CAE軟件操作小百科（36）

王峰

1如何利用Abaqus進行非線性屈曲分析

弧長法是目前結構非線性分析中數值計算最穩定、計算效率最高且最可靠的迭代控制方法之一，可用于跳躍失穩問題的研究，也可以用于分支屈曲的后屈曲研究. 分支屈曲的后屈曲分析不能直接在分支屈曲后面研究，而是要給一個初始缺陷，使力學響應呈連續狀態（非線性）.

Abaqus根據分支屈曲模型取線性組合、根據靜力分析結果或直接指定等3種方法定義初始缺陷. 若已知初始缺陷，則一般采用第一種方法.

（1）特征屈曲分析（分析步選擇Buckle）. （2）將這些特征屈曲模態添加到理想的幾何體中，作為初始缺陷（見圖1，菜單欄中選擇Model→Edit Keywords）. Abaqus通過節點標簽輸入初始缺陷（imperfection），但是軟件不會去確認2個模型的兼容性，所以要特別注意節點標號的一致性. 一般來說因數w在第1階模態最大，而且w一般取結構幾

何參數的倍數，如殼的厚度的0.1倍等. （3）利用弧長法進行非線性分析（分析步選擇Static，Riks）.

2如何在Abaqus中建立彈簧單元

在Abaqus中建立彈簧單元一般有2種方法：定義Spring單元和定義Wire Feature.

方法一：定義Spring單元. 在Abaqus/CAE中進入Interaction模塊，在菜單欄中選擇Special→Springs/Dashpots→Manager，進入彈簧阻尼單元管理器，可以選擇創建兩點彈簧或者接地彈簧，見圖2. 點擊Continue按鈕可以對彈簧剛度、位置和自由度進行設置.

方法二：定義Wire Feature. （1）創建Wire Feature. 在Abaqus/CAE中進入Interaction模塊，在工具條中選擇（Create Wire Feature），在彈出的對話框中點擊“+”，選擇兩點創建Wire Feature. （2）為Wire Feature賦予屬性. 在Interaction模塊下點擊工具條中的Create Connector Section，將Connection Category選為Basic，Translational type選為Cartesian，并點擊Continue；在彈出的Create Connector Section對話框中設置彈簧的屬性，見圖3. （3）在Interaction模塊下點擊工具條中的Create Connector Assignment賦予屬性.

需要注意的是，雖然2種方法的作用一致，但是方法二在一些情況下使用更加方便，即方法二可以同時定義3個方向的剛度，而且可以模擬非線性彈簧，此外還可以同時定義線性或非線性阻尼等，這對于分析帶有減振裝置的復雜結構十分便捷.

3Abaqus接觸問題分析

Abaqus/Standard 的接觸對由主面（master surfer）和從面（slave surfer）構成. 在模擬過程中，接觸方向總是主面的法線方向，從面上的節點不會穿越主面，但主面上的節點可以穿越從面. 在定義主面和從面時要注意以下問題.

（1）主從面的定義.1）選擇剛度較大的面作為主面，此處的剛度不僅要考慮材料特性，也要考慮結構剛度. 剛體必須作為主面，從面則必須是柔體上的面（可以是施加了剛體約束的柔體）. 2）主面不能由節點構成，并且必須連續. 如果相對滑動形式為有限滑移，則主面在發生接觸的部位必須是光滑的（即不能有尖角）. 3）如果為有限滑移，則整個分析過程中盡量不要讓從面節點落到主面之外，更不要落到主面的背面，否則收斂會出現問題.

（2）滑移形式.有限滑移要求主面是光滑的，否則會出現收斂問題. 如果主面在發生接觸的部位存在尖角或凹角，應該在此尖角處把主面分為2部分分別定義. 對于由單元構成的主面，Abaqus 會自動進行平滑處理. 對于小滑移的接觸對，Abaqus/Standard在分析的開始就確定了從面節點與主面的關系，在整個分析過程中這種接觸關系不會再發生變化.

（3）接觸面間的幾何尺寸位置和Adjust參數. 如果不特別設置，Abaqus會直接根據模型尺寸位置判斷從面和主面的距離，從而確定二者的接觸狀態，這就要求建模時模型尺寸必須非常精確. 一般情況下，模型尺寸往往會存在誤差，可以應該利用Adjust參數調整從面節點的初始坐標. 如果從面節點與主面的距離小于這個參數，Abaqus將調整這些節點的初始坐標，使其與主面的距離為0（剛好接觸）.

（4）收斂問題.在進行接觸分析時，難免會遇到收斂問題（往往是因為模型中有問題），例如存在剛體位移、過約束、接觸定義不當等，這時應該查看MSG文件，然后采取相應措施.

（摘自同濟大學鄭百林教授《CAE操作技能與實踐》課堂講義）

（待續）