如对于初始增量步如果设置过下会增 加计算过程，但是过大会导致不收敛的问题这就是因为，如果过大， abaqus 折减了 5 次仍然没有收敛，所以 abaqus 就会停止运算。导致不收敛的问题。 这样最大增量步对于收敛性是没有要求的， 但是合理的设置也会有一些很好的 作用，比如我要看荷载变化下结构的变形，如果设置 time period 为 1 max increment 为 0.1，那么我们肯定可以看到至少 5 次的结果了。 **************************************************十二. 设置分析结构输出1 输出文件的类型ODB 文件――是一个二进制文件，是 ABAQUS/CAE 在后处理时显示的模型和 分析结果文件。CAE 输出可视化后处理图形读取的是 ODB 文件的数据。ODB 文 件主要包括：场变量输出 field OUTPUT、历史变量输出 History output 和诊断信息 diagnostic。 DAT 文件――是一种文本文件，一般可以使用记事本程序打开，但是当文件 比较大时，记事本无法显示全部数据，且读取速度较慢，一般采用 UltraEdit 文本 工具打开。DAT 文件的前半部分是 ABAQUS 对 INP 文件进行的预处理所生成的信 息，以及相关的错误信息和警告信息。将 INP 文件提交后，可在 DAT 文件中搜索 “error”，如果出现这样的错误信息，必须修改模型重新提交。DAT 文件的后半部 分显示的是用户所要求输出的分析结果。 Tip：DAT 文件是友好的后处理文件，在进行后处理的二次开发的时候，必 须依赖于该程序。该文件比较易于读懂，且能够输出所关心的几乎所有数据。当 然如果能够读懂 ODB 文件的二进制规则，使用 ODB 文件进行二次开发也是可以 的，但是事实上是比较难的。对一般的科学分析，没有必要。2 输出到 DAT 文件计算分析过程中变量的输出是一个关键问题，是结果分析的基础，因此应完 全满足规定的统一命名格式。 2.1.设置需要输出到 DAT 文件的 Element 组2.1.1 混凝土单元应力和应变的组 组命名应严格按照设定要求，否则后处理程序无法完成分析。 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER04 混凝土单元组设置规则： SET-CONC-LAYERxx：SET 组标识符；CONC 混凝土标识符；LAYERxx 混凝土所 在层。 2.1.2 钢筋单元应力和应变的组 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-2 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-3 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-4 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-5 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-2-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-2-2 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-2 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-3 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-4 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-5 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-2-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-2-2 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-MID-1-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-MID-1-2 钢筋的命名规则： SET-BAR-YA-2-2 SET-BAR-LA-1-2 SET-BAR-MID-1-1 其中： 1） SET 是组标识符 2） BAR 是纵向钢筋标识符 3） YA/LA/MID 是区分纵向钢筋受力位置的标识符号，其中 LA 表示受拉 区纵向钢筋标识，YA 表示受压区纵向钢筋标识；MID 表示拉亚中间的纵 向受力钢筋标识 4） 第一个数字表示层，1 表示第一层，2 表示第二层； 5） 第二个数字表示同一层的纵向钢筋编号。 2.1.3 箍筋单元应力和应变的组 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER05 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER06 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER07 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER08 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER09 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER10 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER11 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER12 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER13 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER14 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER15 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER16 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER17 箍筋的组命名规则： SET-STIR-LAYER15： 1) SET:是组标识符； 2) STIR：是箍筋标识符 3) LAYERxx 表示箍筋分层 2.1.4 型钢腹板单元应力和应变的组 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER05 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER06 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER07 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER08 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER09 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER10 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER11 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER05 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER06 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER07 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER08 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER09 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER10 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER11 型钢翼缘组命名规则： SET-FLANGE-COMP-LAYERxx； SET-FLANGE-TEN-LAYERxx； 1） SET：组标识符 2） FLANGE：翼缘标识符 3） COMP：受压标识符 4） TEN：受拉标识符 5） LAYERxx：分层标识符 2.1.5 型钢翼缘单元应力和应变的组 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER05 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER06 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER07 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER08 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER09 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER10 型钢腹板组命名规则： SET-WEB-LAYERxx； 1） SET：组标识符 2） WEB：腹板标识符 3） LAYERxx：分层标识符2.2.在 INP 文件中设置向 DAT 文件输出结果在 INP 文件的 Step 数据块中的*End Step 使用*NODE PRINT 关键词可以输出 节点分析结果信息到 DAT 文件，使用*EL PRINT 关键词可以输出单元分析结果信 息到 DAT 文件。（Tips：INP 文件应使用英文标点符号，除特别规定，且不允许 留有空行，空行会被默认读取为 Element0，然后报错） ** **节点信息输出： ** *NODE PRINT，NSET=节点集合 U1，U2，U3，UR1，UR2，UR3，RF1，RF2，RF3，RM1，RM2，RM3 ** **可以选择节点的部分计算结果输出，例如 U1，RF1 **TIPs：对不实体单元的节点，一般不能输出转动位移和弯矩 ** ** **单元信息输出 ** *EL PRINT，ELSET=单元集合 S11，S22，S33，S12，S23，S13，LE11，LE22，LE33，… ** **可以选取部分单元应力，应变，损伤等参数输出 **2.3.Important Notice：在 INP 中添加输出到 DAT 文件的方式2.3.1 直接在工作路径（WorkDirectory）下的 INP 文件中修改 这种修改后的 INP 并不能被 ABAQUS/CAE 去读，保存之后，并没有修改 CAE 中对输出文件的设置。因此，在 ABAQUS/CAE 的 Job 模块直接提交对 Model 的分 析作业，并不能顺利完成对 DAT 文件的输出。 这种情况下可以有三种方法完成上述工作： A. 在 ABAQUS/Command 中提交作业； 在 ABAQUS/Command 中使用如下命令： Abaqus job=job-name interactive Tip： a) Job-name 就是 Inp 文件名，且不需要加后缀，ABAQUS 会自动为该 INP 文件建立一个分析作业 Job； b) Interactive 不是一个必须的关键词，该关键词是控制将分析作业的运 行情况输出到 Command 的运行界面上； c) 使用 ABAQUS/Command 运行对 INP 文件的分析的时候，需要修改 Command 的运行起始位置，如下图： F ： \ABAQUS\111& ：以确保 Command 能够正确地找到数据文件 INP。设置起始位置路径的方法， 可以在：开始→所有程序→Abaqus 6.12-→Abaqus Command→属性， 将 INP 文件所在的位置路径，填充起始位置框，见图。 d) 一般需要保证分析结果与 INP 文件位于同一个文件夹，这时候需要修 改 ABAQUS/CAE 下的工作路径 Work Directory，因为 ABAQUS/Standard 分析程序是随着 ABAQUS/CAE 一起启动的。修改方法：File→Set Work Directory，将 New work Directory 与 INP 文件所在的文件夹对应。 应注意文件夹命名应采用英文。B. 在 ABAQUS/CAE 中设置 Job 作业，但是 Source 来源选择 Input file 而不是 Model； C. 使用 file→Import→Model， 在弹出的 Import Model 对话框中， 将 File Filter： 修改为 Abaqus Input File（*.inp,*.pes）。然后导入新的模型，这样新模 型将是 INP 文件内容在 CAE 中的可视化。仍需注意的是，使用该种方法 一般是在需要修改 INP 的模型文件的时候才采用，而且，很多情况下， 输出到 DAT 文件设置的关键词可能无法为 ABAQUS/CAE 正确读取。出错 的风险会大大增加。评价：一般而言，单个模型的修改分析建议采用第二种方法，批量提交作业 分析建议采用第一种方法，第三种方法一般很少采用。2.3.2 在 ABAQUS/CAE 环境下通过 Keywords 编辑器在 INP 文件中添加关键词 Model→Edit Keywords 打开 Keywords 编辑器，如图：利用 Add After 按钮在*end Step 中添加需要输出到 DAT 文件的关键词。通过 这种方法修改的 INP 文件能够自动添加到 INP 文件中，并且被 CAE 所储存。但是 利用这种方法修改的模型信息，并不在在 CAE 的 Model 下显示。 这时候可以通过 Job manager 直接提交作业。 3 输出到 ODB 文件 3.1. 场变量输出 Field Output3.1.1 场变量输出在 INP 文件中的设置 场变量输出在 INP 文件中的关键词：见黄底字（在分析步 2 中） ** ---------------------------------------------------------------** ** STEP: Step-2 ** *Step, name=Step-2, inc=800 *Static 1., 1., 1e-05, 1. ** ** BOUNDARY CONDITIONS→边界条件，施加位移控制的水平荷载 ** ** Name: BC-Horizontal-Force Type: Displacement/Rotation *Boundary Set-RP-Push-Force, 1, 1, 50. ** ** OUTPUT REQUESTS→输出要求 ** *Restart, write, frequency=0→frequency=0 不输出用于重启动分析的数据 ** ** FIELD OUTPUT: F-Output-1→场变量输出 ** *Output, field, variable=PRESELECT→输出默认的场变量，一般采用默认值 ** ** HISTORY OUTPUT: H-Output-2→历史变量输出 ** *Output, history *Node Output, nset=Set-RP-Push-Force RF1, U1 ** **上述加粗关键词用于输出非默认的历史变量 ** ** ** HISTORY OUTPUT: H-Output-1→历史变量输出 ** *Output, history, variable=PRESELECT→输出默认的历史变量，注意与上文区 别 ** **上文输出使用 Output 关键词，特指输出到 ODB 文件 ** ** **下文使用 PRINT 关键词，特指输出到 DAT 文件，注意区别 ** *NODE PRINT, NSET=Set-RP-Push-Force U1, RF1 ** **分析步结束 ** *End Step 3.1.2 场变量输出在 CAE 中的设置 1） 修改默认参数: 双击 F-Output-1→States（2）→Step-1：（因为 Step-1 中是初始创建的，而 Step-2 中是继承的 Propagated，事实上由于 Step-1 中基本上只有一个增量步，因 此在 Step-2 中修改也是可以的。）： 2） 添加场变量输出参数 可以通过新建场变量输出项目实现该目标。 双击 Model Tree 下的 Field Output Request，即可新建新的 F-Output-X 为标题名的场变量输出项目。Tips：新建的输 出项目名称可以按照方便记忆的原则修改。然后指定输出哪个分析步的场变量。指定分析步为 Step-1 时，Continue→指定输出项目后，OK。这时候，在 Model Tree→Field Output Request 下会显 示第二个场变量输出项目 F-Output-2.可以看到，虽然在 Step-1 中设置了场变量输出，在 Step-2 是自动继承的 （Propagated）。即在 ABAQUS 中其中一个 Step 中设置了变量输出，后续分析步 会自动继承变量输出设置。 如果不需要可以通过选中不需要输出场变量的分析步， 右击 Deactivate。注意二者的区别。3.2.历史变量输出 History Output3.2.1 历史变量输出在 INP 文件中的设置 历史变量输出在 INP 文件中的关键词：见绿底字（在分析步 2 中） ** ---------------------------------------------------------------** ** STEP: Step-2 ** *Step, name=Step-2, inc=800 *Static 1., 1., 1e-05, 1. ** ** BOUNDARY CONDITIONS→边界条件，施加位移控制的水平荷载 ** ** Name: BC-Horizontal-Force Type: Displacement/Rotation *Boundary Set-RP-Push-Force, 1, 1, 50. ** ** OUTPUT REQUESTS→输出要求 ** *Restart, write, frequency=0→frequency=0 不输出用于重启动分析的数据 ** ** FIELD OUTPUT: F-Output-1→场变量输出 ** *Output, field, variable=PRESELECT→输出默认的场变量，一般采用默认值 ** ** HISTORY OUTPUT: H-Output-2→历史变量输出 ** *Output, history *Node Output, nset=Set-RP-Push-Force RF1, U1 ** **上述加粗关键词用于输出非默认的历史变量 ** ** ** HISTORY OUTPUT: H-Output-1→历史变量输出 ** *Output, history, variable=PRESELECT→输出默认的历史变量，注意与上文区 别 ** **上文输出使用 Output 关键词，特指输出到 ODB 文件 ** ** **下文使用 PRINT 关键词，特指输出到 DAT 文件，注意区别 ** *NODE PRINT, NSET=Set-RP-Push-Force U1, RF1 ** **分析步结束 ** *End Step 3.2.2 历史变量输出在 CAE 中的设置 1） 修改默认参数 双击 H-Output-1→States（2）→Step-1：（因为 Step-1 中是初始创建的，而 Step-2 中是继承的 Propagated，事实上由于 Step-1 中基本上只有一个增量步，因 此在 Step-2 中修改也是可以的。）：2） 添加历史变量输出参数 可以通过新建历史变量输出项目实现该目标。双击 Model Tree 下的 History Output Request，即可新建新的 H-Output-X 为标题名的场变量输出项目。Tips：新 建的输出项目名称可以按照方便记忆的原则修改。 然后指定输出哪个分析步的场 变量。指定分析步为 Step-2（本例中需要输出的施加水平荷载的 Set-RP-Push-Fprce 的水平力和水平位移，因此，选择 Step-2 即可，因为在 Step-1 中不需要，Step-1 中还没有施加该水平荷载），Continue→ 指定输出项目后，OK。这时候，在 Model Tree→History Output Request 下会 显示第二个历史变量输出项目 H-Output-2.十三. 重启动设置1 重启动分析的应用1） 希望在已有的分析结果的基础上继续分析其他工况，（不同的载荷 和边界条件等）。例如可以首先只在模型中定义一部分荷载工况，快速 完成分析，检查确认分析结果正确后，再使用重启动分析完成其他载荷 工况的分析。 2） 分析过程异常终止，其原因包括无法收敛、达到分析步中允许的最 大增量步数、没有足够的硬盘空间和计算机断电等。在纠正异常终止的 错误后，可以使用重启动分析继续完成分析工作。2 重启动的步骤1） 首先在基础模型中设置重启动数据的输出请求 2） 创建重启动模型 3） 提交重启动的分析作业。 Tips：对于步骤一，必须是在基础模型分析之前设置，以保证基础模型在分 析过程中能够输出重启动所需的交互数据。3 设置基础模型的重启动数据的输出请求本项针对的对象是基础模型。3.1.INP 文件实现方法关键词：*RESTART，WRITE 常用的控制参数： 1） FREQUENCY：用于重启动数据的输出频率； 2） OVERLAY：用于只在分析步结束时刻输出重启动数据（即每个分析步 中将只有一组重启动数据），以减少数据存储空间； 3） NUMBER INTERVAL： 用于在一个分析步中以多少个均匀的时间间隔输 出重启动数据； 4） TIME MARKS 若值为 YES，则在 NUMBER INTERVAL 所指定的精确时刻 输出重启动数据；若为 NO，则在 NUMBER INTERVAL 指定时刻的增量步 结束时刻输出重启动数据。 例如：*RESTART，WRITE，FREQUENCY=2 表示每个两个增量步输出一次重启动数据，即在增量步 2、4、6、….和结束 时刻输出重启动数据。 例如：*RESATRT，WRITE，NUMBER INTERVAL=10 表示每隔 1/10 的时间间隔和结束时刻输出一次重启动数据。即，如果 Total Time=1，则在 0.1、0.2、0.3、……、结束时刻输出重启动数据。3.2.ABAQUS/CAE 实现方法在 STEP 模块，菜单栏 Output 下拉菜单中→Restart Request，如下图： 其中，Frequency、Intervals、Overlay、Time Marks 与 INP 文件中的控制参数 对应。 Tips： Frequency 参数和 Intervals 参数不能同时为非零值， 必须保证其中至少 一项为零，因为两者都是用来控制重启动数据的输出规则的。可以在 CAE 中参考上图进行设置。4 创建重启动 INP 文件和在 ABAQUS Command 中提交重启动作业 4.1. 关键词：*RESTART，READ，常用的控制参数： 1） STEP――控制从哪个分析步的结束为止读取重启动数据； 2） INC――控制从上述分析步的哪个增量不读取重启动数据。 例如： *RESEART，READ，STEP=1，INC=2 其含义是： 从基础模型的第一个分析步的第 2 个增量步结束位置读取重启动 数据。 如果*RESTART，READ 所指定的位置是基础模型中尚未完全结束的分析步， 在默认的情况下，ABAQUS 将首先尝试完成这个尚未结束的分析步。对于基础模 型中那些根本就没有开始的分析步，ABAQUS 不会去执行。如果希望执行这些还 没有开始的分析步，必须把它们添加到重启动文件的 INP 中。4.2.能够改变的重启动参数在重启动分析的 INP 文件中不允许改变节点、 单元、 材料和方向、 截面属性、 梁截面形状、接触特性以及约束等模型参数，只能改变幅值曲线、节点集合、单 元集合、载荷、边界条件和输出设置等数据。 如果没有改变，ABAQUS 将自动沿用基础模型的数据。 4.3.提交重启动分析作业在 ABAQUS Command 中输入如下命令： Abaqus job=newjob-name oldjob=oldjob-name5 在 ABAQUS/CAE 中创建重启动模型1） 打开基础模型的 ABAQUS/CAE 文件，单击 Model→Copy Model，将基 础模型复制为重启动模型； 2） 单击菜单 Model→Edit Attributes，选择重启动模型的名称，在如图所 示对话框中设置如下属性：在 Read data from job 后面输入基础模型分析结构的文件名（不包括 扩展名）； ii. 在 step name 后面输入读取重启动数据的基础模型的分析步名称。 如 果需要，可以选择 Restart from Increment/interval 设置读取重启动数 据的增量步编号。这些参数相当于*RESTART，READ 的控制参数 STEP 和 INC。 3） 在 Step 功能模块中，保持重启动分析开始前的分析步，修改或添加 重启动分析开始之后的分析步和结果输出。 在 Load 功能模块中修改或添 加重启动分析开始之后的载荷、边界条件、温度场和速度场等。在 Interaction 功能模块中修改接触情况。 4） 在 job 功能模块中创建分析作业，ABAQUS/CAE 会自动将分析类型设 置为 Restart，提交分析作业即可。 Tips：ABAQUS/CAE 会生成重启动分析的 INP，此 INP 文件只包含以下数 据： i. 重启动的分析步； ii. 重启动的分析步中的载荷、 边界条件、 场变量输出和历史变量输出； iii. 重启动分析步中用到的幅值曲线。 i. 十四. 提交分析作 Job1 ABAQUS/CAE 的模块如上图所示，CAE 共有三个模块：Model 模块（前处理模块，其中包含 Part Module、Property Module、Assembly Module、Step module、Interaction Module、 Load Module、Mesh Module、Optimization Module 共 8 个模块，其中 Optimization Module 是优化设计模块）、Analysis 模块（或者 Job Module 模块、分析模块）和 Results 模块（或者 Visualization Module 模块、后处理模块），这三个模块基本上 是相互独立的。2 创建分析作业 Job双击 Analysis→Job 或者在 Job Module 模块→Job Manager 或者 Job Module 模 块下在菜单栏 Job 菜单→Manager/Creat Job. 上图中 Job 的源（Source）可以来源于 Model 也可以来源于 Input File（一般 是 INP 文件）。这里选择 Model-1，Continue→建议按照默认设置， 也可以在能够读懂其中含义的前提下尝试修改默认设置。 Tip：如上图所示，在 Parallelization 中可以设置计算分析使用的线程数量和 使用 GPU 协助分析，对于大型模型，可以提高计算分析速度。 3 模型检查 （Data Check） 、 提交作业 （Submit） 和监控进程 （Monitor）一般模型首先进行 Data Check，当检查 Successful 以后，即可提交分析。如 果确认模型无误，也可以直接 Submit。 提交分析之后可以通过 Monitor 监控分析进程。 4 查看分析结果计算分析完成，即可查看分析结果。十五. ABAQUS/CAE、INP 文件、ABAQUS/Standard、 ABAQUS/Command 的关系1 文件解释ABAQUS/CAE――交互式输入输出环境，即 ABAQUS 前后处理模块 INP 文件―― 是一种文本文件，它包含对整个模型的完整描述，在前处理 （ABAQUS/CAE、 ABAQUS/Command） 与求解器 （ABAQUS/Standard、 ABAQUS/Explicit） 之间建立传递数据的桥梁。 ABAQUS/Standard――ABAQUS 隐式求解器，主要用作一般的静力作用分析， 另一个求解器 Explicit 是显示求解器，主要用作动力分析和接触问题的求解。 ABAQUS/Command――ABAQUS 在交互式界面之前开发的 DOS 环境下的操作 界面，尽管 CAE 环境下具有友好的界面工具，但是 Command 环境对批量模型的 专业分析具有天生的优势。 2 ABAQUS/Command 和 ABAQUS/CAEABAQUS 具有本质上具有两套计算分析操作环境： ABAQUS/Command ； ABAQUS/CAE。其中前者是 DOS 环境下的计算分析入口，后者是交互式计算分析 界面。显然后者是友好的交互式环境，前者不够直观，需要分析者具有较高的分 析研究能力。前者的好处是，对于批量分析，可以通过简单的命令实现批量分析 的目标。3 前处理与后处理的桥梁――INP 文件，Model 基础数据的核心两者均在 INP 数据文件的基础上进行计算和分析， 其中 CAE 可以从图形界面 生成标准的 INP 文件， 该 INP 文件既可以利用 CAE 环境下的 JOB 模块进行提交也 可以在 Command 窗口下利用命令行进行提交分析。但是两者的 INP 并不通用， 其中部分修改过的 INP 文件在 CAE 模块中会报错， 这是因为 CAE 并不原生支持 INP 文件中的某些关键词，但并不是绝对的。一般而言，随着软件的发展，这个问题 会逐渐解决。在 CAE 中建立的模型，提交分析或者点击 Write Input，如图，都在在工作路 径中自动写出 INP 文件，该 INP 文件可以利用 Model→Edit Keywords 编辑器进行 编辑，但是要记住，在 Keywords 编辑器中编辑的 INP 文件可以被 CAE 保存，但 CAE 中创建的 Model 中的被修改的属性并不会同时显示。 例如， 在利用 keywords 编辑器修改了 INP 中混凝土的材料属性：elastic→plastic，在提交分析的时候， ABAQUS/Standard 分析执行的是 INP 文件中的数据，但是在 CAE 里其模型树下， 通过查询仍然可以看到混凝土的材料属性仍为 elastic。上述说明，CAE 的图形界 面 和 Model Tree 是 一 个 前 处 理 界 面 ， INP 是 计 算 分 析 的 基 础 文 件 ， ABAQUS/Standard 处理器是在 INP 文件的基础上执行运算。这也是为什么在计算 分析的时候， CAE 仍然可以执行新的建模， 而且并不出现卡顿的现象。 同时， CAE 可以自动生成 INP 文件，如果需要反过来由 INP 文件生成 CAE 环境下的模型，只 有通过 File→Import→Model 的方式导入 INP 文件， 生成新的模型。 而原模型无法 通过更新 INP 文件实现自动更新。 4 注意 Work directory 工作路径问题，否则可能出现找不到分析结 构文件位置的问题：为保持输出文件与 CAE 文件在同一个文件夹，在新建分析模型的 CAE 的同 时，应该注意修改工作路径：应保持工作路径与 CAE 文件在同一个文件夹。十六. 草图 Skech1 草图中的约束See《ABAQUS 有限元分析――常见问题解答》12.6 草图的约束。 2 将 CAD 中模型导入 CAE 草图操作方法： 1） 在 CAD 中生成二维图形保存为 DXF 格式文件（*dxf）或三维图形保 存为 SAT 格式（*sat）； 2） 在 ABAQUS/CAE 中，单击菜单 File→Import→Sketch，在下图对话框 中选择上述保存的 DXF 文件或 SAT 文件； 3） 在 Sketch 功能模块中，可以在窗口右上角的 Sketch 下拉列表中选择 所导入的草图名称。3 修改草图精度和修改草图整体尺寸 3.1. 修改草图精度在 Sketch 功能模块绘制草图时，可以选择 Sketcher Options 按钮或者菜单 栏 Edit 菜单→Sketcher Options，打开 Sketcher Options 编辑框。在 Dimensions 选项卡下，修改 Decimal places（小数点后的数字位数）的值。 3.2.修改草图整体尺寸如上图，在 General 选项卡下，将 Grid 项目下的 Sheet size 后的 Auto 前的勾 去掉，然后就可以修改原来设置的但不够用的草图整体尺寸。十七. 需要关注的问题1 沙漏的控制原理和监测方法在设置单元类型一节已经讨论了单元类型的问题， 特别是减缩积分单元的沙 漏效应问题。 沙漏模式主要出现在 CPS4R、CAS4R、C3D8R 等线性积分单元的应力/位移场 分析中。 现行单元本身的积分点较少，减缩积分单元在每个方向上的积分点的数 目又减少一个， 因此在一个边上上单元网格较少的情况下，会出现没有刚度的零 能模式，即所谓的“沙漏模式”。当网格较粗的时候，这种零能模式会通过网格扩 展出去，使计算结果无意义，或者导致严重的网格畸变。1.1.如何检查是否出现零能模式呢1） 最简单的方法是查看单元变形，如果单元变成交替出现的梯形形状， 就可能出现了沙漏模式。 2） ABAQUS 中的伪应变能或“沙漏刚度”主要用来控制沙漏变形能量， 在 Visualization 功能模块下选择菜单 Result→History Output，可以绘制 ALLAE（artifical strain energy）与内能 ALLIE（internal energy）曲线。单击 窗口顶部工具 query information，可以查看。 当伪应变能 ALLAE 约占内能 ALLIE 的 1%时，表明沙漏模式对计算结果影 响不大；当伪应变能超过总内能的 10%，分析就是无效的。应采取措施 予以控制。 1.2.控制伪应变能的措施1） 细化网格， 使用线性减缩积分单元时， 一定要避免过于粗糙的网格， 如果结构会发生弯曲变形，则在厚度方向应至少划分 4 个单元； 2） 设置沙漏控制选项， ABAQUS 对线性减缩积分单元提供了多种沙漏控 制选项，通过引入少量的人工“沙漏刚度”来限制沙漏模式的扩展。当 网格足够细的时候，该方法可以获得足够精确的计算结果。 在 Mesh 功能模块中，选用线性积分单元时，可以在操作界面选择 以下沙漏刚度控制方式：Enhanced、Relax Stiffness、Stiffness、Viscous 和 Combined。 TIPS：选择沙漏控制选项时，要慎重。如果所设置的沙漏控制选项 数值大于默认值，可能导致沙漏刚度过大而出现数值不稳定。一般情况 下，使用系统默认的沙漏控制项即可。如果采用默认的沙漏控制选项仍 出现沙漏模式，往往是由于网格过于稀疏造成的，此时最好采用细化网 格的方法解决，而不要随便更改默认的沙漏控制项。 3） 选择其他单元类型，非协调单元不会出现沙漏模式问题，适用于 ABAQUS/Standard 的各种分析类型。只要在所关心的关键部位划分形状 规则的单元网格，就可以得到较高的分析精度。 在 ABAQUS/Standard 的分析中，二次减缩积分单元（ C3D27R 和 C3D27RH 除外）的沙漏模式在普通的网格密度下一般也不会向外传播， 如果网格足够细化，在通长情况下可以保证计算精度。但需要注意，在 大应变弹塑性问题和基础问题中不能使用二次减缩积分单元。 C3D27R 和 C3D27RH 单元的 27 个节点都存在时，会包含 3 个未约束 的沙漏模式，只有用边界条件对其施加足够的约束时才可以用。 4） 避免将载荷或边界条件只定义在一个节点上，将点荷载或者点上的 边界条件定义在一个包含该点的小区域上， 有利于避免沙漏模式的扩展。2 应特别注意量纲问题 2.1. 计算中出现的一个典型问题原 试 验 中 采 用 N-mm 量 纲 系 统 ， 但 是 在 混 凝 土 的 弹 性 模 量 里 输 入 了 E=345N/mm? （正确的量纲应该使用 E=34500N/mm?），导致在 Job Data Check 时 出现下列错误提示： The job input file &Job-1.inp& has been submitted for analysis. Error in job Job-1: DURING THE CONVERSION FROM CRUSHING TO PLASTIC STRAIN Abaqus FOUND NEGATIVE AND/OR DECREASING VALUES OF PLASTIC STRAIN. VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETE COMPRESSION DAMAGE IS CORRECT Error in job Job-1: DURING THE CONVERSION FROM CRUSHING TO PLASTIC STRAIN Abaqus FOUND NEGATIVE AND/OR DECREASING VALUES OF PLASTIC STRAIN. VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETE COMPRESSION DAMAGE IS CORRECT Error in job Job-1: DURING THE CONVERSION FROM CRACKING TO PLASTIC STRAIN Abaqus FOUND NEGATIVE AND/OR DECREASING VALUES OF PLASTIC STRAIN. VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETE TENSION DAMAGE IS CORRECT Error in job Job-1: DURING THE CONVERSION FROM CRACKING TO PLASTIC STRAIN Abaqus FOUND NEGATIVE AND/OR DECREASING VALUES OF PLASTIC STRAIN. VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETE TENSION DAMAGE IS CORRECT Job Job-1: Analysis Input File Processor aborted due to errors. Error in job Job-1: Analysis Input File Processor exited with an error. Job Job-1 aborted due to errors. 2.2.量纲系统3 Abaqus 错误与警告信息汇总模型不能算或不收敛，都需要去 monitor，msg 文件查看原因，如何分析这些信息呢？ 这个需要具体问题具体分析， 但是也存在一些共性。 这里只是尝试做一个一般性的大概的总 结。如果你看见此贴就认为你的 warning 以为迎刃而解了，那恐怕令你失望了。不收敛的问 题千奇万状，往往需要头疼医脚。接触、单元类型、边界条件、网格质量以及它们的组合能 产生许多千奇百怪的警告信息。 企图凭一个警告信息就知道问题所在， 那就只有神仙有这个 本事了。一个 warning 出现十次能有一回参考这个汇总而得到解决了，我们就颇为欣慰了。 类似于： Fixed time is too large Too many attamps have been made THE SOLUTION APPEARS TO BE DIVERGING. CONVERGENCE ISJUDGED UNLIKELY. Time increment required is less than the minimum specified 这样的信息几乎是无用信息 （除了告诉你的模型分析失败以外， 没有告诉你任何有用的 东西）。宜再查找别的信息来考察。根据经验，改小增量步也不一定能收敛，虽然也有人报 告过改好的先例，我是从来没有遇到过，也从来没有那个奢望。所以我一般从模型的设置入 手。 必须说明的是：Error 和 warning 的性质是完全不同的。Error 意味着运算失败，but 出现 warning 可能还能算，而且有些运算必定会出现 warning（比如接触分析必定出“负特 征值”，下有详述）。很多警告只是通知性质的，或者只是说明一下而已，不一定都是模型 有问题。比如以下 warning 完全可以忽略： xxxxx will （not） printed，这种只是通知你一声，某些玩意儿不输出了。还有： The parameter frequency cannot be used with the parameter field. It will be ignored （都 说某某被 ignored 了）. A 系列 如果模型能算，且结果合理，那么大部分警告信息可以不管。但是以下除外： 1 numerical sigularity(数值奇异)：刚体位移（欠约束） solver problem. numerical sigularity when processing node105 instance pile D.O.F. 1 ratio=1.735e13 Zero pivot（零主元）： 过约束或者欠约束。2这 2 个问题一般都意味着模型约束存在问题。1）、2）都会伴随着产生大量负特征值。 解决方案当然第一步是检查约束了。 B 系列 有一些直接导致计算 aborted，那就得仔细分析了，比如： 1 的) 2 missing property 在 perperty 步检查材料属性是不是都加上了。 如果有梁单元， 看看梁法向定义对 了没有。 3 Detected lock file Job-1.lck. Please confirm that no other applications are attempting to write to the output database associated with this job before removing the lock file and resubmitting. 删除.lck 文件就可以了， 它是一个自动生成的文件。 你也可以另存为 （另取名） ， 再运算。 4 The rigid part xx is missing a refernce point 刚体 （or 刚体约束） 都必须通过 stools--reference point 给它定义一个参考点 （RP） ， 载荷都加在这个 RP 上。 5 The area of 54 elements is zero, small, or negative. Check coordinates or node numbering, or modify the mesh seed. The elements 8 have been identified in element set ErrElemAreaSmallNegZero xxxxx is not a valid in ABAQUS/Standard(告诉你这种计算 standard 不支持了，换别 这个一般是节点编号不对的问题。必须是逆时针方向。 6 The value of 256 MB that has been specified for standard_memory is too small to run the analysis and must be increased. The minimum possible value for standard_memory is 470 MB 7 HM to ABA 的问题：集合和面的几何的名称最好不要用特殊符号和数值（特别 是从 hm 转过来），全部用英文字母是最安全的。 8 也遇到过) 2 ）模型有问题, 通常模型很大,很复杂(这个我没遇到过) Please make sure that the mesh density of the slave surface in the tie pair( mbly__pickedset37_cns_,assembly__pickedsurf36) is finer than the master surface. The analysis may run slowe}
ABAQUS建模规范化方法总结Modified
一. 命名规则学习建模过程， 可以使用示例中的命名规则，设计标准模型参见标准模型创 建方法二. 确定构件使用的坐标系构件坐标系是应该首先确定并记录的信息，以方便后续确定参考点坐标。 本例中坐标轴 Z 轴沿模型截面中心向上，X 轴为荷载施加方向，荷载沿 X 轴 正向施加。Y 轴与模型侧面垂直。如图所示。三. 材料定义1 混凝土材料的定义相关文献：http://127.0.0.1:/books/usi/default.htm http://127.0.0.1:/books/usb/default.htm?startat=pt05ch23s06abm39 .html#usb-mat-cconcretedamaged http://127.0.0.1:/books/usi/default.htm?startat=pt03ch12s09s02.ht ml http://127.0.0.1:2180/texis/search/?query=concrete+damage+plasticity&submit .x=48&submit.y=6&group=bk&CDB=v6.131.1.密度/DensityMass Density=2.5e-9 tone/mm?（=2500kg/m?）1.2.弹性/ElasticMachanical/Elasticity/Elastic 定义参数： 杨氏模量： Young’s Modulus=34500 N/mm?； 泊松比： Poisson’s Ratio=0.21.3.塑性/Concrete Damage PlasticityMechanical/Plasticity/Concrete Damage Plasticity Abaqus/CAE User’s Guide 12.9.2_Defining concrete damage plasticity ************************************************************** Dilation Angle Dilation angle, degrees. Eccentricity Flow potential eccentricity, . The eccentricity is a small positive number that defines the rate at which the hyperbolic flow potential approaches its asymptote. The default is . fb0/fc0 , the ratio of initial equibiaxial compressive yield stress to initial uniaxial compressive yield stress. The default value is K , the ratio of the second stress invariant on the tensile meridian, , to that on the compressive meridian, , at initial yield for any given value of the pressure invariant p such that the maximum principal stress is negative, satisfy the condition Viscosity Parameter Viscosity parameter, , used for the visco-plastic regularization of the concrete constitutive equations in . It must . , in the pCq plane. Enter the value in. The default value is Abaqus/Standard analyses. This parameter is ignored in Abaqus/Explicit. The default value is . (Units of .) Temp Temperature. Field n Predefined field variables. *************************************************************** 定义参数： 扩散角： Dilation Angle=38°； 偏心率： Eccentricity=0.1；（默认值） 双轴压缩屈服应力与单轴压缩屈服应力的比值： fb0/fc0=1.16；（默认值） 拉伸子午面与压缩子午线的第二应力不变量之比： K（Kc）=2/3; 粘度系数： Viscosity Parameter=默认的参数为 0.0s，选取值为 0.00001s 一般而言，粘性系数取值越小，分析越不容易收敛。这是经验问题。至 于是什么原因，这里还需要进一步的讨论。 1.3.1 受压本构参数/Compressive Behavior――C50 混凝土 Compression Harding（应变硬化）： 受压应变―非弹性应变/Compression Stress-Inelastic Strain compression hardening 22.68 0 32.4 0..8 0..72 0..4 0..43 0.0150306 Compression Damage 受压损伤因子―非弹性应变/Compression Damage factor-Inelastic Strain COMPRESSION DAMAGE 0 0 0.01 0.544 0.........009945 Tension Stiffening（应变强化）： 受拉应变―非弹性应变/Tension Stress-InelasticStrain tension stiffening 3.168 0 2.64 3.3..........124 0..... Tension Damage： 受拉损伤因子―非弹性应变的关系/Tension Damage Factor―Inelastic Strain tension damage 0 0 0.01 3.37E-05 0.184 0......0005372 钢筋材料的定义（HRB400） 2.1. 密度/DensityDensity=7.8e-9 tone/mm?；2.2.弹性/ElasticYoung’s Modulus=210000 Poisson’s Ratio = 0.28* // 这里的钢筋的泊松比 Poisson’s Ratio 选择 0.28 一个典型值，钢筋的 Poisson’s Ratio 一般取为 0.25~0.3 之间，这里取一个中间值。事实上，钢筋的泊 松比对有限元模拟并没有影响，这是因为，钢筋作为杆单元（T3D2）是不考虑横 向变形的， 属于单轴拉压的情况。 但是这里取得一个相对准确的值也是有必要的。2.3.塑性/PlasticityHRB400 钢筋采用三折线加强化的本构模型，单调加载采用各向同性强化准 则 Harding：Isotropic； Yield Stress Plastic Strain 400 0 400 0.01 540 0.075 //说明：这里假定屈服平台为 5 倍屈服应变的长度，0.01≈400/; 极限应力（540）对应的应变，按照《混凝土规范》规定的最大力下的总伸 长率限值 7.5%取用。超出该限值，则取为平直段。 这里采用的塑性本构，是否合适，应等待试验检验。 See→“如何理解抗震带 E 钢筋“最大力下总伸长率” 需要注意，这里有一个平直段，在平直段里，有可能会出现不收敛的情况， 因此应当慎重检验后使用。 另一个有待检验的本构是： Harding：Isotropic； Yield Stress Plastic Strain 400 0 540 0.075 极限应力（540）对应的应变，按照《混凝土规范》规定的最大力下的总伸 长率限值 7.5%取用。超出该限值，则取为平直段。 另外，如何设置本构的终止点，还有待研究。 从 《ABAQUS 有限元分析实例详解》 第六章弹塑性分析实例可以看出， ABAQUS 默认*PLASTIC 的塑性数据在超过最大应力时，材料变为理想塑性。同时该书还建 议，在设定关键词为*PLASTIC 的塑性数据时，应保证其中最大的真实应力和塑性 应变大于模型中可能出现的应力应变值。3 钢材材料的定义这里选择的是 Classical metal plasticity/经典金属塑性理论 强化准则：选择的是各项同性强化/isotropic harding model.是考虑到，单调 加载的情形，并不适合使用随动强化的本构关系。 3.1.密度/DensityDensity=7.8e-9 tone/mm?；3.2.弹性/ElasticYoung’s Modulus=206000 N/mm?；3.3.塑性/PlasticityYield Stress PlasticStrain 345 0 405 0.1 //这里采用三折线弹塑性加强化的本构模型。应检验其对有明显屈服台阶和 强化阶段的钢材是否合适。 强化准则： 一般金属的强化准则为随动强化/Kinematic 这里应该检验随动强化对计算效率的影响 检验随动强化和各项同性强化的差异。 这里假定钢材并不具有明显的屈服台阶。应该也是有问题的。 《抗震规范》 和 《组合结构规范》 均要求钢材应具有明显的屈服台阶。 因此， 三折线本构并不合适。 应查询资料进一步确定，Q345 钢材的屈服台阶问题。 一个可行的本构方案是： Yield Stress PlasticStrain 345 0 345 0.01 //这里实际上是取了 5 倍弹性极限变形的屈服台阶长度。 530 0.1由于《抗震规范》3.9.2 条第三款规定：钢材的屈服强度实测值与抗拉强度 实测值的比值不应小于 0.85。且钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于 20%。 345/85%=405.88,因此这里将抗拉强度取为 405。 《低合金高强度结构钢》GB/T 规定的 Q345 级钢材的抗拉强度， 远超过 405Mpa 的要求。其中表 6 规定的 Q345 级钢材的抗拉强度检验指标应为 470~630Mpa。因此，按照抗规的要求取得其抗拉强度的极限值显然是严重低估 了钢材的抗拉强度。这里选择 0.1 作为最大力下的伸长率，其对应的强化段刚度 取为 0.01E0。即 530=345+（0.1-0.01）*（.01）。取为 530 的极限强度 是合适的。 这里要求的伸长率应为拉断伸长率 20%， 并不能作为最大力对应的伸长率或 最大力对应的应变。这里取为 0.1 可能也并不合适。需要进一步地研究确定。最 好能够找到更多的文献依据为好。 钢材的强度与其厚度有关系。 按照《钢结构规范》给出的强度设计值，厚度越大，强度越小。 事实上，这主要跟金属晶粒的规则性有关。越薄的钢材，加工的越细，晶 粒排列的不规则性越小，钢材越厚，则相反。 但是这里并没有考虑钢材厚度对强度的影响，是考虑到这里的钢材仅为代 表性钢材，实际配钢可能并不是如此厚度的。因此，考虑到文件的简化，将钢 材的强度标准值取为 345，应该也是合适的。但是后期应该对这个问题进行进一 步的研究，考虑其对构件破坏类型的影响。 这里有必要提到王秋维博士的论文，该论文中将钢材和钢筋的本构均取为 带有 5 倍弹性极限应变的屈服台阶的四折线本构，遗憾的是，其并没有给出强 化段的刚度 E1。见下图。*************************************************四. 创建部件 PART1 建立型钢部件 SteelCreate Part→Steel Modeling Space：3D； Type：Deformable； Base Feature：Shell； Type：Extrusion/表示拉伸产生壳单元 2 建立钢筋部件 Bar 3 建立箍筋部件 Stir 4 创建混凝土部件 Concrete五. 赋予材料属性/Property1 基本步骤定义截面 Create Section→赋予构件截面 Assign Section。2 默认命名规则：Section_部件类型_材料类型_截面面积 （仅对 Truss） /截面厚度 （仅对 Shell） 上述最后一项， 如果对同种材料不同对象定义截面， 可以适当增加区分符号， 详见后续说明3 创建纵筋截面 Create section/ Truss→Bar （Section_Bar_HRB400_R28 直径 28mm 的纵向钢筋截面）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选 择 截 面 材 料 类 型 （ 即 选 择 材 料 本 构 Material ） 、 设 置 杆 截 面 横 截 面 积 （Cross-sectional area）4 创建箍筋截面 Create section/ Truss→Stir （Section_Stir_HRB400_R12 直径 12mm 的箍筋截面）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选 择 截 面 材 料 类 型 （ 即 选 择 材 料 本 构 Material ） 、 设 置 杆 截 面 横 截 面 积 （Cross-sectional area） 5 创建混凝土截面 Create Section/Solid→Concrete Plastic （Section_Concrete_C50, C50 混凝土材料截面→柱）6 创建混凝土截面 Create Section/Solid→Concrete Elastic （Section_Concrete_C50e, C50e→加载板和基座）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选择截面材料类型（即选择材料本构 Material） 7 创建型钢翼缘截面 Create Section/Shell 7.1. （Section_Steel _Q345_tf25→翼缘）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选择截面材料类型（即选择材料本构 Material）、壳元厚度（Thickness）、选择 厚度方向的积分准则（thickness intergration rule→高斯积分法/辛普森积分法）、 厚度方向积分点数目（Thickness integration point）和其他高级选项（Advanced）7.2.定义翼缘板选择 Assign Section→选择翼缘板（按 SHIFT 键，多选）→Done 注意上述 Thickness 选项，其中 Assignment： From section→表示壳单元截面厚度来自于截面定义； From Geom→表示壳单元截面厚度来源于几何体，即由几何厚度决定 显然，本例中由于壳单元的 Part 定义中，使用的是没有厚度的几何面，因 此，应该选 From section。8 创建型钢腹板截面 Create Section/Shell→（Section_Steel _Q345_tw25→腹板）（赋予截面同翼缘）创建截面包括截面定义（命名 Name）、选择截面类型（Category→Type）、 选择截面材料类型（即选择材料本构 Material）、壳元厚度（Thickness）、选择 厚度方向的积分准则（thickness intergration rule→高斯积分法/辛普森积分法）、 厚度方向积分点数目（Thickness integration point）和其他高级选项（Advanced） 9 赋予截面时候应该注意的问题A． 当对组合体实例 instance 赋予截面时，应首先对各部分分别赋予截 面后，再创建 instance，并且创建 dependent 的 instance。 B． 通过 instance→merge 得到的组合体 part， 应注意检查 section 是否被准 确赋予，有可能出现 section（not found）的情况。这时候要重新赋予截 面属性。 C．另外一种方法赋予截面是通过组（ set ）策略对已经创建的组合实例 instance 的 不 同 部 分 赋 予 不 同 的 属 性 。 六. Mesh 划分网格和设置单元类型1 网格划分的基本步骤网格划分首先是 Seed Part Instance （布置网格划分种子） ； 然后以这些 Seeds 为控制点，对网格进行自动划分；为划分好的单元设置单元类型，例如混凝土单 元类型为 C3D8R、钢筋单元为 T3D2 单元、型钢单元为 S4R 单元等。网格划分的 的具体步骤，详下列叙述。2 网格划分 2.1. Mesh Control→Element Shape（单元形状控制）和 Mesh Technique（网格划分技术）和 Algorithm（网格划分算法）主菜单 Mesh→Controls，在弹出的对话框中选择单元形状。 Tip：当不选择 Mesh Control 时，程序将自动识别网格控制技术。 1） Element Shap 平面问题： Quad→四边形单元； Quad-dominated→主要使用四边形单元，过渡区允许出现三角形单元； Tri→三角形单元。 空间问题： Hex→六面体 Hex-dominated→主要使用六面体，过渡区允许出现楔形单元； Tet→四面体； Wedge→楔形单元。 2） Mesh Technique 网格划分技术（见上二图） 网格划分技术分为： As Is→如果您选择的边缘，你以前接种使用约束相结合， ABAQUS / CAE 技术提供了一个 AS 选项，允许你保留所选边的约束； Free→自由网格技术。自由网格技术是最灵活的一种网格划分技术，几 乎可以用于任意的几何形状。采用自由网格的区域显示为粉红色 （Magenta）。自由网格技术采用 Tri 三角形单元或 Tet 四面体单元，一 般应选择带有内部节点的二次单元保证精度。 Structured→结构化网格技术。结构化网格技术使用预定义的网格划分方 法，将网格划分区域划分成简单的单元形状。采用 Structured 技术划分 网格的区域为绿色（Green）。 Sweep→扫掠网格技术。对二维区域，首先在边上生成网格，然后沿扫 掠路径拉伸，得到二维网格；对三维区域，首先在面上生成网格，然后 沿扫掠路径拉伸，得到三维网格。一般存在圆孔或曲面的区域，采用 Sweep 技术划分网格。 Bottom-Up→自下而上网格技术。该技术不同于上述 Structured、Sweep 和 Free 技术，该三种技术是完全适应几何形状的网格划分技术，划分的 单元将几何体完全填充，对于简单的几何体，该技术是有效的，但是对 于有复杂细节的几何体，该三种技术将无法得到理想的单元网格。而 Bottom-Up 技术将网格划分与几何体之间的约束释放，忽略部分细节的 影响，最后再建立几何联系。这种拓扑技术的网格划分结果对于复杂几 何体是相当有效的，但对于细节的处理的简化，将带来该位置的误差， 对于复杂几何体，当细节位置不是重点关注对象时，是能够接受的。 Bottom-Up 技术的操作使用方法，详《ABAQUS 有限元分析常见问题 解答》9-15 问题。 Tip： 当某个区域显示为橙色时，表明无法使用目前赋予它的网格划分 技术生成网格，模型比较复杂的时候，往往不能使用 Structured、Sweep 网格技术。这时可以首先把实体分割为几个简单的区域，然后再划分结 构化网格或扫掠网格。 在 Mesh 功能模块下：Tools→Partition，可以分割边、面或三维区域 （Cell）。 3） Algorithm 网格划分算法（仅介绍两种典型的网格划分算法） Medial axis→中性轴算法： 该算法首先将网格划分区域划分为简单的区域，然后对各个简单区 域使用结构化网格划分技术划分网格。 该算法的优点是更容易得到单元形状规则的网格，缺点是网格节点 更容易偏离种子。 Advancing front→进阶算法： 该算法首先在边界上生成四边形网格，然后再向区域内部扩展。 概算的优点是网格节点与种子位置严格匹配，更容易得到单元大小 均匀的网格，容易实现从粗网格到细网格的过渡，支持不精确模型和二 维模型的虚拟拓扑。 上述两种算法仅适用于 Quad 四边形单元和 Hex 六面体单元，同时 与所使用的网格划分技术有关，例如对于 Hex 六面体单元，仅在选择 Sweep 网格技术时，网格划分算法的选择才是有效的。 上述两种网格划分算法的优缺点与具体情况有关。主要目标是得到 单元大小均匀的网格划分结果。一般而言，当种子布置的较为密集的时 候，Advanced front 算法能够得到更为优良的网格；而当网格布置的较为 稀疏时，Medial axis 算法的网格划分结果更让人满意。 4） 网格划分工具2.2.Seed Part（使用全局种子）1） 如图在 Sizing Control→Approximate global size（近似全局尺寸）项给 定几何尺寸，这里取为 100 或 200； 2） Curvature control（曲率控制项）该项只有在具有小圆孔或者有大曲 率的区域才起作用，主要是用来控制沿圆孔周围的单元个数，以消除有 限元分析中奇异矩阵的影响。 Maximum deviation factor（最大偏差系数），一般按照默认取为 0.1； （Approximate number of element per circle：8）：表示每一个回路约为 8 个单元。 deviation factor→是用来控制单元边缘的 尺寸与原几何尺寸的偏离程度 的因子。 Tip：一般而言，如果没有上述圆孔或者大曲率边，该项可以不用考虑。 3） Minimum size control（最小尺寸控制）用来控制单元的最小尺寸： By fraction of global size：0.1→表示控制最小单元尺寸不小于最大单元尺 寸的 0.1 倍； By absolute value：XX→表示指定的最小单元尺寸。 Tip：一般使用第一项是合适的。 2.3.Seed Part（设置边上的种子）设置全局种子有时候不能完全满足网格划分的要求。因此在局部可能需 要使用 Edge Seed 方法重新设置种子。注意，这里重新设置的种子将覆 盖原有的边上设置的全局种子（Global seeds），试验也显示，当删除边 上的种子时，全局种子会自动恢复。 Tip：选择设置边上的种子时，可以在快捷选项卡 Selection 如下图选择 All（全部）、Edges（边）、Faces（面）、Cells（几何块体），用以方便 地选中需要使用 Edge Seed 技术设置边上种子的位置。2.4.Tips1） 参考《ABAQUS 有限元分析常见问题解答》9-13。网格划分提供了三 种主要的划分技术：结构化网格划分技术（Structured Meshing）、扫掠 网格划分技术（Swept Meshing）和自由网格划分技术（free meshing）。3 设置单元类型 Assign Element Type（关于积分单元的选取，引用 以下材料说明， 完全积分单元与减缩积分单元的区别和适用性。 ） 4.1.1 完全积分所谓“完全积分”是指当单元具有规则形状时，所用的 Gauss 积分点的数目足以 对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。对六面体和四边形单元而言，所谓“规则 形状”是指单元的边相交成直角，而任何的节点位于边的中点。线性单元如要完全积 分，则在每一方向需要两个积分点。因此，三维单元 C3D8 在单元中排列了 2 2 2 个积分点。而二次单元如要完全积分则在每一方向需要 3 个积分点。在完全积 分的二维四边形单元中积分点的位置如图 4-2 所示。 图4－2 完全积分时，二维四边形单元中的积分点如图 4－3 所示，我们采用了几种不同的有限元网格来对悬臂梁问题进行模拟。 模拟采用了线性或二次的完全积分单元， 并说明了单元阶数(一阶与二阶)和网格密度 对结果精度的影响。 表4－1 列出了不同网格情况下自由端位移与梁的理论解3.09mm 的比值。 用线性单元 CPS4 和 C3D8 所得的挠度值是如此之差以至于其结果是不可用的。 网格越粗，结果的精度越差，但即使网格划分得相当细(8 24)，得到的位移仍只 是理论值的 56%。注意到对线性完全积分单元而言，在厚度方向单元的剖分数并不 会造成什么差异。这是由剪力锁闭引起的，它是对所有完全积分的一阶实体单元都 存在的问题。图 4－3 悬臂梁模拟所采用的网格 表 4－1 完全积分单元的梁挠度比值正如我们已经看到的， 剪力锁闭使单元在弯曲时过于刚硬。 对之可作如下解释： 考虑一个受纯弯的结构中的一小块材料，材料将产生的弯曲如图 4－4 所示。开始 时平行于水平轴的直线按常曲率弯曲，而厚度方向的直线将保持为直线。水平线与 竖直线之间的夹角保持 900 。 因为线性单元的边不能弯曲，所以，如果用单个单元来模拟小块材料，则其变 形后的形状如图 4－5 所示。 为清楚起见，画出了通过积分点的虚线。很明显，上部直线的长度增加，这说 明1方向的应力 ，是拉伸的。类似地，下部直线的长度缩短，说明 是压缩的。 竖直直线的长度没有改变(假设位移很小)。因此，所有积分点上的 为零。所有这 些结论与受纯弯的小块材料所预计的应力状态是一致的。但是在每一个积分点，竖 直线与水平线之间夹角开始时是900 ，变形后改变了。这说明每一点的剪应力 不 为零。这是不正确的：纯弯时一小块材料中的剪应力应为零。图4－4 受弯曲材料的变形图4－5 受弯曲的完全积分线性单元的变形出现这个伪剪应力的原因是因为单元的边不能弯曲。它的存在意味着应变能导 致剪切变形， 而不是导致弯曲变形， 其结果导致总的挠度变小了： 即单元太刚硬了。 剪力锁闭只影响受弯曲载荷的完全积分线性单元，这些单元的功能在受纵向或剪切 荷载时并没有问题。而二次单元的边界可以弯曲(见图4－6)，故它没有剪力锁闭的 问题。对表4－1所示的二次单元，计算所得的自由端位移接近于理论解。但是，如 果二次单元扭曲或弯曲应力有梯度，则也可能出现某些锁闭现象，而这两种情况在 实际问题中是可能发生的。 只有在确认载荷将产生小弯曲时，才可采用完全积分的线性单元。而如果对载 荷产生的位移类型有怀疑，则应采用不同的单元类型。在复杂应力状态下，完全积 分的二次单元也可能发生锁闭。因此如果在模型中有此类单元，则应细心地检查计 算的结果。但是，对于局部应力集中问题，完全积分的线性单元是非常有用的。图4－6 受弯曲的完全积分二次单元的变形4.1.2 减缩积分只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分；而所有的楔形体、四面体和三角 形实体单元只能采用完全积分，即使它们与减缩积分的六面体或四边形单元用在同 一个网格中。 减缩积分单元比完全积分单元在每个方向少用一个积分点。减缩积分的线性单 元只在单元中心有一个积分点。（实际上，在ABAQUS中这些一阶单元采用了更精确 的均匀应变公式，对此单元计算了其应变分量的平均值。在这里的讨论中此种区别 是不重要的）。对减缩积分四边形单元，积分点的位置如图4－7所示： 图4－7 采用减缩积分的二维单元的积分点利用前叙的四类单元及图4－3所示的四种有限元网格，通过减缩积分来对悬臂 梁问题进行计算，其结果列于表4－2。表4－2 减缩积分单元的梁挠度比值线性的减缩积分单元由于存在着所谓沙漏 (hourglassing) 的数值问题而过于柔 软。再一次考虑用单个减缩单元模拟受纯弯载荷的小块材料（见图 4－8）。单元中 虚线的长度均没有改变，并且它们的夹角也没有改变，这意味着在单元单个积分点 上的所有应力分量都为零。由于单元变形没有产生应变能，所以这种弯曲的变形模 式是一个零能量模式。由于单元在此模式下没有刚度，所以不能抵抗此种形式的位 移。在粗网格中，这种零能量模式会通过网格扩展出去，从而产生无意义的结果， 这就是所谓的沙漏问题。图 4－8 受弯曲的减缩积分线性单元的位移可在 ABAQUS 中对减缩积分单元引入少量的人工“沙漏刚度”以限制沙漏模式的 扩展。当模型中有更多的单元时，这种刚度在限制沙漏模式方面是更有效的，这意 味着只要采用合理的细网格，线性减缩积分单元会给出可接受的结果。对许多应用 而言，采用细网格的线性减缩积分单元所产生的误差是在一个可接受的范围内的。 这个结果说明当用这类单元来模拟承受弯曲载荷的结构时，在厚度方向上至少应采 用四个单元。当在梁的厚度方向只有一个线性减缩积分单元时，所有的积分点都位 于中性轴上，从而该模型将不能抵抗弯曲载荷。(这种情况在表 4－2 中用*标出)。 因为线性减缩积分单元对变形的鲁棒性，因此可在变形很大的模拟中采用剖分 较细的此类单元。 二次减缩积分单元也有沙漏模式。然而在正常网格中这种模式几乎不可能扩展 出去，并且在网格足够细时基本上不会造成什么问题。由于沙漏问题 ,C3D20R 单元 的1 6 网格计算发散； 若在宽度方向上变为两个单元， 即 2×6 网格， 就不会发散， 但对于更细的网格，即便在宽度方向上只有一个单元也不会发散。即使在复杂应状 态下，二次减缩积分单元对锁闭并不敏感。因此一般来说，除了大应变的大位移问 题和一些接触分析问题外，这些单元是应力/位移模拟最佳选择。4.1.3 非协调单元非协调单元是克服完全积分的一阶单元的剪力锁闭问题的一种尝试。既然剪力 锁闭是由于单元的位移场不能模拟与弯曲相关的运动学而引起的，那么可以考虑把 增强单元变形梯度的附加自由度引入到一阶单元中去。对变形梯度的加强使一阶单 元在单元中的变形梯度呈线性变化，如图 4－9(a)所示。在标准单元列式中，变形梯 度在单元中是常量，见图 4－9(b)所示，故标准单元列式必然导致与剪力锁闭相关的 非零剪切应力。变形梯度的增强完全是在单元内部的，并且与边节点无关。与直接 增强位移场的非协调模式的单元列式不同，在 ABAQUS 中所采用的列式不会导致图 4－10 那样的两个单元交界处的重叠或裂隙，进而 ABAQUS 中的非协调单元列式很 容易拓广到非线性有限应变模拟以及某些难以采用增强位移场的场合。图 4－9 位移梯度的变化 (a) 非协调单元 （增强位移梯度） 和 (b) 采用标准构造的一阶单元图 4－10 利用增强位移场而不是增强位移梯度所导致的非协调单元的可能运动非协调 性。ABAQUS 对非协调单元采用了增强位移梯度形式在弯曲问题中，非协调元可得到与二次单元相当的结果，而计算费用却明显降 低。但非协调元对单元扭曲很敏感。图 4－11 表示用有意扭歪的非协调单元来模拟 悬臂梁：一种情况是“平行”扭歪，另一种是“交错”扭歪。 图 4－12 画出了悬臂梁模型的自由端位移相对于单元扭歪水平的曲线。图中比 较了三类平面应力单元：完全积分的线性单元、减缩积分的二次单元以及线性非协 调单元。象所预见的那样，完全积分的线性单元的结果较差。而减缩积分的二次单 元则给出了很好的结果，直到单元扭歪得很严重时其结果才会恶化。 当非协调单元是矩形时，即使在悬臂的厚度方向只有一个单元，也能给出与理 论值十分相近的结果。但是即使很小的交错扭歪也使单元过于刚硬。平行扭歪也降 低了单元的精度，但程度较小。图 4－11 非协调单元的扭歪网格图 4－12 平行和交错扭曲对非协调单元的影响非协调单元之所以有用，是因为如果应用得当，则在很低花费时仍可得到较高 的精度。但是必须注意保证单元扭歪是非常小的，然而当网格较复杂时这一点是很 难保证的；因此，对于具有这种几何形状的模型，应再次考虑应减缩积分的二次单 元，因为它们对网格扭歪并不敏感。4.1.4 杂交单元ABAQUS 中的每一种实体单元，包括所有的减缩积分单元和非协调单元，都还 有杂交单元列式。杂交单元名字前标有字母“H”。 对不可压缩材料 （泊松比＝0.5） 或非常接近于不可压缩的材料 （泊松比&0.495） 问题需采用杂交单元。橡胶就是具有不可压缩性质的材料的例子。不能用常规单元 来模拟不可压缩材料的响应（除了平面应力情况），这是因为在单元中的压应力是 不确定的。现在考虑均匀静水压力作用下的一个单元（图 4－13）。图 4－13 在静水压力下的单元 如果材料不可压缩，其体积在载荷作用下并不改变。因此压应力不能由节点位移计算， 对于具有不可压缩材料性质的单元， 一个纯位移列式是不适定的。 杂交单元包含一个可直接确定单元压应力的附加自由度。其节点位移只用来计算偏（剪）应变和偏应力。 在第 8 章将给出对橡胶材料的更详细的描述。七. 组装构件 Instance1 利用 merge 技术创建 Net 构件注意：merge 技术在创建 Part-Net 的时候，选择不删除重复的几何图形，如 图 Geom 选项， Intersecting Boundary 项， 建议选择 Retain， 而不是选择 Remove。 具体有什么问题，暂时还未讨论，此项应在建模完成后继续讨论。 Merge→Geom：表示合并的是几何体。 Original Instances→Suppress:表示合并后隐藏源实例 Instances。 Original Instances→Delete：表示合并后删除源实例 Instances。 Tip：这里建议选择 Suppress，这是因为在后期需要调整模型的时候，可以重 新使用源 Instances，创建新的 Net，但是删除也无妨，并不影响。 Geom→Remove：表示在合并后将重合的几何体删除，即调用摩尔运算。 Geom→Retain：表示合并但不删除重复部分几何体。 Tip：这里建议选择 Retain，但是否合适需要试算。2 创建试验模型模型包含：Part-Net，Part-Concrete，Part-Steel。 3 创建试验模型之间的约束关系详见“Interaction 相互关系→Constraint 约束（Instance 之间的约束）”。八. Interaction 相互关系→Constraint 约束（Instance 之间的约束）组装构件涉及到几何体（Geom）的组装和不同组装 Part 之间的界面关系， 本例中使用的是*embedded 型界面连接，以简化界面粘结滑移的影响。 创建了 Parts 的实例 Instances 以后，尽管在几何上的相对关系，但是其内部 单元和节点仍然是相互独立的，并没有产生对应的约束关系。为了能够模拟 Instances 之间的相互关系（Interaction）需要创建约束（Constraint）。本模型将 钢筋 Net 和型钢 Steel 的 Instances 采用*Embedded 技术绑定在一定， 以实现节点 的协调，模拟没有发生粘结滑移的型钢混凝土组合构件。 15.5 Understanding constraintsConstraints defined in the Interaction module define constraints on the analysis degrees of freedom, whereas constraints defined in the Assembly module define constraints only on the initial positions of instances. In the Interaction module you can constrain the degrees of freedom between regions of a model, and you can suppress and resume constraints to vary the analysis model. Currently, you can create the following types of constraints: Tie A tie constraint allows you to fuse together two regions even though the meshes created on the surfaces of the regions may be dissimilar. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining tie constraints,” Section 15.15.1, and “Using contact and constraint detection,” Section 15.16. For more information, see “Mesh tie constraints,” Section 34.3.1 of the Abaqus Analysis User's Manual. Rigid body A rigid body constraint allows you to constrain the motion of regions of the assembly to the motion of a reference point. The relative positions of the regions that are part of the rigid body remain constant throughout the analysis. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining rigid body constraints,” Section 15.15.2. For more information on reference points, see Chapter 72, “The Reference Point toolset.” For more information, see “Rigid body definition,” Section 2.4.1 of the Abaqus Analysis User's Manual. Display body A display body constraint allows you to select a part instance that will be used for display only. You do not have to mesh the part instance, and it is not incl however, when you view the results of the analysis, the Visualization module displays the selected part instance. You can constrain the part instance to be fixed in space, or you can constrain it to follow selected nodes. You can apply a display body constraint to an instance of an Abaqus native part or to an instance of an orphan mesh part. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining display body constraints,” Section 15.15.3. You can customize the appearance of display bodies in the V for more information, see “Customizing the appearance of display bodies,” Section 55.8. A display body constraint is especially useful for mechanism or multibody dynamic problems where rigid parts interact with each other via connectors. In such cases you can create a simple rigid part, such as a point part, and a display body that is more representative of the physical part. For an example of a model that includes a display body constraint combined with connectors, see Chapter 27, “Display bodies.” You can also use display bodies to model stationary objects that are not involved in the analysis but that help you to visualize the results. For more information, see “Display body definition,” Section 2.9.1 of the Abaqus Analysis User's Manual. Coupling A coupling constraint allows you to constrain the motion of a surface to the motion of a single point. For detailed instructions on creating this type of constraint, see“Defining coupling constraints,” Section 15.15.4. For more information, see “Coupling constraints,” Section 34.3.2 of the Abaqus Analysis User's Manual. Adjust points An adjust points constraint allows you to move a point or points onto a specified surface. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining adjust points constraints,” Section 15.15.5. For more information, see “Adjusting nodal coordinates,” Section 2.1.6 of the Abaqus Analysis User's Manual. This adjustment may be useful in assembled fasteners an see “About assembled fasteners,” Section 29.1.3, and “Creating assembled fasteners,” Section 29.5. MPC constraint An MPC constraint allows you to constrain the motion of the slave nodes of a region to the motion of a single point. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining MPC constraints,” Section 15.15.6. A multi-point constraint between two points is defined using connectors. For detailed instructions, seeChapter 24, “Connectors.” For more information, see “General multi-point constraints,” Section 34.2.2 of the Abaqus Analysis User's Manual. Shell-to-solid coupling A shell-to-solid coupling constraint allows you to couple the motion of a shell edge to the motion of an adjacent solid face. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining shell-to-solid coupling constraints,” Section 15.15.7. For more information, see “Shell-to-solid coupling,” Section 34.3.3 of the Abaqus Analysis User's Manual. Embedded region An embedded region constraint allows you to embed a region of the model within a “host” region of the model or within the whole model. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining embedded region constraints,” Section 15.15.8. For more information, see “Embedded elements,” Section 34.4.1 of the Abaqus Analysis User's Manual. Equation Equations are linear, multi-point equation constraints that allow you to describe linear constraints between individual degrees of freedom. For detailed instructions on creating this type of constraint, see “Defining equation constraints,” Section 15.15.9. For more information, see “Linear constraint equations,” Section 34.2.1 of the Abaqus Analysis User's Manual.1 创建相关的组 Sets （Set-Steel-Flange、 Set-Steel-Web、 Set-Net-Bar、 Set-Net-Stir、Set-Concrete） 2 钢筋单元与混凝土单元的接触 Constraint-Net-Concrete提示栏：Select the embedded region，在右下角选择 sets：Tip：可以选择 Highlight selections in viewport 高亮显示被选择的 set。 提示栏：Selection method for host region:Select Region/Whole Model。这里简 单的选择是选取 Whole Model。如果选取 Select Region，则既可以在图形界面选 择嵌入区域 （host region） 也可以通过 Sets 选项选择已经定义好的组 Set-Concrete。 选择 host region 后，会弹出编辑约束属性对话框如图 Edit Constraint： 3 型钢单元与混凝土单元接触 Element-Interaction-Steel-Concrete 九. Interaction 相互关系→Constraint 约束（与荷载施加有关的约 束）荷载如何直接施加在节点上，将会引起严重的应力集中，对分析带来困难， 因此一般荷载的施加是通过设置约束实现的。 即首先设置参考点 Reference Point， 将参考点与荷载施加的面之间设置约束（绑定 Tie、耦合 Coupling…..） 为了后续修改模型的方便， 并养成良好的建模习惯，这里建议将需要施加荷 载的面试用 Tools→Surface 定义一个面 Surf-X。1 施加轴向荷载参考点 RP-1 和面 Surf-Compression-Force 1.1. 创建参考点 RP-1在 Interaction 模块，选择菜单栏 Tools→Reference Points，选择参考点位置 或者输入参考点坐标，这里模型剪跨比为 1，输入参考点坐标（0,0,1500）（位 于参考面中心正上方一点）。1.2.为参考点 RP-1 创建几何 Set选择 Tools→Set→Manger→Creat， 弹出 Creat Set 对话框， 在 Name 后面输入 Set-RP-Compression-Force，然后 Done。1.3.创建面 Surf-Compression-Force选择 Tools→Surface→Creat，弹出 Creat Surface 对话框，在 Name 后面输入 Surf-Compression-Force，Type 选择 Geom，然后 Continue。选项提示符选择 individually，选择模型柱顶面，然后 Done。1.4.创建约束 Constraint-Compression-Force填 写在 Interaction 模 块 下 选 择 Creat Constraint ， Name Contraint-Compression-Force，Type 选择 Coupling，continue。 然后选择 Control point ，点选右下角 Sets ，弹出 Region Selection ，选择 Set-RP-Compression-Force，continue。选择约束区域类型 Contraint Region type， 选择 Surface， 点选右下角 Surfaces， 在弹出的对话框中选择 Surf-Compression-Force。 在 Edit Constraint 对话框中， Coupling type 选择 Kinematic， Constrained degrees of freedom 选项全选。然后 OK。Tips: 1） Kinematic coupling: 随 动 耦 合 ， 是 将 参 考 点 的 自 由 度 与 被 约 束 区 域 （Constraint region）的自由度完全耦合，被约束区域是刚性的，此区域 各节点之间不会发生相对位移，只会随控制点做刚体运动。由于实体单 元的节点没有转动自由度，因此，UR1、UR2、UR3 是否被选中对分析结 果都没有影响。→随动耦合能够保证参考点的荷载均匀施加在被约束的 面上，实现本分析的目标要求，因此此处选择 Kinematic Coupling； 2） distributing Coupling：与 Kinematic Coupling 的区别在于被约束区域不再 是刚性的，而是柔性的。ABAQUS 将控制点受到的力和力矩以某种方式 （Continuum distributing/Structural distributing）分布到被约束的区域上， 对被约束区域上各节点的运动进行加权平均，使此区域受到的合力和合 力矩与施加在参考点上的力和力矩等效。 3） Continuum distributing：这种分布方式，被约束区域只存在分布力，不存 在分布的力矩：The constraint distributes the forces and moments at the reference node as a coupling nodes force distribution only. No moments are distributed at the coupling nodes. 4） Structural distributing：这种分布方式，是将控制点的力和弯矩分别等效 分布在被约束区域。这种方法特别适合考虑壳单元弯曲的应用上。2 施加水平荷载的参考点 RP-2 和面 Surf-Push-Force 2.1. 创建施加水平荷载的参考点 Reference Point――RP-2参考 RP-1。2.2.为参考点 RP-2 创建组 Set-RP-Push-Force参考 RP-1。2.3.创建面 Surf-Push-Force参考 Surf-Compression-Force。2.4.创建约束 Constraint-Push-Force参考 Constraint-Compression-Force。 十. Load 荷载与边界条件1 边界条件 Boundary Condition 1.1. 创建 25 施加边界条件的 Set-Boundary-FaceType：Geom。选择模型底面，为选择方便，建议 Select Geom for the Set 中的 by angle 的方 式选择底面，如果使用 individually 方式，应使用 shift 键多选。 Tip:选择栏应选择 Faces。 1.2.施加边界约束条件 Boundary ConditionTip：边界条件作用于初始分析步中，即在 Step/Initial 中即被执行。后面会有 特别说明。 菜单栏 BC→Creat Boundary Condition Load 模块→Creat Boundary Condition边界条件作用在 Step→Initial，说明边界条件在开始分析时即已作用在模型上， 即预处理分析时即作用，在后续分析 Step 中被继承。 Category/类别：Mechanical 力学 Types for Selected Step：Displacement/Rotation（位移和转角） 提示栏：Select regions for Boundary Condition/选择边界条件作用区域：此时可 以从视图区选择，由于已经定义了 Surf-Boundary 的面，因此可以在右下角点击 Sets 按钮，弹出如下截面选择 Set-Boundary-Face，Continue： 将底面完全约束，OK！2 施加轴向压力 Axial-Foce根据构件的设计的计算轴压比，确定一个给定的轴压力值，注意，该值以 N 为单位输入，因为本系统选取的是 N-mm-t 单位制。 注意，如果是梁构件的分析，该轴向力可以设置为 0. 菜单栏 Load→（Manger→）Creat Load，显示如下界面： Tips： 1） 轴向力作用在 Step：Step-1 分析步；因为在施加水平力之前，轴向 力需要首先被施加给模型构件； 2） Category：Mechanical 力学类型荷载； 3） Types for Selected Step：Concentrated Force 集中力。 4） 集中力被施加在参考点 RP-1，由参考点 RP-1 均匀分布到模型构件的 顶面。以避免施加集中应力带来的应力集中问题，同时可以避免在顶面 施加一经过处理过的分布面力。 Continue→： 提示栏：Select Points for the Load，可以直接在视图区选择 RP-1，也可以通 过右下角 Sets 按钮，使用集合选择该点，如图：Continue→Edit Load： 这里构件截面轴心抗压强度标准值为 N，取用轴压比为 0.1，应填 入 4413000N，由于沿 Z 轴负方向，因此应填入-4413000N。如图： 3 施加水平力 Horizontal-ForceTips： 1） 水平力是对构件拟静力试验的主动力。在轴向荷载分析步施加完成 之后，施加于模型构件。因此其作用域为 Step-2（接 Step-1）； 2） 由于无法事先得知水平力的大小，因此应该使用位移加载的方法， 此时可以通过在 RP-2 点施加水平方向的位移实现该目标。 菜单栏 BC→(Manager→)Creat Boundary Condition： Load 模块→Creat Boundary Condition：Continue： 提示栏：Select regions for the Boundary Condition。 Tip：如果直接在视图中选择边界条件施加的位置，由于施加在参考点上， 因 此 需 要 在 选 择 框 中 选 择 Ref Points ： ，然后点选 RP-1。 同样也可以使用之前定义的参考点集合 Set-RP-Push-Force。 由于水平力作用方向沿 X 轴正向，因此应选择 U1 框填入施加的位移量。选 择位移施加到变形的 1/20，本例模型为 1000mm 高，因此填入 50mm。十一. Step 的设置问题 1 Initial step 初始分析步初始分析步的边界条件只能为零值，后续分析步（analysis step）中定义的边 界条件既可以是零值，也可以是非零值。 初始分析步是计算试件的初始约束状态的分析过程。 即不涉及外力作用的静 态（static）情况。但是重力荷载是否在初始分析步中考虑还没有解决？2 Analysis step 后续分析步如果边界条件定义在初始分析步中，则 INP 文件中的*BOUNDARY 数据块将 出现在第一个 *STEP 之前；如果边界条件定义在后续分析步中，则相应的 *BOUNDARY 数据块将出现在*STEP 和*END STEP 之间。 边界条件可以在 Initial step 中创建，也可以在 analysis step 中创建；但是荷 载只能在 analysis step 中创建。3 Time Period 设置问题在静态分析中，这个时间不是实际的时间，但是还是有作用的。您设置的初 始增量步时间/time period 等于您第一步分析的增量步大小。比如，您现在设置 的 time period=1，而 initial time=0.1，而您定义的平滑载荷是 10N 的话，您第一 步加载的载荷就是 1N。 而随后的分析中， 如果连续两次增量步都一次迭代完成， 增量时间就会增加 50%。所以如果您对分析的问题收敛性没把握时，可以调小 initial time 和 time period 之间的比值。 如果是和时间相关的蠕变分析、动力学分析，这个时间是实际时间。所以动 态分析中这个时间您需要视情况而定进行修改。4 创建分析步 4.1. 创建施加轴向荷载的分析步 Step-1 Continue： 除了 Incrementation 选项卡下的 Maximum number of increments:1 需要修改 以外，其他都可以保持默认。这里修改为 1，是表示将轴向荷载一次性施加给模 型。但是即使不修改也没关系。并不影响荷载的施加。因为 Increment size 的初 始值为 1 （Initial increment size=1， 意味着荷载初次尝试是一次性施加给模型的。 ） Other 选项卡是有关分析过程中使用的有限元计算方法的选项，一般情况下 可以保持默认，其内部信息量较大，涉及到非线性有限元的知识，需要另外仔细 研究。 4.2.创建施加水平荷载的分析步 Step-2 这里最大的分析步数量取为 1000，是因为基本上如果超过 1000 个分析步增 量，还没有能够达到最大位移，已经失去了意义。 这里的 Increment Size 中 Initial=0.1，Minimum=1X10-9，Maximum=0.1。5 需要讨论的问题增量步可以在 Step 中设置，但是迭代次数的限值如何确定？****************************************************abaqus 对于计算分解为了 step（分析步）-increment（增量步）-迭代步三部分 这其中最需要理解的就是增量步，比如增量步是如何对结果进行影响的，增量步设 置中的 innital min 和 max 三个属性值如何设置。 谈下自己对于增量步的理解， 增量步的增量是针对什么来的呢？很多人以为是 时间的增量，我感觉这样理解是不正确的，因为增量步针对的是荷载的增量 我们看这个公式 初始增量步中的荷载大小= 总的荷载大小×初始增量步时间/ 分析步总时间 所以 abaqus 在进行尤其是一些非线性问题的计算的时候， 将 step 拆分成很小的 增量步，就是通过还很小的荷载增量下，得到结果，然后再进行下一步的分析的。 我们看下，abaqus 在增量步中是如何计算的（取自 abaqus 有限元常见问题解 答） ? BA 首先根据用户指定的初始增量步大小进行迭代； ? 缺省状态下，若在某一增量步 16 次迭代中仍不收敛（或者出现发散），ABA 会放弃当前增量步，并将增量步大小减小为当前增量步大小的 0.25 倍，重新开始迭代 尝试； ? 若在减小后的增量步 16 次迭代中仍不收敛（或者出现发散），ABA 会继续放弃 当前的增量步，并将继续减小增量步的大小至当前增量步大小的 0.25 倍，重新开始迭 代尝试； ? ABA 总是利用比较小的载荷增量来尝试找到收敛解。 若此增量步仍不收敛， ABA 将再次减小增量步的大小； ? 以此类推，直至得到收敛解，或者达到 ABA 所允许的一个增量步中最多 5 次增 量步减小的限制，而终止分析； ? 如果连续 2 个增量步只需少于 5 次的迭代就获得收敛解，ABA 会自动地将增量 步的大小增大至当前增量步的 1.5 倍，继续进行下一个增量步的计算。 对于这个分析过程我们可以这样理解，比如对于初始增量步如果设置过下会增 加计算过程，但是过大会导致不收敛的问题这就是因为，如果过大， abaqus 折减了 5 次仍然没有收敛，所以 abaqus 就会停止运算。导致不收敛的问题。 这样最大增量步对于收敛性是没有要求的， 但是合理的设置也会有一些很好的 作用，比如我要看荷载变化下结构的变形，如果设置 time period 为 1 max increment 为 0.1，那么我们肯定可以看到至少 5 次的结果了。 **************************************************十二. 设置分析结构输出1 输出文件的类型ODB 文件――是一个二进制文件，是 ABAQUS/CAE 在后处理时显示的模型和 分析结果文件。CAE 输出可视化后处理图形读取的是 ODB 文件的数据。ODB 文 件主要包括：场变量输出 field OUTPUT、历史变量输出 History output 和诊断信息 diagnostic。 DAT 文件――是一种文本文件，一般可以使用记事本程序打开，但是当文件 比较大时，记事本无法显示全部数据，且读取速度较慢，一般采用 UltraEdit 文本 工具打开。DAT 文件的前半部分是 ABAQUS 对 INP 文件进行的预处理所生成的信 息，以及相关的错误信息和警告信息。将 INP 文件提交后，可在 DAT 文件中搜索 “error”，如果出现这样的错误信息，必须修改模型重新提交。DAT 文件的后半部 分显示的是用户所要求输出的分析结果。 Tip：DAT 文件是友好的后处理文件，在进行后处理的二次开发的时候，必 须依赖于该程序。该文件比较易于读懂，且能够输出所关心的几乎所有数据。当 然如果能够读懂 ODB 文件的二进制规则，使用 ODB 文件进行二次开发也是可以 的，但是事实上是比较难的。对一般的科学分析，没有必要。2 输出到 DAT 文件计算分析过程中变量的输出是一个关键问题，是结果分析的基础，因此应完 全满足规定的统一命名格式。 2.1.设置需要输出到 DAT 文件的 Element 组2.1.1 混凝土单元应力和应变的组 组命名应严格按照设定要求，否则后处理程序无法完成分析。 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-CONC-LAYER04 混凝土单元组设置规则： SET-CONC-LAYERxx：SET 组标识符；CONC 混凝土标识符；LAYERxx 混凝土所 在层。 2.1.2 钢筋单元应力和应变的组 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-2 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-3 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-4 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-1-5 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-2-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-LA-2-2 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-2 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-3 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-4 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-1-5 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-2-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-YA-2-2 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-MID-1-1 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-BAR-MID-1-2 钢筋的命名规则： SET-BAR-YA-2-2 SET-BAR-LA-1-2 SET-BAR-MID-1-1 其中： 1） SET 是组标识符 2） BAR 是纵向钢筋标识符 3） YA/LA/MID 是区分纵向钢筋受力位置的标识符号，其中 LA 表示受拉 区纵向钢筋标识，YA 表示受压区纵向钢筋标识；MID 表示拉亚中间的纵 向受力钢筋标识 4） 第一个数字表示层，1 表示第一层，2 表示第二层； 5） 第二个数字表示同一层的纵向钢筋编号。 2.1.3 箍筋单元应力和应变的组 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER05 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER06 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER07 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER08 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER09 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER10 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER11 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER12 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER13 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER14 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER15 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER16 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-STIR-LAYER17 箍筋的组命名规则： SET-STIR-LAYER15： 1) SET:是组标识符； 2) STIR：是箍筋标识符 3) LAYERxx 表示箍筋分层 2.1.4 型钢腹板单元应力和应变的组 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER05 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER06 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER07 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER08 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER09 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER10 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-COMP-LAYER11 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER05 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER06 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER07 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER08 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER09 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER10 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-FLANGE-TEN-LAYER11 型钢翼缘组命名规则： SET-FLANGE-COMP-LAYERxx； SET-FLANGE-TEN-LAYERxx； 1） SET：组标识符 2） FLANGE：翼缘标识符 3） COMP：受压标识符 4） TEN：受拉标识符 5） LAYERxx：分层标识符 2.1.5 型钢翼缘单元应力和应变的组 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER01 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER02 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER03 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER04 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER05 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER06 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER07 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER08 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER09 *elprint, elset=ASSEMBLY_SET-WEB-LAYER10 型钢腹板组命名规则： SET-WEB-LAYERxx； 1） SET：组标识符 2） WEB：腹板标识符 3） LAYERxx：分层标识符2.2.在 INP 文件中设置向 DAT 文件输出结果在 INP 文件的 Step 数据块中的*End Step 使用*NODE PRINT 关键词可以输出 节点分析结果信息到 DAT 文件，使用*EL PRINT 关键词可以输出单元分析结果信 息到 DAT 文件。（Tips：INP 文件应使用英文标点符号，除特别规定，且不允许 留有空行，空行会被默认读取为 Element0，然后报错） ** **节点信息输出： ** *NODE PRINT，NSET=节点集合 U1，U2，U3，UR1，UR2，UR3，RF1，RF2，RF3，RM1，RM2，RM3 ** **可以选择节点的部分计算结果输出，例如 U1，RF1 **TIPs：对不实体单元的节点，一般不能输出转动位移和弯矩 ** ** **单元信息输出 ** *EL PRINT，ELSET=单元集合 S11，S22，S33，S12，S23，S13，LE11，LE22，LE33，… ** **可以选取部分单元应力，应变，损伤等参数输出 **2.3.Important Notice：在 INP 中添加输出到 DAT 文件的方式2.3.1 直接在工作路径（WorkDirectory）下的 INP 文件中修改 这种修改后的 INP 并不能被 ABAQUS/CAE 去读，保存之后，并没有修改 CAE 中对输出文件的设置。因此，在 ABAQUS/CAE 的 Job 模块直接提交对 Model 的分 析作业，并不能顺利完成对 DAT 文件的输出。 这种情况下可以有三种方法完成上述工作： A. 在 ABAQUS/Command 中提交作业； 在 ABAQUS/Command 中使用如下命令： Abaqus job=job-name interactive Tip： a) Job-name 就是 Inp 文件名，且不需要加后缀，ABAQUS 会自动为该 INP 文件建立一个分析作业 Job； b) Interactive 不是一个必须的关键词，该关键词是控制将分析作业的运 行情况输出到 Command 的运行界面上； c) 使用 ABAQUS/Command 运行对 INP 文件的分析的时候，需要修改 Command 的运行起始位置，如下图： F ： \ABAQUS\111& ：以确保 Command 能够正确地找到数据文件 INP。设置起始位置路径的方法， 可以在：开始→所有程序→Abaqus 6.12-→Abaqus Command→属性， 将 INP 文件所在的位置路径，填充起始位置框，见图。 d) 一般需要保证分析结果与 INP 文件位于同一个文件夹，这时候需要修 改 ABAQUS/CAE 下的工作路径 Work Directory，因为 ABAQUS/Standard 分析程序是随着 ABAQUS/CAE 一起启动的。修改方法：File→Set Work Directory，将 New work Directory 与 INP 文件所在的文件夹对应。 应注意文件夹命名应采用英文。B. 在 ABAQUS/CAE 中设置 Job 作业，但是 Source 来源选择 Input file 而不是 Model； C. 使用 file→Import→Model， 在弹出的 Import Model 对话框中， 将 File Filter： 修改为 Abaqus Input File（*.inp,*.pes）。然后导入新的模型，这样新模 型将是 INP 文件内容在 CAE 中的可视化。仍需注意的是，使用该种方法 一般是在需要修改 INP 的模型文件的时候才采用，而且，很多情况下， 输出到 DAT 文件设置的关键词可能无法为 ABAQUS/CAE 正确读取。出错 的风险会大大增加。评价：一般而言，单个模型的修改分析建议采用第二种方法，批量提交作业 分析建议采用第一种方法，第三种方法一般很少采用。2.3.2 在 ABAQUS/CAE 环境下通过 Keywords 编辑器在 INP 文件中添加关键词 Model→Edit Keywords 打开 Keywords 编辑器，如图：利用 Add After 按钮在*end Step 中添加需要输出到 DAT 文件的关键词。通过 这种方法修改的 INP 文件能够自动添加到 INP 文件中，并且被 CAE 所储存。但是 利用这种方法修改的模型信息，并不在在 CAE 的 Model 下显示。 这时候可以通过 Job manager 直接提交作业。 3 输出到 ODB 文件 3.1. 场变量输出 Field Output3.1.1 场变量输出在 INP 文件中的设置 场变量输出在 INP 文件中的关键词：见黄底字（在分析步 2 中） ** ---------------------------------------------------------------** ** STEP: Step-2 ** *Step, name=Step-2, inc=800 *Static 1., 1., 1e-05, 1. ** ** BOUNDARY CONDITIONS→边界条件，施加位移控制的水平荷载 ** ** Name: BC-Horizontal-Force Type: Displacement/Rotation *Boundary Set-RP-Push-Force, 1, 1, 50. ** ** OUTPUT REQUESTS→输出要求 ** *Restart, write, frequency=0→frequency=0 不输出用于重启动分析的数据 ** ** FIELD OUTPUT: F-Output-1→场变量输出 ** *Output, field, variable=PRESELECT→输出默认的场变量，一般采用默认值 ** ** HISTORY OUTPUT: H-Output-2→历史变量输出 ** *Output, history *Node Output, nset=Set-RP-Push-Force RF1, U1 ** **上述加粗关键词用于输出非默认的历史变量 ** ** ** HISTORY OUTPUT: H-Output-1→历史变量输出 ** *Output, history, variable=PRESELECT→输出默认的历史变量，注意与上文区 别 ** **上文输出使用 Output 关键词，特指输出到 ODB 文件 ** ** **下文使用 PRINT 关键词，特指输出到 DAT 文件，注意区别 ** *NODE PRINT, NSET=Set-RP-Push-Force U1, RF1 ** **分析步结束 ** *End Step 3.1.2 场变量输出在 CAE 中的设置 1） 修改默认参数: 双击 F-Output-1→States（2）→Step-1：（因为 Step-1 中是初始创建的，而 Step-2 中是继承的 Propagated，事实上由于 Step-1 中基本上只有一个增量步，因 此在 Step-2 中修改也是可以的。）： 2） 添加场变量输出参数 可以通过新建场变量输出项目实现该目标。 双击 Model Tree 下的 Field Output Request，即可新建新的 F-Output-X 为标题名的场变量输出项目。Tips：新建的输 出项目名称可以按照方便记忆的原则修改。然后指定输出哪个分析步的场变量。指定分析步为 Step-1 时，Continue→指定输出项目后，OK。这时候，在 Model Tree→Field Output Request 下会显 示第二个场变量输出项目 F-Output-2.可以看到，虽然在 Step-1 中设置了场变量输出，在 Step-2 是自动继承的 （Propagated）。即在 ABAQUS 中其中一个 Step 中设置了变量输出，后续分析步 会自动继承变量输出设置。 如果不需要可以通过选中不需要输出场变量的分析步， 右击 Deactivate。注意二者的区别。3.2.历史变量输出 History Output3.2.1 历史变量输出在 INP 文件中的设置 历史变量输出在 INP 文件中的关键词：见绿底字（在分析步 2 中） ** ---------------------------------------------------------------** ** STEP: Step-2 ** *Step, name=Step-2, inc=800 *Static 1., 1., 1e-05, 1. ** ** BOUNDARY CONDITIONS→边界条件，施加位移控制的水平荷载 ** ** Name: BC-Horizontal-Force Type: Displacement/Rotation *Boundary Set-RP-Push-Force, 1, 1, 50. ** ** OUTPUT REQUESTS→输出要求 ** *Restart, write, frequency=0→frequency=0 不输出用于重启动分析的数据 ** ** FIELD OUTPUT: F-Output-1→场变量输出 ** *Output, field, variable=PRESELECT→输出默认的场变量，一般采用默认值 ** ** HISTORY OUTPUT: H-Output-2→历史变量输出 ** *Output, history *Node Output, nset=Set-RP-Push-Force RF1, U1 ** **上述加粗关键词用于输出非默认的历史变量 ** ** ** HISTORY OUTPUT: H-Output-1→历史变量输出 ** *Output, history, variable=PRESELECT→输出默认的历史变量，注意与上文区 别 ** **上文输出使用 Output 关键词，特指输出到 ODB 文件 ** ** **下文使用 PRINT 关键词，特指输出到 DAT 文件，注意区别 ** *NODE PRINT, NSET=Set-RP-Push-Force U1, RF1 ** **分析步结束 ** *End Step 3.2.2 历史变量输出在 CAE 中的设置 1） 修改默认参数 双击 H-Output-1→States（2）→Step-1：（因为 Step-1 中是初始创建的，而 Step-2 中是继承的 Propagated，事实上由于 Step-1 中基本上只有一个增量步，因 此在 Step-2 中修改也是可以的。）：2） 添加历史变量输出参数 可以通过新建历史变量输出项目实现该目标。双击 Model Tree 下的 History Output Request，即可新建新的 H-Output-X 为标题名的场变量输出项目。Tips：新 建的输出项目名称可以按照方便记忆的原则修改。 然后指定输出哪个分析步的场 变量。指定分析步为 Step-2（本例中需要输出的施加水平荷载的 Set-RP-Push-Fprce 的水平力和水平位移，因此，选择 Step-2 即可，因为在 Step-1 中不需要，Step-1 中还没有施加该水平荷载），Continue→ 指定输出项目后，OK。这时候，在 Model Tree→History Output Request 下会 显示第二个历史变量输出项目 H-Output-2.十三. 重启动设置1 重启动分析的应用1） 希望在已有的分析结果的基础上继续分析其他工况，（不同的载荷 和边界条件等）。例如可以首先只在模型中定义一部分荷载工况，快速 完成分析，检查确认分析结果正确后，再使用重启动分析完成其他载荷 工况的分析。 2） 分析过程异常终止，其原因包括无法收敛、达到分析步中允许的最 大增量步数、没有足够的硬盘空间和计算机断电等。在纠正异常终止的 错误后，可以使用重启动分析继续完成分析工作。2 重启动的步骤1） 首先在基础模型中设置重启动数据的输出请求 2） 创建重启动模型 3） 提交重启动的分析作业。 Tips：对于步骤一，必须是在基础模型分析之前设置，以保证基础模型在分 析过程中能够输出重启动所需的交互数据。3 设置基础模型的重启动数据的输出请求本项针对的对象是基础模型。3.1.INP 文件实现方法关键词：*RESTART，WRITE 常用的控制参数： 1） FREQUENCY：用于重启动数据的输出频率； 2） OVERLAY：用于只在分析步结束时刻输出重启动数据（即每个分析步 中将只有一组重启动数据），以减少数据存储空间； 3） NUMBER INTERVAL： 用于在一个分析步中以多少个均匀的时间间隔输 出重启动数据； 4） TIME MARKS 若值为 YES，则在 NUMBER INTERVAL 所指定的精确时刻 输出重启动数据；若为 NO，则在 NUMBER INTERVAL 指定时刻的增量步 结束时刻输出重启动数据。 例如：*RESTART，WRITE，FREQUENCY=2 表示每个两个增量步输出一次重启动数据，即在增量步 2、4、6、….和结束 时刻输出重启动数据。 例如：*RESATRT，WRITE，NUMBER INTERVAL=10 表示每隔 1/10 的时间间隔和结束时刻输出一次重启动数据。即，如果 Total Time=1，则在 0.1、0.2、0.3、……、结束时刻输出重启动数据。3.2.ABAQUS/CAE 实现方法在 STEP 模块，菜单栏 Output 下拉菜单中→Restart Request，如下图： 其中，Frequency、Intervals、Overlay、Time Marks 与 INP 文件中的控制参数 对应。 Tips： Frequency 参数和 Intervals 参数不能同时为非零值， 必须保证其中至少 一项为零，因为两者都是用来控制重启动数据的输出规则的。可以在 CAE 中参考上图进行设置。4 创建重启动 INP 文件和在 ABAQUS Command 中提交重启动作业 4.1. 关键词：*RESTART，READ，常用的控制参数： 1） STEP――控制从哪个分析步的结束为止读取重启动数据； 2） INC――控制从上述分析步的哪个增量不读取重启动数据。 例如： *RESEART，READ，STEP=1，INC=2 其含义是： 从基础模型的第一个分析步的第 2 个增量步结束位置读取重启动 数据。 如果*RESTART，READ 所指定的位置是基础模型中尚未完全结束的分析步， 在默认的情况下，ABAQUS 将首先尝试完成这个尚未结束的分析步。对于基础模 型中那些根本就没有开始的分析步，ABAQUS 不会去执行。如果希望执行这些还 没有开始的分析步，必须把它们添加到重启动文件的 INP 中。4.2.能够改变的重启动参数在重启动分析的 INP 文件中不允许改变节点、 单元、 材料和方向、 截面属性、 梁截面形状、接触特性以及约束等模型参数，只能改变幅值曲线、节点集合、单 元集合、载荷、边界条件和输出设置等数据。 如果没有改变，ABAQUS 将自动沿用基础模型的数据。 4.3.提交重启动分析作业在 ABAQUS Command 中输入如下命令： Abaqus job=newjob-name oldjob=oldjob-name5 在 ABAQUS/CAE 中创建重启动模型1） 打开基础模型的 ABAQUS/CAE 文件，单击 Model→Copy Model，将基 础模型复制为重启动模型； 2） 单击菜单 Model→Edit Attributes，选择重启动模型的名称，在如图所 示对话框中设置如下属性：在 Read data from job 后面输入基础模型分析结构的文件名（不包括 扩展名）； ii. 在 step name 后面输入读取重启动数据的基础模型的分析步名称。 如 果需要，可以选择 Restart from Increment/interval 设置读取重启动数 据的增量步编号。这些参数相当于*RESTART，READ 的控制参数 STEP 和 INC。 3） 在 Step 功能模块中，保持重启动分析开始前的分析步，修改或添加 重启动分析开始之后的分析步和结果输出。 在 Load 功能模块中修改或添 加重启动分析开始之后的载荷、边界条件、温度场和速度场等。在 Interaction 功能模块中修改接触情况。 4） 在 job 功能模块中创建分析作业，ABAQUS/CAE 会自动将分析类型设 置为 Restart，提交分析作业即可。 Tips：ABAQUS/CAE 会生成重启动分析的 INP，此 INP 文件只包含以下数 据： i. 重启动的分析步； ii. 重启动的分析步中的载荷、 边界条件、 场变量输出和历史变量输出； iii. 重启动分析步中用到的幅值曲线。 i. 十四. 提交分析作 Job1 ABAQUS/CAE 的模块如上图所示，CAE 共有三个模块：Model 模块（前处理模块，其中包含 Part Module、Property Module、Assembly Module、Step module、Interaction Module、 Load Module、Mesh Module、Optimization Module 共 8 个模块，其中 Optimization Module 是优化设计模块）、Analysis 模块（或者 Job Module 模块、分析模块）和 Results 模块（或者 Visualization Module 模块、后处理模块），这三个模块基本上 是相互独立的。2 创建分析作业 Job双击 Analysis→Job 或者在 Job Module 模块→Job Manager 或者 Job Module 模 块下在菜单栏 Job 菜单→Manager/Creat Job. 上图中 Job 的源（Source）可以来源于 Model 也可以来源于 Input File（一般 是 INP 文件）。这里选择 Model-1，Continue→建议按照默认设置， 也可以在能够读懂其中含义的前提下尝试修改默认设置。 Tip：如上图所示，在 Parallelization 中可以设置计算分析使用的线程数量和 使用 GPU 协助分析，对于大型模型，可以提高计算分析速度。 3 模型检查 （Data Check） 、 提交作业 （Submit） 和监控进程 （Monitor）一般模型首先进行 Data Check，当检查 Successful 以后，即可提交分析。如 果确认模型无误，也可以直接 Submit。 提交分析之后可以通过 Monitor 监控分析进程。 4 查看分析结果计算分析完成，即可查看分析结果。十五. ABAQUS/CAE、INP 文件、ABAQUS/Standard、 ABAQUS/Command 的关系1 文件解释ABAQUS/CAE――交互式输入输出环境，即 ABAQUS 前后处理模块 INP 文件―― 是一种文本文件，它包含对整个模型的完整描述，在前处理 （ABAQUS/CAE、 ABAQUS/Command） 与求解器 （ABAQUS/Standard、 ABAQUS/Explicit） 之间建立传递数据的桥梁。 ABAQUS/Standard――ABAQUS 隐式求解器，主要用作一般的静力作用分析， 另一个求解器 Explicit 是显示求解器，主要用作动力分析和接触问题的求解。 ABAQUS/Command――ABAQUS 在交互式界面之前开发的 DOS 环境下的操作 界面，尽管 CAE 环境下具有友好的界面工具，但是 Command 环境对批量模型的 专业分析具有天生的优势。 2 ABAQUS/Command 和 ABAQUS/CAEABAQUS 具有本质上具有两套计算分析操作环境： ABAQUS/Command ； ABAQUS/CAE。其中前者是 DOS 环境下的计算分析入口，后者是交互式计算分析 界面。显然后者是友好的交互式环境，前者不够直观，需要分析者具有较高的分 析研究能力。前者的好处是，对于批量分析，可以通过简单的命令实现批量分析 的目标。3 前处理与后处理的桥梁――INP 文件，Model 基础数据的核心两者均在 INP 数据文件的基础上进行计算和分析， 其中 CAE 可以从图形界面 生成标准的 INP 文件， 该 INP 文件既可以利用 CAE 环境下的 JOB 模块进行提交也 可以在 Command 窗口下利用命令行进行提交分析。但是两者的 INP 并不通用， 其中部分修改过的 INP 文件在 CAE 模块中会报错， 这是因为 CAE 并不原生支持 INP 文件中的某些关键词，但并不是绝对的。一般而言，随着软件的发展，这个问题 会逐渐解决。在 CAE 中建立的模型，提交分析或者点击 Write Input，如图，都在在工作路 径中自动写出 INP 文件，该 INP 文件可以利用 Model→Edit Keywords 编辑器进行 编辑，但是要记住，在 Keywords 编辑器中编辑的 INP 文件可以被 CAE 保存，但 CAE 中创建的 Model 中的被修改的属性并不会同时显示。 例如， 在利用 keywords 编辑器修改了 INP 中混凝土的材料属性：elastic→plastic，在提交分析的时候， ABAQUS/Standard 分析执行的是 INP 文件中的数据，但是在 CAE 里其模型树下， 通过查询仍然可以看到混凝土的材料属性仍为 elastic。上述说明，CAE 的图形界 面 和 Model Tree 是 一 个 前 处 理 界 面 ， INP 是 计 算 分 析 的 基 础 文 件 ， ABAQUS/Standard 处理器是在 INP 文件的基础上执行运算。这也是为什么在计算 分析的时候， CAE 仍然可以执行新的建模， 而且并不出现卡顿的现象。 同时， CAE 可以自动生成 INP 文件，如果需要反过来由 INP 文件生成 CAE 环境下的模型，只 有通过 File→Import→Model 的方式导入 INP 文件， 生成新的模型。 而原模型无法 通过更新 INP 文件实现自动更新。 4 注意 Work directory 工作路径问题，否则可能出现找不到分析结 构文件位置的问题：为保持输出文件与 CAE 文件在同一个文件夹，在新建分析模型的 CAE 的同 时，应该注意修改工作路径：应保持工作路径与 CAE 文件在同一个文件夹。十六. 草图 Skech1 草图中的约束See《ABAQUS 有限元分析――常见问题解答》12.6 草图的约束。 2 将 CAD 中模型导入 CAE 草图操作方法： 1） 在 CAD 中生成二维图形保存为 DXF 格式文件（*dxf）或三维图形保 存为 SAT 格式（*sat）； 2） 在 ABAQUS/CAE 中，单击菜单 File→Import→Sketch，在下图对话框 中选择上述保存的 DXF 文件或 SAT 文件； 3） 在 Sketch 功能模块中，可以在窗口右上角的 Sketch 下拉列表中选择 所导入的草图名称。3 修改草图精度和修改草图整体尺寸 3.1. 修改草图精度在 Sketch 功能模块绘制草图时，可以选择 Sketcher Options 按钮或者菜单 栏 Edit 菜单→Sketcher Options，打开 Sketcher Options 编辑框。在 Dimensions 选项卡下，修改 Decimal places（小数点后的数字位数）的值。 3.2.修改草图整体尺寸如上图，在 General 选项卡下，将 Grid 项目下的 Sheet size 后的 Auto 前的勾 去掉，然后就可以修改原来设置的但不够用的草图整体尺寸。十七. 需要关注的问题1 沙漏的控制原理和监测方法在设置单元类型一节已经讨论了单元类型的问题， 特别是减缩积分单元的沙 漏效应问题。 沙漏模式主要出现在 CPS4R、CAS4R、C3D8R 等线性积分单元的应力/位移场 分析中。 现行单元本身的积分点较少，减缩积分单元在每个方向上的积分点的数 目又减少一个， 因此在一个边上上单元网格较少的情况下，会出现没有刚度的零 能模式，即所谓的“沙漏模式”。当网格较粗的时候，这种零能模式会通过网格扩 展出去，使计算结果无意义，或者导致严重的网格畸变。1.1.如何检查是否出现零能模式呢1） 最简单的方法是查看单元变形，如果单元变成交替出现的梯形形状， 就可能出现了沙漏模式。 2） ABAQUS 中的伪应变能或“沙漏刚度”主要用来控制沙漏变形能量， 在 Visualization 功能模块下选择菜单 Result→History Output，可以绘制 ALLAE（artifical strain energy）与内能 ALLIE（internal energy）曲线。单击 窗口顶部工具 query information，可以查看。 当伪应变能 ALLAE 约占内能 ALLIE 的 1%时，表明沙漏模式对计算结果影 响不大；当伪应变能超过总内能的 10%，分析就是无效的。应采取措施 予以控制。 1.2.控制伪应变能的措施1） 细化网格， 使用线性减缩积分单元时， 一定要避免过于粗糙的网格， 如果结构会发生弯曲变形，则在厚度方向应至少划分 4 个单元； 2） 设置沙漏控制选项， ABAQUS 对线性减缩积分单元提供了多种沙漏控 制选项，通过引入少量的人工“沙漏刚度”来限制沙漏模式的扩展。当 网格足够细的时候，该方法可以获得足够精确的计算结果。 在 Mesh 功能模块中，选用线性积分单元时，可以在操作界面选择 以下沙漏刚度控制方式：Enhanced、Relax Stiffness、Stiffness、Viscous 和 Combined。 TIPS：选择沙漏控制选项时，要慎重。如果所设置的沙漏控制选项 数值大于默认值，可能导致沙漏刚度过大而出现数值不稳定。一般情况 下，使用系统默认的沙漏控制项即可。如果采用默认的沙漏控制选项仍 出现沙漏模式，往往是由于网格过于稀疏造成的，此时最好采用细化网 格的方法解决，而不要随便更改默认的沙漏控制项。 3） 选择其他单元类型，非协调单元不会出现沙漏模式问题，适用于 ABAQUS/Standard 的各种分析类型。只要在所关心的关键部位划分形状 规则的单元网格，就可以得到较高的分析精度。 在 ABAQUS/Standard 的分析中，二次减缩积分单元（ C3D27R 和 C3D27RH 除外）的沙漏模式在普通的网格密度下一般也不会向外传播， 如果网格足够细化，在通长情况下可以保证计算精度。但需要注意，在 大应变弹塑性问题和基础问题中不能使用二次减缩积分单元。 C3D27R 和 C3D27RH 单元的 27 个节点都存在时，会包含 3 个未约束 的沙漏模式，只有用边界条件对其施加足够的约束时才可以用。 4） 避免将载荷或边界条件只定义在一个节点上，将点荷载或者点上的 边界条件定义在一个包含该点的小区域上， 有利于避免沙漏模式的扩展。2 应特别注意量纲问题 2.1. 计算中出现的一个典型问题原 试 验 中 采 用 N-mm 量 纲 系 统 ， 但 是 在 混 凝 土 的 弹 性 模 量 里 输 入 了 E=345N/mm? （正确的量纲应该使用 E=34500N/mm?），导致在 Job Data Check 时 出现下列错误提示： The job input file &Job-1.inp& has been submitted for analysis. Error in job Job-1: DURING THE CONVERSION FROM CRUSHING TO PLASTIC STRAIN Abaqus FOUND NEGATIVE AND/OR DECREASING VALUES OF PLASTIC STRAIN. VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETE COMPRESSION DAMAGE IS CORRECT Error in job Job-1: DURING THE CONVERSION FROM CRUSHING TO PLASTIC STRAIN Abaqus FOUND NEGATIVE AND/OR DECREASING VALUES OF PLASTIC STRAIN. VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETE COMPRESSION DAMAGE IS CORRECT Error in job Job-1: DURING THE CONVERSION FROM CRACKING TO PLASTIC STRAIN Abaqus FOUND NEGATIVE AND/OR DECREASING VALUES OF PLASTIC STRAIN. VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETE TENSION DAMAGE IS CORRECT Error in job Job-1: DURING THE CONVERSION FROM CRACKING TO PLASTIC STRAIN Abaqus FOUND NEGATIVE AND/OR DECREASING VALUES OF PLASTIC STRAIN. VERIFY THAT THE DEGRADATION DATA UNDER *CONCRETE TENSION DAMAGE IS CORRECT Job Job-1: Analysis Input File Processor aborted due to errors. Error in job Job-1: Analysis Input File Processor exited with an error. Job Job-1 aborted due to errors. 2.2.量纲系统3 Abaqus 错误与警告信息汇总模型不能算或不收敛，都需要去 monitor，msg 文件查看原因，如何分析这些信息呢？ 这个需要具体问题具体分析， 但是也存在一些共性。 这里只是尝试做一个一般性的大概的总 结。如果你看见此贴就认为你的 warning 以为迎刃而解了，那恐怕令你失望了。不收敛的问 题千奇万状，往往需要头疼医脚。接触、单元类型、边界条件、网格质量以及它们的组合能 产生许多千奇百怪的警告信息。 企图凭一个警告信息就知道问题所在， 那就只有神仙有这个 本事了。一个 warning 出现十次能有一回参考这个汇总而得到解决了，我们就颇为欣慰了。 类似于： Fixed time is too large Too many attamps have been made THE SOLUTION APPEARS TO BE DIVERGING. CONVERGENCE ISJUDGED UNLIKELY. Time increment required is less than the minimum specified 这样的信息几乎是无用信息 （除了告诉你的模型分析失败以外， 没有告诉你任何有用的 东西）。宜再查找别的信息来考察。根据经验，改小增量步也不一定能收敛，虽然也有人报 告过改好的先例，我是从来没有遇到过，也从来没有那个奢望。所以我一般从模型的设置入 手。 必须说明的是：Error 和 warning 的性质是完全不同的。Error 意味着运算失败，but 出现 warning 可能还能算，而且有些运算必定会出现 warning（比如接触分析必定出“负特 征值”，下有详述）。很多警告只是通知性质的，或者只是说明一下而已，不一定都是模型 有问题。比如以下 warning 完全可以忽略： xxxxx will （not） printed，这种只是通知你一声，某些玩意儿不输出了。还有： The parameter frequency cannot be used with the parameter field. It will be ignored （都 说某某被 ignored 了）. A 系列 如果模型能算，且结果合理，那么大部分警告信息可以不管。但是以下除外： 1 numerical sigularity(数值奇异)：刚体位移（欠约束） solver problem. numerical sigularity when processing node105 instance pile D.O.F. 1 ratio=1.735e13 Zero pivot（零主元）： 过约束或者欠约束。2这 2 个问题一般都意味着模型约束存在问题。1）、2）都会伴随着产生大量负特征值。 解决方案当然第一步是检查约束了。 B 系列 有一些直接导致计算 aborted，那就得仔细分析了，比如： 1 的) 2 missing property 在 perperty 步检查材料属性是不是都加上了。 如果有梁单元， 看看梁法向定义对 了没有。 3 Detected lock file Job-1.lck. Please confirm that no other applications are attempting to write to the output database associated with this job before removing the lock file and resubmitting. 删除.lck 文件就可以了， 它是一个自动生成的文件。 你也可以另存为 （另取名） ， 再运算。 4 The rigid part xx is missing a refernce point 刚体 （or 刚体约束） 都必须通过 stools--reference point 给它定义一个参考点 （RP） ， 载荷都加在这个 RP 上。 5 The area of 54 elements is zero, small, or negative. Check coordinates or node numbering, or modify the mesh seed. The elements 8 have been identified in element set ErrElemAreaSmallNegZero xxxxx is not a valid in ABAQUS/Standard(告诉你这种计算 standard 不支持了，换别 这个一般是节点编号不对的问题。必须是逆时针方向。 6 The value of 256 MB that has been specified for standard_memory is too small to run the analysis and must be increased. The minimum possible value for standard_memory is 470 MB 7 HM to ABA 的问题：集合和面的几何的名称最好不要用特殊符号和数值（特别 是从 hm 转过来），全部用英文字母是最安全的。 8 也遇到过) 2 ）模型有问题, 通常模型很大,很复杂(这个我没遇到过) Please make sure that the mesh density of the slave surface in the tie pair( mbly__pickedset37_cns_,assembly__pickedsurf36) is finer than the master surface. The analysis may run slowe}
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