ABAQUS入門(mén)使用手冊(cè)(已看)

1、ABAQUS入門(mén)使用手冊(cè)ABAQUS簡(jiǎn)介:ABAQUS是一套先進(jìn)的通用有限元程序系統(tǒng),這套軟件的目的是對(duì)固體和結(jié)構(gòu)的力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析,而我們將其用于材料的計(jì)算機(jī)模擬及其前后處理,主要得益于ABAQUS給我們的ABAQUS/Standard及ABAQUS/Explicit通用分析模塊。ABAQUS有眾多的分析模塊,我們使用的模塊主要是ABAQUS/CAE及Viewer,前者用于建模及相應(yīng)的前處理,后者用于對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析及處理。下面將對(duì)這兩個(gè)模塊的使用結(jié)合本人的體會(huì)做一些具體的說(shuō)明:一. ABAQUS/CAECAE模塊用于分析對(duì)象的建模,特性及約束條件的給定,網(wǎng)格的劃分以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?其

2、核心由七個(gè)步驟組成,下面將對(duì)這七個(gè)步驟作出說(shuō)明:1.PART步(1 PartCreat Modeling Space:3D代表三維2D代表二維Aaxisymmetric代表軸對(duì)稱(chēng),這三個(gè)選項(xiàng)的選定要視所模擬對(duì)象的結(jié)構(gòu)而定。Type: Deformable為一般選項(xiàng),適合于絕大多數(shù)的模擬對(duì)象。Discrete rigid 和Analytical rigid用于多個(gè)物體組合時(shí),與我們所研究的對(duì)象相關(guān)的物體上。ABAQUS假設(shè)這些與所研究的對(duì)象相關(guān)的物體均為剛體,對(duì)于其中較簡(jiǎn)單的剛體,如球體而言,選擇前者即可。若剛體形狀較復(fù)雜,或者不是規(guī)則的幾何圖形,那么就選擇后者。需要說(shuō)明的是,由于后者所建立的模

3、型是離散的,所以只能是近似的,不可能和實(shí)際物體一樣,因此誤差較大。Shape中有四個(gè)選項(xiàng),其排列規(guī)則是按照維數(shù)而定的,可以根據(jù)我們的模擬對(duì)象確定。Type: Extrusion用于建立一般情況的三維模型Revolution建立旋轉(zhuǎn)體模型Sweep用于建立形狀任意的模型。Approximate size:在此欄中設(shè)定作圖區(qū)的大致尺寸,其單位與我們選定的單位一致。設(shè)置完畢,點(diǎn)擊Continue進(jìn)入作圖區(qū)。(2 PartCreatContinue 這時(shí),使用界面左側(cè)的工具欄便可以作出點(diǎn)、線、面以組成我們所需要的圖形。至此,PART步的基本功能及作用介紹完畢。當(dāng)然,PART首界面中還有其他幾個(gè)欄目,如

4、SHAPE選項(xiàng)用于構(gòu)造較復(fù)雜的物體形狀,FEATURE和TOOL為一般性工具,將在以后作介紹,在此不在熬敘。2.PROPERTY步:在此步中賦予研究對(duì)象的力,熱,化及材料本身的性能。(1 Materialcreat (2 Materialcreatcontinue 可以根據(jù)需要對(duì)上面框圖的選項(xiàng)進(jìn)行選擇,如選擇MachanicalElasticityElastic表示材料為彈性材料,其選擇結(jié)果如下: Suboption:用于當(dāng)材料斷裂時(shí),對(duì)其斷裂處的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行限制,當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變達(dá)到所給定值時(shí),即斷裂。Long-time:其中有兩個(gè)選項(xiàng),分別用于材料受到持續(xù)力和瞬時(shí)力作用的兩種情況。DATA:此處

5、輸入材料給定的楊氏模量和泊松比的值。其單位與先前給定的單位一致。定義完物體的材料特性,接下來(lái)就要選擇這種材料所對(duì)應(yīng)的物體了。(3SectionCreat 首先,可以用上述命令創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體。將其命名為Plane.Category:可以根據(jù)所研究對(duì)象的形狀確定這四個(gè)選項(xiàng)。Type: Homogeneous:適用于組成材料分布且變形均勻的物體,包括平面應(yīng)力。多用于線性。Generalized plane strain:多用于材料的不均勻形變,例如角應(yīng)變。多用于非線性材料。(4 SectionCreatcontinue 執(zhí)行上述命令后,便出現(xiàn)了Edit Section對(duì)話框。Material:此選項(xiàng)已

6、經(jīng)在前面定義,對(duì)于單個(gè)研究對(duì)象而言,不需要在進(jìn)行額外的選擇。Plane stress/strain thickness:此選項(xiàng)應(yīng)根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的實(shí)際厚度來(lái)定。對(duì)于平面應(yīng)力,一般選取物體的實(shí)際厚度。對(duì)于平面應(yīng)變,一般選取力沿著物體作用方向的實(shí)際長(zhǎng)度。我們現(xiàn)在已經(jīng)定義了物體的材料特性,同時(shí)也定義了所選取的研究對(duì)象,接下來(lái)我們將把已經(jīng)定義了的物體的材料特性賦予我們的研究對(duì)象。(5AssignSection 進(jìn)行了上述選擇后,點(diǎn)擊DONE按紐,就OK了。至此我們已經(jīng)完成了給研究對(duì)象賦予其材料特性的任務(wù)了。由于我們是以一個(gè)平面應(yīng)力的金屬薄板作為研究對(duì)象,所以PROPERTY步中還有一些子選項(xiàng)沒(méi)有使用,在此

7、作簡(jiǎn)要的介紹。Profile:適用于研究對(duì)象為桿的情況,在此可定義與桿的截面有關(guān)的各種信息,比如橫截面的形狀,面積,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等等。如下圖所示。Skin:適用于研究對(duì)象為三維或軸對(duì)稱(chēng)的情況。前者用于面,后者用于邊。Skin 的用途在于可以在三維物體的某一個(gè)面或者是軸對(duì)稱(chēng)物體的一條邊上skin附上一層皮膚,這種皮膚可以是異于物體原來(lái)的材料(如鋁等的各種其他材料。在Creat之前,首先要按照上面所講的步驟再定義一個(gè)或多個(gè)Material和Section,然后才能執(zhí)行Creat skin命令。為了定義skin,在定義Section的時(shí)候必須選擇Shell(必須是均勻的,Membrane或者Gasket

8、這些適合于skin的類(lèi)型。一般來(lái)講,定義完成skin以后,在大多數(shù)情況下,不能直接從Viewpoint里直接選取skin 面,這時(shí)就需要執(zhí)行Toolset命令,選取所需要的skin面作為set。從而點(diǎn)擊右下方的set即可選取所需要的skin面。需要注意的是,如果將shell,membrane或gasket單元賦給skin,那么在Mesh步中就必須對(duì)應(yīng)的賦予其shell,membrane或gasket單元。另外,對(duì)于三維物體,在Mesh步中可以產(chǎn)生面和線單元以對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分,對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)物體也是類(lèi)似的。當(dāng)我們對(duì)三維物體的面和線進(jìn)行劃分時(shí),位于其上方的皮膚加強(qiáng)層也相應(yīng)的被網(wǎng)格剖分了,而不能單獨(dú)的對(duì)

9、皮膚加強(qiáng)層進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 Offset:該選項(xiàng)可以對(duì)皮膚附加邊和皮膚附加面進(jìn)行定位,Offset值可以為正,也可以為負(fù)。例如,在殼體和軸對(duì)稱(chēng)物體中應(yīng)用負(fù)的Offset值,表明其上的皮膚邊被定位;在實(shí)體中應(yīng)用負(fù)的Offset值,則表明皮膚層被實(shí)體所包含。在PART和PROPERTY步中,我們建立了所研究對(duì)象的模型,并且賦予了其材料特性。注意到整個(gè)過(guò)程是在局部坐標(biāo)系下進(jìn)行,這對(duì)于由單一形狀構(gòu)成的模型尚可,但對(duì)于由多個(gè)部分構(gòu)成的物體來(lái)說(shuō),其中的每個(gè)部分都具有其獨(dú)立的局部坐標(biāo)系,為此,我們必須將其劃歸到一個(gè)統(tǒng)一的整體坐標(biāo)系中,使其成為一個(gè)整體。3.ASSEMBLY步:統(tǒng)一坐標(biāo)系執(zhí)行InstanceCr

10、eate 點(diǎn)擊OK即可。下面簡(jiǎn)單介紹一下Instance的其他幾個(gè)命令和Constraint用法。 Create:用于將所選的部分置于全局坐標(biāo)系下。Translate:用于剛體的平行移動(dòng),移動(dòng)的距離通過(guò)坐標(biāo)來(lái)選定。Rotate:將所選的物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。Replace:用于組成對(duì)象的各個(gè)部分之間的相互轉(zhuǎn)換。Convert Constraints:重新定位所選的部分。 Constraint命令適合于物體的組成部分多于一個(gè)的情況。用于各個(gè)部分之間的定位。在此不祥述。4.STEP步:用于定義分析的步驟,可以是一步,也可以是多步,視具體情況而定。同時(shí)給出輸出要求。Step分為initial,step-1,

11、step-2,其中initial為ABAQUS 自動(dòng)給出,其余為作者自定義。在上述例題中,我們給出一個(gè)分析步:initial中賦予邊界條件,step-1中賦予集中力荷載。如下所示:(1StepCreat Procedure type: General:全稱(chēng)為General nonlinear perturbation,與Linear perturbation相對(duì)應(yīng)。此分析步定義了一個(gè)連續(xù)的事件,即前一個(gè)General步的結(jié)束是后一個(gè)General步的開(kāi)始。Linear perturbation: 此分析步定義了在General nonlinear步結(jié)束時(shí)的一個(gè)線性擾動(dòng)響應(yīng)。在沒(méi)有線性繞動(dòng)的情況

12、下,一般選擇General步。由于是靜態(tài)問(wèn)題,此處下選static, general.點(diǎn)擊continue進(jìn)入編輯狀態(tài)。 在Basic欄中,定義了時(shí)間步長(zhǎng),并用文字對(duì)此步進(jìn)行了描述。Nigeom狀態(tài)由物體的形變或位移大小而定。在靜態(tài)問(wèn)題中,一般為小位移形變,ABAQUS的默認(rèn)值為OFF;在動(dòng)態(tài)問(wèn)題中,一般形變較大,默認(rèn)值為ON。其后的兩個(gè)復(fù)選框均用于熱傳遞,在此不作敘述。 Incrementation欄中,通過(guò)選擇增量尺寸來(lái)確定所輸出的禎(frame的數(shù)量。增量的尺寸越小,所輸出的禎的數(shù)量就越多;顯然,禎的數(shù)量不能無(wú)限的多,可以通過(guò)Maximum number of increments選項(xiàng)來(lái)

13、確定禎的最大值。ABAQUS/CAE給出了增量尺寸的最小值1e-005,如果出現(xiàn)結(jié)果不收斂的情況,可以減少增量尺寸的最小值。另外,為了避免結(jié)果不收斂的情況,可以通過(guò)選擇Atomatic選項(xiàng)讓系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)增量尺寸。有的時(shí)候,在確保所選的增量尺寸能夠收斂的情況下,選擇Fixed,這樣可以加快系統(tǒng)運(yùn)算速度,減少內(nèi)存,但此項(xiàng)一般不建議使用。 由于我們將要給物體加載集中力,由于我們把加載的過(guò)程分成了100步,所以加載力從第一步開(kāi)始由零遞增。因此,在Default load variation with time欄中,選擇后者。前者代表加載力為瞬時(shí)力。另外,在首項(xiàng)中還可以設(shè)置求解器類(lèi)型,一般情況下,我們選

14、擇系統(tǒng)默認(rèn)的求解器。(2OutputField Output RequestsCreate:創(chuàng)建一個(gè)輸出要求。 Domain:選擇whole model代表將整個(gè)模型的場(chǎng)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)中,選擇Set name代表將所選定的已經(jīng)命名區(qū)域的場(chǎng)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)中,選擇Bolt load name代表將已命名的螺栓荷載的場(chǎng)數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)中。Output Variable:可以輸出應(yīng)力,應(yīng)變,位移等變量。Use defoaults:將系統(tǒng)默認(rèn)的截面點(diǎn)的場(chǎng)數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)中,此時(shí)的系統(tǒng)默認(rèn)值即為在PROPERTY步中定義的截面點(diǎn)。Specify:將自定義的截面點(diǎn)的場(chǎng)數(shù)據(jù)輸

15、出到數(shù)據(jù)庫(kù)中,自定義的截面點(diǎn)只能用于已選擇的輸出要求中(如上述stresses,strains,displacement/velocity/acceleration中的被選項(xiàng),而對(duì)于其中的未選項(xiàng)仍使用默認(rèn)的截面點(diǎn)。Save output at:用于定義結(jié)果的輸出頻率。設(shè)置完畢,點(diǎn)OK鍵。至此,step設(shè)置完成。主菜單中的Other選項(xiàng)只適用于ABAQUS顯示分析(Explicit,例如象沖擊和爆炸這樣短暫、瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)事件。前兩項(xiàng)主要是選擇一個(gè)區(qū)域,適時(shí)改變其網(wǎng)格劃分,以適合沖擊和爆炸這樣短暫、瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)事件。第三選項(xiàng)也只適用于ABAQUS顯示分析(Explicit,用于對(duì)接觸進(jìn)行控制。最后一項(xiàng)

16、用于設(shè)置各種參數(shù),一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)值,不需要改變其值。5.INTERACTION步:用于組成物體的各個(gè)部分之間的交互。這里引用的例子是單個(gè)金屬板的平面應(yīng)力,故不使用交互命令。只作簡(jiǎn)單的介紹。通過(guò)INTERACTION步我們可以做以下幾件事:定義一個(gè)模型的各個(gè)區(qū)域之間或模型的一個(gè)區(qū)域與其周?chē)鷧^(qū)域之間的力學(xué)和熱學(xué)的交互特性(接觸特性,傳動(dòng)特性等定義一個(gè)模型的各個(gè)區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)性(如鉸結(jié)等定義一個(gè)模型的兩個(gè)點(diǎn)之間或模型的一個(gè)點(diǎn)與地面之間的聯(lián)結(jié)特性。(1 interactionpropertycreate(定義交互特性 Contact: Mechanical:Tangential Behavio

17、r用于定義區(qū)域之間的摩擦和彈性滑動(dòng)(系數(shù);Normal Behavior用于定義垂直方向的接觸狀況(硬接觸,軟接觸等;Damping用于定義區(qū)域之間的阻尼系數(shù)(動(dòng)態(tài). Thermal:用于定義區(qū)域之間的熱學(xué)交互包括(熱傳導(dǎo),放熱,熱輻射等.Film Condition:用于定義溫度場(chǎng)及其他場(chǎng)的表面散熱系數(shù),僅適用于薄膜表面的情況。Actuator/sensor:用于定義區(qū)域之間的傳動(dòng)和傳感特性。定義完交互特性,接下來(lái)就要?jiǎng)?chuàng)建交互了。(2 InteractionCreate Surface-to-sueface contact:用于創(chuàng)建兩個(gè)可變形面之間或一個(gè)可變形面與一個(gè)剛度面之間的交互。Sel

18、f-contact:用于創(chuàng)建位于一個(gè)獨(dú)立面內(nèi)的兩個(gè)不同面積之間的交互。Elastic foundation:是一種便捷的設(shè)置交互方式,只能在initial步中設(shè)定,一旦設(shè)定,則在以后的step中交互特性均為彈性,而不再需要對(duì)其交互細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)置,也不需要進(jìn)行重復(fù)設(shè)置。當(dāng)然,如果組成模型的各個(gè)部分是緊密相連的,就需要使用Connector復(fù)選框了。Connector復(fù)選框是和Interaction復(fù)選框并列的,創(chuàng)建方式也與其類(lèi)似,即先定義聯(lián)結(jié)特性,再創(chuàng)建聯(lián)結(jié)。在此不再詳細(xì)敘述。 Constrain:這里的Constrain與Assembly步中的Constrain有所不同,前者限制了模型分析的自由

19、度,而后者僅僅限定了模型中各個(gè)部分的相對(duì)位置,前者是對(duì)后者進(jìn)一步的限制。 Tie:用于定義兩個(gè)獨(dú)立面之間的連接,使它們之間沒(méi)有相對(duì)移動(dòng)。Tie命令可以使兩個(gè)區(qū)域緊密的融合在一起,甚至可以連接兩個(gè)網(wǎng)格劃分截然不同的區(qū)域。 Rigid body:通過(guò)選定一個(gè)參考點(diǎn)和集合中的一個(gè)區(qū)域,從而限定這個(gè)區(qū)域與參考點(diǎn)之間的相對(duì)位移,但在整個(gè)分析過(guò)程中,集合中各區(qū)域之間的相對(duì)位置保持不變。 Display Body:這種類(lèi)型的限制適用于在力學(xué)和多體動(dòng)態(tài)問(wèn)題中剛體之間經(jīng)由聯(lián)結(jié)(connector交互的情況。具體的例子見(jiàn)ABAQUS/CAE Users Manual Coupling:用于限制一個(gè)面相對(duì)于一個(gè)點(diǎn)的

20、運(yùn)動(dòng)。 Equation:用系數(shù)和各結(jié)點(diǎn)自由度組成的等式進(jìn)行限制,如下所示: 下面將進(jìn)行的是邊界條件和力的加載。6.LOAD步:加載邊界條件和力(1 BCCreate:首先在initial步中創(chuàng)建邊界條件。 相應(yīng)于Mechanical欄,總共有七種可供選擇的邊界條件類(lèi)型。Symmetry/Antisymmetry/Encastre:此選項(xiàng)給出了對(duì)稱(chēng),反對(duì)稱(chēng),鉸接,固結(jié)等四種邊界條件的設(shè)定情況?？梢愿鶕?jù)具體的約束情況進(jìn)行選擇。Displacement/Rotation:其功能與上述命令的功能大致相同,但除了上述功能外,還適用于非對(duì)稱(chēng)的情況。例如有些約束只需要限定其中的一個(gè)或兩個(gè)自由度,在這種情況

21、下,就只能使用Displacement/Rotation命令了。若是要改變約束所在的坐標(biāo)系統(tǒng),單擊位于CSYS右側(cè)的EDIT按鈕,在右下方的LIST欄中選擇一個(gè)預(yù)先定義的坐標(biāo)系,或者直接從viewpoint中選擇坐標(biāo)系,坐標(biāo)系的默認(rèn)值是GLOBAL。Velocity/Angular Velocity:用來(lái)為你所定義的區(qū)域結(jié)點(diǎn)的自由度提供速度或角速度。同樣,如果想改變約束所在的坐標(biāo)系,如上所示選擇所需要的坐標(biāo)系。,此時(shí)在編輯菜單中會(huì)出現(xiàn)Distribution,點(diǎn)擊此命令右側(cè)的箭頭,就會(huì)出現(xiàn)Uniform 和User-defined兩個(gè)復(fù)選項(xiàng),前者定義了一個(gè)均布的邊界條件,后者則表示可在用戶(hù)子程

22、序DISP中定義邊界條件。Acceleration/Angular Acceleration:用來(lái)為你所選定的區(qū)域結(jié)點(diǎn)的自由度提供加速度或角加速度。其他與上類(lèi)似。以上三個(gè)選項(xiàng)適用于模型各部分之間無(wú)聯(lián)結(jié)的情況,而對(duì)于各個(gè)部分通過(guò)鉸接,固結(jié)等方式連接起來(lái)的模型,則需要使用Connector displacement, Connector Velocity以及Connector Acceleration這三個(gè)選項(xiàng)了,其功能與上述三個(gè)基本類(lèi)似,在此不再敘述。在平面應(yīng)力問(wèn)題中,通過(guò)對(duì)邊界條件的選擇,我們限定了三個(gè)結(jié)點(diǎn),如下圖所示: 當(dāng)然,BC復(fù)選框還可以定義聲學(xué),電學(xué)等不同形式的邊界條件,在此只做出說(shuō)明

23、。我們已經(jīng)在initial步中定義了模型的邊界條件,下面我們將在step-1中定義荷載。(2LoadCreate:在此選項(xiàng)中進(jìn)行加載。 在此,我們僅介紹力學(xué)加載(Mechanical,在所有的13種加載類(lèi)型中,也僅介紹幾種常用荷載,以供大家參考。Concentrated force:代表集中力,其表示方法有CF1,CF2,CF3,分別表示三個(gè)方向的力。Moment:代表力矩,其表示方法有CM1,CM2,CM3,分別表示三個(gè)方向的力矩值。Pressure:有兩種類(lèi)型的壓力,可以在此后的Distribution選項(xiàng)中進(jìn)行選擇。選擇項(xiàng)中Uniform代表等壓力,Hydrostatic代表靜水壓力。P

24、ipe Pressure:用于定義管狀或肘狀模型中的內(nèi)外壓強(qiáng)。在其中還可以定義管的類(lèi)型(封閉管還是通管,也可以定義壓強(qiáng)的類(lèi)型(等壓還是靜水壓力,在此不詳述。Body force:用于定義單位體積的受力。Line load:用于定義單位長(zhǎng)度的受力。Gravity:用于定義一個(gè)固定方向的加速度。通過(guò)在Gravity Load中所鍵入的加速度值以及先前所定義的區(qū)域的材料密度,ABABQUS可以計(jì)算出施加在這個(gè)區(qū)域中的荷載。用于動(dòng)態(tài)。Generalized plane strain load:定義一個(gè)軸向荷載,將其應(yīng)用于具有平面應(yīng)變區(qū)域內(nèi)的參考點(diǎn)上。在其復(fù)選框內(nèi),需要選擇力的大小,力關(guān)于X軸的轉(zhuǎn)矩,力

25、關(guān)于Y 軸的轉(zhuǎn)矩,并將其應(yīng)用于參考點(diǎn)。Rotational body force:此項(xiàng)定義了一個(gè)施加在整個(gè)模型上的旋轉(zhuǎn)的體力。在金屬板平面應(yīng)力的例子當(dāng)中,我們使用的是集中力,大小為6000。如下圖: Follow nodal rotation:默認(rèn)為toggel off,因?yàn)榇藭r(shí)模型為小變形,可以認(rèn)為力的方向不隨模型變形方向的改變而改變。而在大變形中,則不可以忽略這種改變,應(yīng)選toggel on.下面簡(jiǎn)單介紹Field復(fù)選框的用法。FieldCreate 在Field復(fù)選框中可以定義兩種場(chǎng)變量:速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)。速度場(chǎng)在起始步中定義,用以定義所選區(qū)域的起始速度。溫度場(chǎng)在分析步中定義,用以定義所選

26、區(qū)域溫度場(chǎng)在數(shù)值和時(shí)間上的變化。ABAQYS將把所定義的溫度場(chǎng)賦個(gè)給所選的對(duì)象。Load case:用于各種不同條件下的加載,多用于動(dòng)態(tài),在此不再詳述。7.MESH步:在這一步當(dāng)中你可以產(chǎn)生一個(gè)集合的網(wǎng)格劃分,根據(jù)分析的需要,你可以對(duì)網(wǎng)格劃分的方式進(jìn)行控制,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生不同的網(wǎng)格劃分。當(dāng)你修改PART步和ASSEMBLY步中的參數(shù)時(shí),系統(tǒng)在此步會(huì)自動(dòng)生成適合于這個(gè)模型的網(wǎng)格劃分。當(dāng)然,由于ABAQUS在網(wǎng)格劃分方面的功能還不夠強(qiáng)大,不能夠完全按照作者的意圖隨心所欲的進(jìn)行劃分,因此,可以用Patran或Hypermesh 等軟件生成網(wǎng)格,然后導(dǎo)入至CAE中。(1Meshcontrols:對(duì)網(wǎng)格

27、單元的形狀以及網(wǎng)格劃分的方式進(jìn)行定義。 Element type:Quad:完全使用四邊形網(wǎng)格單元,而不使用任何的三角形單元。此項(xiàng)為系統(tǒng)默認(rèn)值。如下所示: Quad-dominated:主要使用的是四邊形的網(wǎng)格單元,但是在過(guò)度區(qū)域允許出現(xiàn)三角形網(wǎng)格單元。如下圖所示: Tri:完全使用三角形網(wǎng)格單元,而沒(méi)有四邊形單元。不再舉例了。當(dāng)然,以上是對(duì)平面圖形進(jìn)行網(wǎng)格劃分,如果是對(duì)立體圖形進(jìn)行網(wǎng)格劃分,那么相應(yīng)的選項(xiàng)如下: Hex:完全使用立方體(六面體網(wǎng)格單元。 Hex-dominated:主要使用六面體網(wǎng)格單元,在過(guò)度區(qū)域允許使用三棱錐(四面體網(wǎng)格單元。 Tet:完全使用三棱錐(四面體網(wǎng)格單元。Te

28、chnique:free:自由劃分網(wǎng)格,也就是說(shuō),在這種網(wǎng)格生成之前,不可能對(duì)所劃分的網(wǎng)格模式進(jìn)行預(yù)測(cè)。這種劃分方法具有很強(qiáng)的靈活性。適用于模型區(qū)域的結(jié)構(gòu)形態(tài)非常復(fù)雜的情況。對(duì)于二維區(qū)域,可以使用三角形,四邊形或者二者混合的單元形狀;對(duì)于三維區(qū)域可以使用三棱錐單元。下面分別介紹這兩種情況: Free meshing with quadrilateral and quadrilateral-dominated elements:用四邊形或以四邊形為主的單元自由剖分。如下圖所示: 在含有四邊形單元的剖分方式中,ABAQUS還提供了一個(gè)復(fù)選框,即算法復(fù)選框,其中有兩個(gè)選項(xiàng): 1. 中間軸算法:當(dāng)使用

29、這種算法的自由剖分方法時(shí),系統(tǒng)先將整個(gè)區(qū)域分割成規(guī)則的網(wǎng)格區(qū)域,然后再對(duì)更小的部分進(jìn)行劃分。對(duì)于虛擬結(jié)構(gòu)(Virtual Topology和不精確部分(imprecise part,最好不要使用中間軸算法。但是,如果將中間軸算法與固定布種(fixed seed結(jié)合起來(lái)時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的選擇最佳的布種數(shù)量和布種的最佳位置。如下所示: 需要注意的是,使用中間算法自由剖分的時(shí)候,四邊形和三角形兼有的網(wǎng)格單元模式與完全四邊形網(wǎng)格單元模式實(shí)質(zhì)上是相同的。但是,前者在區(qū)域中插入了一些獨(dú)立的三角形,使之得以與種子更好的匹配,因此,前者比后者能夠產(chǎn)生一個(gè)更快的網(wǎng)格劃分。2.進(jìn)階算法:當(dāng)使用這種算法的自由網(wǎng)格剖分

30、時(shí),系統(tǒng)首先在區(qū)域的邊界上產(chǎn)生了四邊形的網(wǎng)格單元,然后逐步的在區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生四邊形網(wǎng)格單元,使之真正的與網(wǎng)格種子相匹配。如下圖所示: Advancing front選項(xiàng)的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)格的過(guò)渡,這是我們所需要的。然而,在較窄區(qū)域內(nèi)匹配每粒種子會(huì)影響網(wǎng)格劃分的質(zhì)量。相對(duì)于中間軸算法而言,進(jìn)階算法適用于那些具有不精確部分(對(duì)于一個(gè)被導(dǎo)入的模型部分,如果必須使用一個(gè)更寬松的公差才能在CAE創(chuàng)建一個(gè)與這個(gè)模型部分相似的模型的話,那么這個(gè)被導(dǎo)入的模型部分就被認(rèn)為是不精確的和虛擬結(jié)構(gòu)(忽略了小邊,小面等不重要部分的結(jié)構(gòu),以后將在TOOL SET部分講到的模型。說(shuō)明:;當(dāng)使用中間軸算法進(jìn)行自由剖分時(shí),通

31、過(guò)系統(tǒng)默認(rèn),ABASQUS使得網(wǎng)格的過(guò)度最小化,網(wǎng)格過(guò)度的最小化可以更快的生成更好的網(wǎng)格。然而,這種方法生成的結(jié)點(diǎn)很容易偏離種子。下圖列舉了使用和不使用網(wǎng)格過(guò)度最小化的中間軸算法以及使用進(jìn)階算法所構(gòu)筑的網(wǎng)格劃分的不同: 中間軸算法(medial axis algorithm和進(jìn)階算法(advancing front algorithm不同:我們注意到,當(dāng)使用四邊形或主導(dǎo)四邊形單元的自由剖分方法MESH一個(gè)面的時(shí)候,ABAQUS會(huì)讓你選擇不同的算法。如果模型被分成了一個(gè)以上的區(qū)域,你也可以對(duì)不同的區(qū)域選擇不同的算法。中間軸算法:這種算法首先把將被網(wǎng)格劃分的區(qū)域分解成一組更簡(jiǎn)單的區(qū)域。然后使用結(jié)構(gòu)

32、化劃分方法(一種不同于自由劃分方法的劃分方式將單元充填至這些簡(jiǎn)單區(qū)域中。對(duì)于完全四邊形元素而言,這種算法被設(shè)置為系統(tǒng)的默認(rèn)值。如果將被網(wǎng)格劃分的區(qū)域相對(duì)的簡(jiǎn)單,并且包含了很大數(shù)目的單元,那么這種算法所用的時(shí)間要少于進(jìn)階算法。使用中間軸算法下屬的minimize the mesh transition 選項(xiàng)(即網(wǎng)格過(guò)渡最小化可以提高網(wǎng)格質(zhì)量,但這個(gè)選項(xiàng)只用于四邊形單元網(wǎng)格劃分。進(jìn)階算法:這種算法實(shí)現(xiàn)的方法在前面已經(jīng)介紹過(guò)。它首先在區(qū)域的外邊界部分生成四邊形單元,然后四邊形單元在隨著由區(qū)域表面向區(qū)域內(nèi)部的逐步移動(dòng)中繼續(xù)被生成。對(duì)于主導(dǎo)四邊形網(wǎng)格而言,系統(tǒng)的默認(rèn)值為進(jìn)階算法。而且,用進(jìn)階算法所產(chǎn)生的

33、主導(dǎo)四邊形網(wǎng)格都可以很好的與種子相匹配。對(duì)于其它的網(wǎng)格而言,用進(jìn)階算法生成的元素比用中間軸算法生成的元素能更好的與種子相匹配。進(jìn)階算法支持虛擬結(jié)構(gòu)和不精確模型,而中間軸算法則不支持。下面是用兩種算法的四邊形主導(dǎo)單元進(jìn)行的網(wǎng)格劃分的例子: 從圖中可以看出,兩種算法產(chǎn)生的網(wǎng)格都令人滿(mǎn)意。如下圖所示,由于進(jìn)階算法所產(chǎn)生的元素總是與種子相對(duì)應(yīng),因此由此導(dǎo)致的較窄區(qū)域的網(wǎng)格元素可能會(huì)有歪斜。 通過(guò)下面的例子,我們可以看出進(jìn)階算法更能夠產(chǎn)生具有統(tǒng)一面比率的均勻的單元尺寸。 均勻的單元尺寸在分析中會(huì)扮演很重要的角色。例如,如果你在ABAQUS/Explicit中創(chuàng)建了一個(gè)網(wǎng)格,網(wǎng)格中的小單元會(huì)限制時(shí)間的步長(zhǎng)

34、。除此之外,如果必須要求單元和結(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng),那么優(yōu)先選擇進(jìn)階算法。下面講一下使用三角單元進(jìn)行的自由網(wǎng)格劃分Free meshing with triangular and tetrahedral elements:用三角或三棱錐網(wǎng)格單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。它使用于任何平面或曲面,模型可以是精確的也可以是不精確的。三角單元的自由劃分可以處理變動(dòng)很大的單元尺寸,這在對(duì)已經(jīng)劃分完畢的模型中的某一部分進(jìn)行細(xì)化時(shí)是非常有用的。系統(tǒng)用來(lái)計(jì)算三角自由劃分的時(shí)間隨著單元和結(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而線性增長(zhǎng)。下圖就是三角單元的一個(gè)自由剖分: 三角單元的自由網(wǎng)格劃分幾乎可以應(yīng)用于任何三維的區(qū)域;下圖顯示了一個(gè)三棱錐網(wǎng)格劃分的例子,

35、在這里不可以使用立方體單元。 對(duì)于形狀較復(fù)雜的模型,在應(yīng)用三角單元自由剖分時(shí),應(yīng)該先用Query中的Geometry Diagnostics檢查部分或集合的幾何狀況,以確保固體內(nèi)沒(méi)有自由邊,短邊,小平面以及沒(méi)有具有小平面的頂角。實(shí)體的三角單元的網(wǎng)格自由劃分由兩個(gè)階段組成:首先是在固體區(qū)域的外表面生成三角形的邊界網(wǎng)格,然后使用三角形生成三棱錐網(wǎng)格作為外部的三棱錐單元的面。如果你的模型是復(fù)雜的,那么生成三棱錐網(wǎng)格是很耗時(shí)的。為了節(jié)約時(shí)間,我們可以在網(wǎng)格劃分的第一階段查看以下邊界面上的三角形單元,如果看起來(lái)可以接受,我們可以繼續(xù)對(duì)區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行剖分;如果不行,則可以試著設(shè)定更細(xì)的種子。系統(tǒng)會(huì)突出的顯示

36、網(wǎng)格劃分失敗的任何邊界上的面。失敗的原因經(jīng)常是因?yàn)榉N子分布太疏或者是將種子賦給了微小的邊和面。如果微小的邊或面使得系統(tǒng)不能產(chǎn)生一個(gè)令人滿(mǎn)意的四面體網(wǎng)格,我們可以使用修理工具去除多余的邊或點(diǎn),也可以去除面或空隙處的縫?？梢杂胻oolset中的Virtual Topology命令來(lái)忽略微小的邊或面。第三種方法是使用partitions分割又長(zhǎng)又窄的面或晶胞以減少其面比率。Technique:Structured:結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法,它使用簡(jiǎn)單的,預(yù)先定義的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。 在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法中,只適用于四邊形或主導(dǎo)四邊形單元,ABAQUS/CAE 將規(guī)則形狀的網(wǎng)格(例如正方形或正方體應(yīng)

37、用于將要被網(wǎng)格劃分區(qū)域的表面。下圖說(shuō)明了三角形,正方形和五邊形的網(wǎng)狀模塊是如何被應(yīng)用到更加復(fù)雜的形狀的。(這個(gè)更加復(fù)雜的形狀指的是由這些平面的三角形,正方形,五角形經(jīng)過(guò)變形或彎曲后所相應(yīng)形成的彎曲的三邊形,四邊形和五邊形 (圖1結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法適用于那些已經(jīng)被賦予了四邊形或主導(dǎo)四邊形單元的二維區(qū)域以及賦予了立方體或主導(dǎo)立方體單元的三維區(qū)域。如果使用其他的網(wǎng)格劃分方法,那么網(wǎng)格邊界的結(jié)點(diǎn)總是位于模型幾何區(qū)域的表面上。然而,當(dāng)使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法創(chuàng)建網(wǎng)格的時(shí)候,網(wǎng)格內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)有可能游離于模型的幾何區(qū)域之外,從而導(dǎo)致一個(gè)扭曲,無(wú)效的網(wǎng)格。這個(gè)問(wèn)題一般發(fā)生在具有中凹特性的曲面上。例如,下面所示的圖

38、形是一個(gè)五邊形的平面結(jié)構(gòu),如果使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法,那么四邊形網(wǎng)格元素將被均勻的分布其中,從而形成了一個(gè)網(wǎng)格劃分規(guī)則的五邊形區(qū)域。如下示: (圖2我們可以這樣理解“網(wǎng)格內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)可能游離于模型的幾何區(qū)域之外”這句話:首先,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法的特點(diǎn)在于這種方法可以將簡(jiǎn)單的規(guī)則區(qū)域的網(wǎng)格劃分轉(zhuǎn)變到我們想要的網(wǎng)格劃分的幾何區(qū)域上。以正方形為例,如上圖1所示,中間是一個(gè)已經(jīng)被劃分好的平面正方形區(qū)域,彎曲后,就變成了我們所需要的二維圖形(箭頭所示,此時(shí)就自然形成了這個(gè)彎曲平面圖形的網(wǎng)格劃分,原來(lái)正方形區(qū)域的正方形網(wǎng)格元素就變成了彎曲后的四邊形網(wǎng)格元素,不再是正方形元素了。我們也可以用同樣的方式解釋圖1

39、中的三角形和五邊形區(qū)域的轉(zhuǎn)變。正是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化劃分的上述特點(diǎn),才使得所有被結(jié)構(gòu)劃分的區(qū)域中的網(wǎng)格分布都盡可能的趨于對(duì)稱(chēng)。圖2是一個(gè)規(guī)則的五邊形中凹區(qū)域,保持其它邊的種子不變,減少位于最內(nèi)層的高弧度邊上的種子數(shù)目(圖3所示,然后用結(jié)構(gòu)化劃分方法重新劃分,得出的結(jié)果如圖4,我們從圖中可以看出,位于網(wǎng)格線(任選一條,用紅色標(biāo)記內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)(用實(shí)心小圓球標(biāo)記已經(jīng)不在五邊形區(qū)域之中了,而是游離于其外。而位于網(wǎng)格線邊界的結(jié)點(diǎn)則仍然屬于這個(gè)五邊形區(qū)域。 圖3 圖4上述情況可以通過(guò)下列方法解決:改變網(wǎng)格的種子,重新進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對(duì)于上例就要將圖4中的高弧度邊上的種子數(shù)增加到圖2的情形。將模型劃分成更小的且更規(guī)則的

40、區(qū)域。下圖就將模型劃分成三個(gè)規(guī)則的區(qū)域。 可以選擇不同的網(wǎng)格劃分方法。這種方法最適合二維模型區(qū)域,可以將原來(lái)的結(jié)構(gòu)化劃分方法轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂删W(wǎng)格劃分方法,而且在網(wǎng)格中仍然可以保留四邊形元素。三維模型自由網(wǎng)格劃分限于四面體元素。將上述模型轉(zhuǎn)化成自由網(wǎng)格劃分的效果圖如下: 上圖中的網(wǎng)格是不對(duì)稱(chēng)的,是典型的自由網(wǎng)格劃分。上面我們對(duì)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分有了初步的了解,接下來(lái)我們分別講述二維和三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。二維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分具有以下特征的二維區(qū)域才可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分: 區(qū)域內(nèi)沒(méi)有孔洞,孤立的邊,或者是孤立的點(diǎn)。 模型區(qū)域有三到五條邏輯邊(我們可以把近乎直線的兩條邊看作是一條邏輯邊,如下圖所示組成,每條邊之

41、間相互連接。 (如紅線所示的兩條邊均可以看作是一條邏輯邊一般來(lái)講,在三種劃分方法中,結(jié)構(gòu)化劃分方法能夠最好的對(duì)CAE所產(chǎn)生的網(wǎng)格進(jìn)行控制。如果你想用完全四邊形元素對(duì)一個(gè)四條邊區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,那么網(wǎng)格單元的邊在邊界上必須分布均勻。對(duì)于三邊形或五邊形區(qū)域,限制條件將會(huì)更加復(fù)雜。當(dāng)使用結(jié)構(gòu)化劃分時(shí),系統(tǒng)會(huì)考慮種子分布(所謂的種子分布是指種子的空間排布,與種子的數(shù)量無(wú)關(guān)。比如說(shuō),種子分布關(guān)心的是種子到底是沿著一條邊均勻的排列還是在這條邊的末端更加集中一些.不過(guò),在兩個(gè)區(qū)域過(guò)渡的地方網(wǎng)格必須協(xié)調(diào),比如說(shuō),兩個(gè)相鄰的區(qū)域分別用的是結(jié)構(gòu)化和自由網(wǎng)格劃分,那么系統(tǒng)就可能調(diào)節(jié)網(wǎng)格區(qū)域的結(jié)點(diǎn)以使得過(guò)渡區(qū)域的網(wǎng)格

42、劃分協(xié)調(diào),正因?yàn)槿绱?可能使得實(shí)際的元素結(jié)點(diǎn)不相互匹配。當(dāng)你用結(jié)構(gòu)化主導(dǎo)四邊形元素劃分一個(gè)四邊形區(qū)域時(shí),系統(tǒng)會(huì)插入一個(gè)單獨(dú)的三角形,由此產(chǎn)生的網(wǎng)格很好的與種子相匹配,如下圖所示: 然而,當(dāng)你用結(jié)構(gòu)化主導(dǎo)四邊形元素劃分三邊或五邊形區(qū)域時(shí),系統(tǒng)將不會(huì)插入任何三角形,由此產(chǎn)生的網(wǎng)格使用的是完全四邊形元素;而且網(wǎng)格也可能與種子不匹配。如果兩條邊所成的角度很小的話,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將這兩條邊看作成一條邏輯邊.因此,對(duì)于一個(gè)五邊形區(qū)域而言,將會(huì)應(yīng)用一個(gè)四邊形的網(wǎng)格劃分模式。如下所示: 如果你想用結(jié)構(gòu)化四邊形元素對(duì)一個(gè)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,那么這個(gè)區(qū)域必須要有比較規(guī)則的形狀,否則系統(tǒng)將會(huì)生成一個(gè)無(wú)效的網(wǎng)格。下圖即為所

43、展示的無(wú)效的網(wǎng)格。 如果發(fā)生上圖這種網(wǎng)格中包含無(wú)效的元素,我們可以用三種方法去糾正調(diào)整網(wǎng)格種子的位置利用Redefine the region corners命令將區(qū)域分割為更小且形狀更規(guī)則的區(qū)域。運(yùn)用這三種方法所得的結(jié)果如下圖所示: 三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分下圖顯示了能夠直接用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法劃分的簡(jiǎn)單三維圖形。 如果要使用這種方法劃分更復(fù)雜的區(qū)域,可能需要進(jìn)行人工分割。如果不進(jìn)行分割,你唯一的選擇可能就是自由網(wǎng)格劃分。如果要想成功的使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法劃分一個(gè)三維區(qū)域,必須具備下面的特征。 區(qū)域內(nèi)不能夠有任何孔洞,孤立的面,孤立的邊或者是孤立的頂點(diǎn)。如下所示: 對(duì)于孔洞問(wèn)題,你可以通過(guò)對(duì)孔洞

44、進(jìn)行分割來(lái)達(dá)到消除孔洞的目的。例如,下圖中的四次分割將一個(gè)具有孔洞的區(qū)域轉(zhuǎn)變成了四個(gè)不包含孔洞的區(qū)域。下圖所示: 面和邊上的弧度值應(yīng)該小于90度,或者至少應(yīng)該避免面和邊上的凹面或凹度的出現(xiàn)。下圖就是將一個(gè)180度的凹面分割成了兩個(gè)90度的凹面。 三維物體的所有的面必須要保證可以用二維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法劃分。例如,下圖所示模型的兩個(gè)半圓形末端在分割前各有兩條邊(注意:結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法只適用于具有三條或三條以上邊的面,如果將這個(gè)模型分成兩半,那么末端的兩個(gè)半圓就被分解成了四個(gè)具有三條邊的面。 要保證區(qū)域的每個(gè)頂點(diǎn)有三條邊匯合才可以使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法。例如,下圖所示,棱錐分割前頂點(diǎn)處有四條邊交

45、匯,如果將這個(gè)棱錐分割成兩個(gè)四面體,那么每個(gè)四面體的頂點(diǎn)處僅僅就有三條邊連接,就可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)化劃分了。如下圖: 三維區(qū)域必須有至少四個(gè)面(例如四面體區(qū)域.如果一個(gè)區(qū)域少于四個(gè)面,你就應(yīng)該分割這個(gè)區(qū)域以產(chǎn)生更多的面。面之間所成的角要盡可能的接近90度;如果面之間的角大于150度,那么就應(yīng)該對(duì)它進(jìn)行分割。構(gòu)成區(qū)域的面必須符合以下要求:(在英文中,side指大面,face指大面中包含的小面.第一:如果三維區(qū)域不是立方體的話,side只能對(duì)應(yīng)于一個(gè)face;也就是說(shuō),side 不能夠包含多個(gè)face。第二:如果三維區(qū)域是一個(gè)立方體,side就可以由多個(gè)相同幾何形狀的face所組成。然而,其中的每個(gè)fa

46、ce必須有四條邊。除此以外,face必須滿(mǎn)足這樣一種要求,即當(dāng)立方體被網(wǎng)格劃分的時(shí)候,要保證沿著face的立方體元素呈現(xiàn)出規(guī)則的網(wǎng)格形狀。如下圖,圖1就是一個(gè)符合要求的face模式,而圖2則不符合要求。 (圖1(由圖1生成的網(wǎng)格上圖使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分立方體所生成的網(wǎng)格,結(jié)果生成了規(guī)則的網(wǎng)格模式,在被劃分的side上,行和列的結(jié)點(diǎn)排列很連貫。而下圖則是一個(gè)不符合要求的face模式。 (圖2 (由圖2所生成的網(wǎng)格圖2左不可以使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法,因?yàn)槊總€(gè)face僅僅有三條邊。圖2右雖然每個(gè)face都有四條邊,但是在被分割的side中所生成的網(wǎng)格元素不規(guī)則,所以也不宜使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。Techn

47、ique:Sweep:掃描式網(wǎng)格劃分。這種類(lèi)型的網(wǎng)格劃分一般用于劃分復(fù)雜的擠壓件或者是旋轉(zhuǎn)體。這種網(wǎng)格劃分大概分為兩步:首先,系統(tǒng)在區(qū)域的一個(gè)面上生成網(wǎng)格,這個(gè)面叫做起始面。然后,系統(tǒng)自動(dòng)拷貝這個(gè)面網(wǎng)格上的結(jié)點(diǎn),一次前進(jìn)一個(gè)元素層,直到達(dá)到最后一個(gè)面,即目標(biāo)面為止。由于系統(tǒng)可以沿著連接起始邊和目標(biāo)邊的直邊拷貝生成網(wǎng)格,所以這種方法叫做擴(kuò)展式掃描網(wǎng)格劃分。另外,系統(tǒng)還可以沿著連接起始邊和目標(biāo)邊的圓弧邊拷貝生成網(wǎng)格,這種方法叫做旋轉(zhuǎn)式掃描網(wǎng)格劃分。下圖顯示了一個(gè)擴(kuò)展式掃描網(wǎng)格劃分。系統(tǒng)首先在起始面上生成了一個(gè)二維網(wǎng)格,然后沿著直邊逐層(每層為一個(gè)單位網(wǎng)格拷貝二維網(wǎng)格的每個(gè)結(jié)點(diǎn),直到到達(dá)目標(biāo)邊為止。

48、 為了確定一個(gè)區(qū)域是否可以使用掃描式網(wǎng)格劃分,首先要檢測(cè)這個(gè)區(qū)域是否可以沿著從起始邊到目標(biāo)邊的直邊或圓弧邊進(jìn)行復(fù)制,這叫做掃描路徑。掃描路徑必須是直邊或圓弧邊;不可以是任意曲線,系統(tǒng)自動(dòng)選擇最復(fù)雜的面(例如包含了獨(dú)立的或獨(dú)立的點(diǎn)的面作為起始面。你不可以自己選擇起始面和目標(biāo)面。只能選擇掃描路徑。以上我們對(duì)掃描式網(wǎng)格劃分方式有了初步的了解,下面我們具體介紹一下如何應(yīng)用: Swept meshing of surfaces:面掃描式網(wǎng)格劃分。在這種劃分方式中,系統(tǒng)通過(guò)從起始面(此時(shí)僅為一條邊開(kāi)始復(fù)制,沿著一個(gè)直邊、曲邊或者圓弧邊直到到達(dá)目標(biāo)面的方法掃描劃分面區(qū)域。面掃描式網(wǎng)格劃分可以應(yīng)用于那些旋轉(zhuǎn)度

49、沒(méi)有達(dá)到360度的弧面(如下圖。系統(tǒng)通過(guò)首先網(wǎng)格劃分起始面(此處為一條邊,然后繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格來(lái)達(dá)到網(wǎng)格劃分面區(qū)域的目的。你可以使用四邊形或者主導(dǎo)四邊形元素將掃描式網(wǎng)格劃分方法應(yīng)用于面區(qū)域。然而,當(dāng)起始邊與旋轉(zhuǎn)軸有一個(gè)交點(diǎn)時(shí)(如下圖,就必須使用主導(dǎo)四邊形元素,因?yàn)榫W(wǎng)格劃分的時(shí)候,在交點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生一層三角形元素。例如下圖,起始邊在模型的頂部與旋轉(zhuǎn)軸相交。 除了球面以外,系統(tǒng)不能夠生成一個(gè)與旋轉(zhuǎn)軸有兩個(gè)交點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)面網(wǎng)格劃分。 Swept meshing of three-dimensional solids:體掃描式網(wǎng)格劃分。在這種劃分方式中,系統(tǒng)通過(guò)從起始面開(kāi)始復(fù)制,沿著一個(gè)直邊或者圓弧邊直到到達(dá)

50、目標(biāo)面的方法掃描劃分面區(qū)域。在從起始面到目標(biāo)面掃描的過(guò)程中,掃描區(qū)域的橫截面必須保持不變以及為一個(gè)平面。如果能夠沿著直邊掃描起始面,系統(tǒng)便生成了擴(kuò)展式掃描網(wǎng)格。下圖顯示了系統(tǒng)是如何網(wǎng)格劃分起始面以及是怎樣沿著直邊向目標(biāo)邊擴(kuò)展的。 如果起始面能夠沿著圓弧邊掃描,系統(tǒng)就可以生成一個(gè)旋轉(zhuǎn)式掃描劃分。下圖解釋了系統(tǒng)是怎樣對(duì)起始面進(jìn)行網(wǎng)格劃分以及是如何沿著圓弧邊對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以達(dá)到目標(biāo)邊的。 對(duì)于已經(jīng)賦予了六面體或主導(dǎo)六面體元素的區(qū)域,系統(tǒng)能夠生成掃描式網(wǎng)格。如果你將六面體元素應(yīng)用到這個(gè)區(qū)域,那么系統(tǒng)就會(huì)首先使用具有四邊形元素的自由網(wǎng)格劃分方法在起始面上初步生成二維網(wǎng)格。如果你將主導(dǎo)六面體元素應(yīng)用到這個(gè)

51、區(qū)域,系統(tǒng)就會(huì)首先使用具有主導(dǎo)四邊形元素的自由網(wǎng)格劃分方法在起始面上初步生成二維網(wǎng)格;作為結(jié)果,最后生成的三維網(wǎng)格中就可能會(huì)包含一列鍥形元素。關(guān)于應(yīng)用三維掃描式網(wǎng)格劃分的一些限制:連接起始面和目標(biāo)面的的每一個(gè)side(大面只能包含一個(gè)face(小面,且不能夠有孤立的邊或點(diǎn)。例如下圖就不可以用掃描式網(wǎng)格劃分方法進(jìn)行劃分,因?yàn)檫B接面(side上顯然有兩個(gè)小面(face. 目標(biāo)面必須僅僅包含一個(gè)小面(face,且沒(méi)有孤立的邊或點(diǎn),然而對(duì)起始面沒(méi)有這種要求。如下圖,左邊的區(qū)域能夠使用掃描式網(wǎng)格劃分,因?yàn)樗泄铝⒌倪叾荚谄鹗济嫔?然而,右邊的區(qū)域不能夠使用掃描式網(wǎng)格劃分,因?yàn)槟繕?biāo)面包含有兩個(gè)小(face

52、. 從起始面到目標(biāo)面,被掃描區(qū)域的橫截面要保持不變,且要是平面。如果起始面或目標(biāo)面不是平面,你可能就要將其分割成可以用結(jié)構(gòu)化劃分方法劃分的區(qū)域,如下所示: 如果掃描路徑不是直的或者圓弧的,那么實(shí)體部分就不可以被掃描網(wǎng)格劃分。此外,如果掃描路徑由多條邊組成,也不可以使用掃描式網(wǎng)格劃分。然而,如果能夠?qū)^(qū)域分割成一系列擁有直邊或圓弧邊的單元,那么掃描式網(wǎng)格劃分可能會(huì)被應(yīng)用于劃分整個(gè)區(qū)域。下圖顯示了一個(gè)不能夠被網(wǎng)格劃分的區(qū)域,因?yàn)槠鋻呙杪窂接梢唤M均勻的邊組成。經(jīng)過(guò)六次分割,該部件被分割成了七個(gè)單元,并且每個(gè)單元的掃描路徑都是直邊或者圓弧邊,這樣一來(lái),部件就可以被掃描劃分了。 對(duì)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)體區(qū)域而言,

53、如果其輪廓與旋轉(zhuǎn)軸交于一個(gè)或者是更多的點(diǎn),那么就不可被掃描劃分。如下所示: 類(lèi)似的,如果被劃分區(qū)域的一條或者是更多的邊位于旋轉(zhuǎn)軸上,那么系統(tǒng)也不能夠用六面體元素掃描劃分這個(gè)區(qū)域。如下所示: 然而,系統(tǒng)可以通過(guò)產(chǎn)生軸向的三角形棱柱元素,從而使用主導(dǎo)六面體元素來(lái)網(wǎng)格劃分這個(gè)區(qū)域,如下圖所示: 所以,在你劃分這個(gè)區(qū)域的時(shí)候,你必須選擇主導(dǎo)六面體元素?；蛘摺Ｄ憧梢韵葘⑦@個(gè)區(qū)域分割成簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格區(qū)域,然后再選擇完全六面體元素去生成網(wǎng)格。以上對(duì)Meshcontrols作了非常詳盡的介紹。其中我們選擇了網(wǎng)格劃分的方式,下一步我們將要選擇網(wǎng)格元素的類(lèi)型。(二MeshElement Type:選擇元素的類(lèi)型

54、及其子選項(xiàng)。 我們將要介紹的是用于元素控制的四種基本類(lèi)型。Full integration:完全積分:所謂完全積分是指當(dāng)單元具有規(guī)則形狀時(shí),所用的高斯積分點(diǎn)可以對(duì)單元?jiǎng)偠染仃囍械亩囗?xiàng)式進(jìn)行精確的積分。線性單元如果要完全積分,則在每個(gè)方向需要兩個(gè)積分點(diǎn)。而二次單元如果要完全積分則在每一方向需要三個(gè)積分點(diǎn)。如下所示: 注意,只有當(dāng)能確切的認(rèn)為在你的模型中載荷將產(chǎn)生小位移時(shí),才可采用完全積分線性單元。而如果你懷疑載荷產(chǎn)生的位移類(lèi)型,則應(yīng)采用不同的單元類(lèi)型。在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下,完全積分二次單元也可能發(fā)生瑣死。因此,如果在模型中有此單元,則應(yīng)仔細(xì)的檢查計(jì)算的結(jié)果。但是,對(duì)于模擬局部應(yīng)力集中區(qū)域,完全積分

55、線性單元將是非常有用的。 Reduced integration:減縮積分:只有四邊形和六面體單元才能采用減縮積分;而所有的鍥形、四面體和三角形實(shí)體單元采用完全積分,盡管它們可以與減縮積分的六面體或四邊形單元在相同的網(wǎng)格中。減縮積分單元比完全積分單元在每個(gè)方向上少用一個(gè)積分點(diǎn)。減縮積分線性單元只在單元中心有一個(gè)積分點(diǎn)。對(duì)于減縮積分四邊形單元,其積分點(diǎn)的位置如下所示: 注意:線性減縮積分單元由于存在著所謂沙漏(hourglassing數(shù)值問(wèn)題而過(guò)于柔軟。在ABAQUS中,對(duì)減縮積分單元引入少量的人工“沙漏剛度”(hourglass stiffness以限制沙漏模式的擴(kuò)展。當(dāng)模型中應(yīng)用更多的單元時(shí)

56、,這種剛度在限制沙漏模式是更有效的,這意味著只要采用合理的細(xì)網(wǎng)格線性減縮積分單元就會(huì)給出可接受的結(jié)果。線性減縮積分單元對(duì)變形的要求不嚴(yán)格;因此可在變形較大的任何模擬中采用劃分較細(xì)的此類(lèi)單元。二次減縮單元也有沙漏模式。但是在正常的網(wǎng)格中這種模式幾乎不可能擴(kuò)展,并且在網(wǎng)格足夠細(xì)時(shí)很少成為問(wèn)題。C3D20R的1×6網(wǎng)格確實(shí)表現(xiàn)出一些沙漏性,但更精確的網(wǎng)格則沒(méi)有這種現(xiàn)象。即使受復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài),二次減縮積分單元也不易受影響而導(dǎo)致鎖死。因此,一般來(lái)說(shuō),除了包含較大應(yīng)變的大位移模擬和一些接觸分析外,這些單元對(duì)最通用的應(yīng)力/位移模擬是最好的選擇。Incompatible modes:非協(xié)調(diào)單元:非協(xié)調(diào)

57、單元可以用來(lái)克服完全積分一階單元的剪力自鎖問(wèn)題。剪力自鎖是由于單元的位移場(chǎng)不能模擬與彎曲相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)學(xué)現(xiàn)象而引起的,那么可把能夠增強(qiáng)單元位移梯度的附加自由度引入到一階單元。在彎曲問(wèn)題中,用非協(xié)調(diào)單元可得到與二次單元相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果,且計(jì)算費(fèi)用明顯降低。非協(xié)調(diào)單元之所以有用,是因?yàn)樗鼈內(nèi)绻麘?yīng)用得當(dāng),則在很低花費(fèi)時(shí)仍可以得到較高的精度。但必須注意保證單元扭曲是非常小的,然而當(dāng)網(wǎng)格較復(fù)雜時(shí)這一點(diǎn)是很難保證的;因此,對(duì)于具有這種幾何形狀的模型,你應(yīng)再一次考慮應(yīng)用減縮積分二次單元,因?yàn)樗鼈儗?duì)網(wǎng)格扭曲不太敏感。Hybrid formulation:雜交單元:對(duì)于ABAQUS的每一個(gè)實(shí)體單元,如所有減縮積分單元和非協(xié)調(diào)單元,都可得到一個(gè)雜交單元形式。當(dāng)材料是不可壓縮的(泊松比=0.5或非常接近于不可壓縮(泊松比0.495時(shí)采用雜交單元。橡膠是一種具有不可壓縮性質(zhì)的材料。不能用規(guī)則單元來(lái)模擬不可壓縮材料的反應(yīng)(除了平面應(yīng)力情況,這是因?yàn)樵趩卧械膲簯?yīng)力是不確定的。建議:如何使用實(shí)體單元?在模擬計(jì)算中,如果要想以合理的費(fèi)用達(dá)到精確的結(jié)果,則正確的選擇單