CAE軟件操作小百科（22）

胡牧原　武秀根

1MPC是什么？

MPC（MultiPoint Constraints）即多點(diǎn)約束，在有限元計(jì)算中應(yīng)用很廣泛，其允許在計(jì)算模型不同的自由度之間強(qiáng)加約束.簡(jiǎn)單地說(shuō)，MPC定義的是一種節(jié)點(diǎn)自由度的耦合關(guān)系，即以一個(gè)節(jié)點(diǎn)的某幾個(gè)自由度為標(biāo)準(zhǔn)值，然后令其他指定節(jié)點(diǎn)的某幾個(gè)自由度與這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值建立某種關(guān)系.

Marc和MSC Nastran等將MPC定義為若干MPC單元，包括剛性約束單元與柔性約束單元.剛性單元局部剛度為無(wú)限大；而柔性單元只是建立不同節(jié)點(diǎn)的力與力矩的分配關(guān)系，也稱(chēng)之為插值單元，其局部剛度為0，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)剛度產(chǎn)生影響.

Abaqus將MPC理解為多點(diǎn)的關(guān)系，一般在Interaction模塊中定義，并將其細(xì)化為若干有交集的子集.

2MPC有哪些使用范圍？

（1）描述非常剛硬的結(jié)構(gòu)單元.如果結(jié)構(gòu)模型中存在2個(gè)或2個(gè)以上的剛度相差很大的元器件時(shí)，那么剛度矩陣中對(duì)角系數(shù)差別太大，會(huì)引起矩陣病態(tài).為解決該問(wèn)題，應(yīng)用適當(dāng)?shù)募s束方程代替剛硬的彈性單元，以創(chuàng)建更為合理的有限元模型.

（2）在不同類(lèi)型的單元間傳遞載荷.如在有限元模型中，包含三維實(shí)體單元和殼體單元不相容：實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度（移動(dòng)），而殼體單元節(jié)點(diǎn)有5個(gè)自由度（3個(gè)移動(dòng)，2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)），殼體單元上的力偶無(wú)法傳遞到實(shí)體單元上.為消除這種奇異性，必須建立一種連接，作用是在實(shí)體中建立一個(gè)耦合，以承受殼體力偶.

（3）任意方向的約束.當(dāng)某節(jié)點(diǎn)可以沿著不平行于坐標(biāo)軸的某個(gè)邊界運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要定義一個(gè)約束方程，該方程反映垂直于此邊界的運(yùn)動(dòng)的約束.

（4）剛性連桿.

3Marc中有哪些MPC單元？

RBE2為剛性單元，將幾個(gè)節(jié)點(diǎn)剛性地連接在一起.在使用RBE2單元時(shí)，只能指定一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，且主節(jié)點(diǎn)的6個(gè)自由度被用來(lái)參與對(duì)從節(jié)點(diǎn)的載荷分配或約束.其主要用于焊接、扭矩施加和薄壁圓筒自由膨脹等.

RBE3為柔性單元，在計(jì)算中不會(huì)增加系統(tǒng)的剛度.力和力矩在RBE3單元的作用下通過(guò)相應(yīng)的權(quán)值，被從節(jié)點(diǎn)分配到一系列主節(jié)點(diǎn)上.在實(shí)際應(yīng)用中，RBE3單元沒(méi)有RBE2單元應(yīng)用廣泛，原因是不好確定分配權(quán)值.注意：RBE3的Independent自由度最好沒(méi)有旋轉(zhuǎn)自由度.

RBAR為剛性梁?jiǎn)卧?個(gè)節(jié)點(diǎn)之間剛性連接（注意只限2個(gè)節(jié)點(diǎn)間）即2個(gè)節(jié)點(diǎn)間6個(gè)自由度保持一致.調(diào)整2個(gè)節(jié)點(diǎn)中的某個(gè)自由度，可將“焊接”約束變成“鉸接”約束.

4Abaqus中Tie和Coupling有哪些區(qū)別？

Tie綁定相當(dāng)于在各個(gè)自由度方向上都將兩者捆綁在一起，2個(gè)面剛性連接，綁定區(qū)域不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和變形，剛度較大.

Coupling可以只限制某一個(gè)或者某幾個(gè)自由度，比Tie的靈活性更大，應(yīng)用范圍更廣，也可以達(dá)到Tie的效果，但是操作相對(duì)于Tie要復(fù)雜一些.

5KCoupling和DCoupling有哪些區(qū)別？

一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的KCoupling等價(jià)于MPC.DCoupling著重于強(qiáng)調(diào)耦合間的力和力矩的傳遞，對(duì)于位移的耦合不是剛性的，因此對(duì)某些邊界條件的定義或者殼與固體的連接關(guān)系定義有用，如軸系的連接面等.通常，如果不關(guān)心耦合定義所在部位的計(jì)算精度的話，用KCoupling即可.

6如何保存Abaqus后處理數(shù)據(jù)？

利用Abaqus/CAE進(jìn)行后處理會(huì)產(chǎn)生很多額外的模型信息，包括節(jié)點(diǎn)路徑（Path）和曲線數(shù)據(jù)（XYData和XYPlots）等.從大型模型多次提取數(shù)據(jù)時(shí)，這些模型信息將變得尤為重要，因?yàn)槠淇梢员ＷC提取的效率和數(shù)據(jù)的一致性.

但是，在Abaqus程序發(fā)生意外崩潰時(shí)，其恢復(fù)功能（Recovery）只能恢復(fù)針對(duì)前處理模型的操作，不能恢復(fù)后處理中的操作和模型信息.這直接導(dǎo)致大量重復(fù)的點(diǎn)選操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力.

Abaqus/CAE模塊實(shí)際上提供應(yīng)對(duì)解決辦法：保存界面對(duì)象（Save Session Objects）.通過(guò)File→Save Session Objects打開(kāi)對(duì)話框，其中包括Objects和Visualization Options.前者為后處理額外模型信息，包括顯示組（Display Group）、節(jié)點(diǎn)路徑、曲線數(shù)據(jù)、顯示截面（View Cut）、當(dāng)前顯示視角以及用戶自定義視角（Current View + 11 View in Tool Bar）；后者包括各種后處理做圖的結(jié)果.勾選想要保存的界面對(duì)象后，可以默認(rèn)保存為xml格式文件，也可以保存為MDB（.cae）或者ODB（.odb）格式的文件.保存的文件可以通過(guò)FileLoad Session Objects重新導(dǎo)入后處理界面.

7Pro/E如何通過(guò)Elysium導(dǎo)入Abaqus？

CAD軟件往往需要通過(guò)生成模型文件然后導(dǎo)入CAE軟件.模型文件一般只能傳遞幾何信息.

Elysium是將Pro/E模型導(dǎo)入Abaqus的輔助插件.其可以通過(guò)Abaqus提供的端口直接導(dǎo)入，不需要生成額外文件.除幾何參數(shù)外，Elysium甚至可以直接導(dǎo)入Pro/E中的裝配（Assembly）、零件（Part）和零件對(duì)應(yīng)的材料屬性.在有大量重復(fù)零件的大型模型中，將模型導(dǎo)入Abaqus只需為一種型號(hào)的零件劃分一次網(wǎng)格，節(jié)省大量重復(fù)勞動(dòng)，極大提升前處理效率.

使用Elysium，首先要進(jìn)行安裝，保證計(jì)算機(jī)已安裝Pro/E（支持Wildfire 4.0/5.0，Creo 1.0）.

第一步，進(jìn)入Abaqus，打開(kāi)Assembly 模塊，Tools→CAD Interface→Pro/Engineer彈出對(duì)話框，點(diǎn)擊Enable打開(kāi)CAD導(dǎo)入端口.

第二步，打開(kāi)Elysium安裝目錄，運(yùn)行該目錄下的launch_wf5.bat（以wildfire5.0版本為例），菜單欄相比無(wú)插件Pro/E多出“Abaqus”一項(xiàng)，下拉菜單有“Open in Abaqus”以及“Write Elysium Assembly files”.

第三步，點(diǎn)擊Open in Abaqus，模型即自動(dòng)導(dǎo)入Abaqus，Part和Assembly名稱(chēng)保持與Pro/E一致.

在Pro/E中修改部件裝配關(guān)系，再次點(diǎn)擊Open in Abaqus，Abaqus中即會(huì)反映Pro/E中的修改.如果之前已經(jīng)在Abaqus中進(jìn)行過(guò)分組，施加載荷等操作，這些Abaqus中的修改仍將保留.

8如何在Abaqus中合并Instance的網(wǎng)格？

若要將Abaqus中劃分的網(wǎng)格導(dǎo)入HyperMesh中，可以輸出為inp格式的文件.但是如果模型有大量重復(fù)使用的Part，輸出的inp文件導(dǎo)入HyperMesh后會(huì)有大量編號(hào)錯(cuò)誤的節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致網(wǎng)格崩潰.在Abaqus中事先進(jìn)行Renumber操作也不能解決該問(wèn)題.

可行的方法是：將基于同一Part的非獨(dú)立Instance合并進(jìn)入一個(gè)Instance.進(jìn)入Assembly模塊，Instance→Merge/Cut，彈出對(duì)話框選擇Mesh，Delete和All，點(diǎn)擊OK，在窗口框選擇或者在Instance列表中選擇基于同一Part的Instance，確認(rèn)后就會(huì)出現(xiàn)新的包含所選Instance網(wǎng)格的新Part.

在Merge/Cut對(duì)話框中，可以同時(shí)選擇導(dǎo)入網(wǎng)格和幾何，隱藏或刪除原Instance，只合并邊界重合節(jié)點(diǎn)或者合并所有重合節(jié)點(diǎn).