CAE軟件操作小百科(50)

吳明春

1 Abaqus模型如何替換？

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化往往需要不斷更改結(jié)構(gòu)參數(shù)。簡單的模型可以重新設(shè)置計(jì)算，但模型比較復(fù)雜且組件眾多時(shí)，重新設(shè)置的工作量會很大。當(dāng)只改動某個(gè)或某幾個(gè)組件時(shí)，利用Abaqus里面的CopyObJects功能替換改動的組件，僅刪除重建或替換相關(guān)接觸和載荷等，會大大減少工作量。替換某結(jié)構(gòu)件下方組件的具體操作如下。

（1）新建一個(gè)Model，設(shè)置新組件的結(jié)構(gòu)，賦予材料屬性，裝配并劃分網(wǎng)格（裝配時(shí)實(shí)例類型須與原模型保持一致，否則替換時(shí)實(shí)例下的網(wǎng)格可能由于找不到原對象而替換失敗），見圖1。2個(gè)組件接觸并擠壓，需對下方組件進(jìn)行優(yōu)化。

（2）在Copy ObJects中勾選要替換的內(nèi)容，確認(rèn)并覆蓋可能重復(fù)的內(nèi)容（新舊組件命名相同時(shí)為覆蓋，命名不同或舊組件在模型中已刪除時(shí)為直接復(fù)制）。待替換的下方組件見圖2。

（3）檢查復(fù)制效果，對沖突或失效的接觸和載荷等重新規(guī)范設(shè)置，提交模型進(jìn)行新一輪計(jì)算，下方組件替換后結(jié)構(gòu)件的壓力云圖見圖3。

2 Abaqus如何利用場變量在不同的分析步之間改變材料參數(shù)？

在Abaqus中，不同分析步需要的材料參數(shù)有時(shí)會不同。Abaqus軟件提供非常強(qiáng)大的用戶自定義材料（user-defined material，UMAT）方式處理各種材料問題，但是這種方式對有限元基礎(chǔ)要求較高。此外，可以采用Abaqus的impoa命令將已有的分析結(jié)果傳遞到新分析中，此處介紹場變量的方式。該方式相對比較簡單，且能滿足一般的仿真計(jì)算要求。在定義材料屬性時(shí)增加一個(gè)場變量，場變量的值可以任意設(shè)置，但分析步之間的值不能相同，后續(xù)設(shè)置與缺省設(shè)置相同，包括裝配、劃分網(wǎng)格和設(shè)置載荷等。在生成的job.inp文件中添加場變量屬性，使材料屬性在不同分析步中能夠依據(jù)場變量的變化而變化。材料屬性設(shè)置見圖4。

用命令“*field，variable=1”表示采用Field l場變量，用命令“part-1-1.set-1，0”設(shè)置裝配實(shí)例part-1-1中的set-1集合中場變量的值為0（集合set-1為自己定義的節(jié)點(diǎn)集，Step-2中的設(shè)置類似）。Step-1的相關(guān)代碼如下：

以某懸臂梁為例提交計(jì)算，前2個(gè)分析步變形見圖5。因?yàn)椴牧蟿偠仍趂ield 1：1的時(shí)候減小，所以在同等受力情況下，第二個(gè)分析步的變形（圖5b）增大，說明場變量設(shè)置起到改變材料參數(shù)的作用。

3 Abaqus如何模擬螺栓連接？

在結(jié)構(gòu)分析中簡化處理螺栓連接時(shí)，如果僅考慮螺栓的連接作用，那么可以用Beam+Coupling或者Abaqus中的connector進(jìn)行等效，其中connector方法不用建立實(shí)體螺栓，可省去大量螺栓建模和接觸設(shè)置工作，而且螺栓預(yù)緊力等設(shè)置均可便捷地通過設(shè)定邊界條件和載荷實(shí)現(xiàn)。以2個(gè)帶孔薄板的連接（見圖6）為例，先在需要建立連接的圓孔處建立參考點(diǎn)并與周圍節(jié)點(diǎn)耦合，然后在2個(gè)參考點(diǎn)之間構(gòu)造線，最后用連接生成器構(gòu)造2個(gè)參考點(diǎn)之間的連接。需要注意的是，連接類型有多種不同的自由度可以選擇，螺栓連接一般可選Translator，即僅保留U1、約束其他方向。

在載荷設(shè)置中將Connectorforce作為預(yù)緊力，見圖7a，其中正值為螺栓增長、負(fù)值為螺栓縮短。如果在后續(xù)的分析中需要保持預(yù)緊狀態(tài)，可以在后續(xù)的分析步中建立連接位移約束使其固定，見圖7b。

2個(gè)帶孔薄板連接的仿真結(jié)果見圖8。由于預(yù)緊力的作用，圓孔有一定凹陷，且孔邊應(yīng)力約等于設(shè)定的預(yù)緊力。