彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS在汽車行業(yè)的應(yīng)用案例分析

彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS在汽車行業(yè)的應(yīng)用案例分析1彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS在汽車行業(yè)的應(yīng)用案例分析1.1引言1.1.1ABAQUS軟件簡(jiǎn)介ABAQUS是一款由DassaultSystèmes公司開(kāi)發(fā)的高級(jí)有限元分析軟件，廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究中。它能夠處理復(fù)雜的非線性問(wèn)題，包括材料非線性、幾何非線性和接觸非線性，這使得ABAQUS在解決彈性力學(xué)問(wèn)題時(shí)特別有效。在汽車行業(yè)，ABAQUS被用于車輛結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析、碰撞安全評(píng)估、疲勞壽命預(yù)測(cè)以及振動(dòng)和噪聲分析等，幫助工程師優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高車輛性能和安全性。1.1.2汽車行業(yè)中的仿真技術(shù)重要性在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，仿真技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。通過(guò)使用ABAQUS等仿真軟件，工程師可以在物理原型制造之前，對(duì)車輛的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化。這不僅節(jié)省了成本，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，還提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在碰撞安全分析中，ABAQUS可以模擬車輛在不同碰撞條件下的響應(yīng)，幫助設(shè)計(jì)更安全的車身結(jié)構(gòu)；在疲勞分析中，它能預(yù)測(cè)關(guān)鍵部件的壽命，確保車輛的耐久性。1.2ABAQUS在汽車行業(yè)的具體應(yīng)用1.2.1碰撞安全分析ABAQUS在碰撞安全分析中的應(yīng)用是其在汽車行業(yè)中最突出的用途之一。通過(guò)建立車輛的有限元模型，工程師可以模擬正面碰撞、側(cè)面碰撞和翻滾等不同類型的碰撞場(chǎng)景，評(píng)估乘員保護(hù)系統(tǒng)、車身結(jié)構(gòu)的吸能性能以及碰撞后的變形情況。這種分析有助于設(shè)計(jì)更安全的車輛，減少事故中的人員傷亡。示例：正面碰撞仿真#ABAQUS/CAEScriptingExample:FrontalCrashSimulation

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#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

Mdb()

mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

mdb.models['Model-1'].Part(name='CarBody',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

mdb.models['Model-1'].parts['CarBody'].BaseShell(sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])

#定義材料屬性

mdb.models['Model-1'].Material(name='Steel')

mdb.models['Model-1'].materials['Steel'].Density(table=((7.85e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Steel'].Elastic(table=((200000.0,0.3),))

#應(yīng)用邊界條件和載荷

mdb.models['Model-1'].parts['CarBody'].Set(name='FrontFace',faces=mdb.models['Model-1'].parts['CarBody'].faces.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='FrontBC',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].sets['FrontFace'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].parts['CarBody'].Set(name='RearFace',faces=mdb.models['Model-1'].parts['CarBody'].faces.findAt(((50.0,25.0,100.0),),))

mdb.models['Model-1'].VelocityBC(name='RearBC',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].sets['RearFace'],v1=0.0,v2=0.0,v3=-10.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#定義分析步

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Crash',previous='Initial',initialInc=0.01,maxNumInc=10000,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=100,solutionTechnique=FULL_NEWTON,reformKernel=8,convertSDI=OFF,utol=0.002,timePeriod=1.0)

#網(wǎng)格劃分

mdb.models['Model-1'].parts['CarBody'].setMeshControls(regions=mdb.models['Model-1'].parts['CarBody'].faces,technique=STRUCTURED,size=5.0)

#提交分析

mdb.models['Model-1'].Job(name='FrontalCrash',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',scratch='',resultsFormat=ODB,parallelizationMethodExplicit=DOMAIN,numDomains=1,activateLoadBalancing=False,multiprocessingMode=DEFAULT,numCpus=1,numGPUs=0)

['FrontalCrash'].submit(consistencyChecking=OFF)

['FrontalCrash'].waitForCompletion()此代碼示例展示了如何使用ABAQUS進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的正面碰撞仿真。首先，創(chuàng)建了一個(gè)代表汽車車身的三維模型，然后定義了材料屬性（這里以鋼為例）。接著，應(yīng)用了邊界條件和載荷，模擬了車輛在碰撞時(shí)的固定前部和后部的初始速度。最后，定義了分析步和網(wǎng)格劃分，提交了分析任務(wù)。1.2.2疲勞壽命預(yù)測(cè)ABAQUS還被用于預(yù)測(cè)汽車部件的疲勞壽命，這對(duì)于確保車輛的長(zhǎng)期可靠性和安全性至關(guān)重要。通過(guò)分析材料在循環(huán)載荷下的應(yīng)力和應(yīng)變，ABAQUS可以評(píng)估部件的疲勞性能，幫助工程師設(shè)計(jì)更耐用的結(jié)構(gòu)。示例：疲勞分析#ABAQUS/CAEScriptingExample:FatigueLifePrediction

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#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

Mdb()

mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

mdb.models['Model-1'].Part(name='SuspensionArm',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

mdb.models['Model-1'].parts['SuspensionArm'].BaseShell(sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])

#定義材料屬性和疲勞性能

mdb.models['Model-1'].Material(name='Aluminum')

mdb.models['Model-1'].materials['Aluminum'].Density(table=((2.7e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Aluminum'].Elastic(table=((70000.0,0.33),))

mdb.models['Model-1'].materials['Aluminum'].Fatigue(table=((100000.0,100.0),))

#應(yīng)用邊界條件和載荷

mdb.models['Model-1'].parts['SuspensionArm'].Set(name='MountPoint',vertices=mdb.models['Model-1'].parts['SuspensionArm'].vertices.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='MountBC',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].sets['MountPoint'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].parts['SuspensionArm'].Set(name='LoadPoint',vertices=mdb.models['Model-1'].parts['SuspensionArm'].vertices.findAt(((50.0,25.0,100.0),),))

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].sets['LoadPoint'],cf1=1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#定義分析步

mdb.models['Model-1'].FatigueStep(name='Fatigue',previous='Initial',maxNumInc=10000,initialInc=0.01,timePeriod=1000.0)

#網(wǎng)格劃分

mdb.models['Model-1'].parts['SuspensionArm'].setMeshControls(regions=mdb.models['Model-1'].parts['SuspensionArm'].faces,technique=STRUCTURED,size=5.0)

#提交分析

mdb.models['Model-1'].Job(name='FatigueAnalysis',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',scratch='',resultsFormat=ODB,parallelizationMethodExplicit=DOMAIN,numDomains=1,activateLoadBalancing=False,multiprocessingMode=DEFAULT,numCpus=1,numGPUs=0)

['FatigueAnalysis'].submit(consistencyChecking=OFF)

['FatigueAnalysis'].waitForCompletion()這個(gè)示例展示了如何使用ABAQUS進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)。首先，創(chuàng)建了一個(gè)代表汽車懸掛臂的三維模型，然后定義了材料屬性（這里以鋁為例）和疲勞性能。接著，應(yīng)用了邊界條件和載荷，模擬了懸掛臂在固定點(diǎn)的約束和加載點(diǎn)的力。最后，定義了疲勞分析步和網(wǎng)格劃分，提交了分析任務(wù)。1.2.3振動(dòng)和噪聲分析ABAQUS也被廣泛用于汽車的振動(dòng)和噪聲分析，這對(duì)于提高駕駛舒適性和減少車輛噪聲至關(guān)重要。通過(guò)模擬車輛在不同工況下的振動(dòng)響應(yīng)，工程師可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少不必要的振動(dòng)和噪聲。示例：振動(dòng)分析#ABAQUS/CAEScriptingExample:VibrationAnalysis

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#創(chuàng)建模型

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Mdb()

mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

mdb.models['Model-1'].Part(name='EngineMount',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

mdb.models['Model-1'].parts['EngineMount'].BaseShell(sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])

#定義材料屬性

mdb.models['Model-1'].Material(name='Rubber')

mdb.models['Model-1'].materials['Rubber'].Density(table=((1.5e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Rubber'].Elastic(table=((10000.0,0.45),))

#應(yīng)用邊界條件和載荷

mdb.models['Model-1'].parts['EngineMount'].Set(name='Base',vertices=mdb.models['Model-1'].parts['EngineMount'].vertices.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BaseBC',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].sets['Base'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].parts['EngineMount'].Set(name='Engine',vertices=mdb.models['Model-1'].parts['EngineMount'].vertices.findAt(((50.0,25.0,100.0),),))

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='EngineLoad',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].sets['Engine'],cf1=1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#定義分析步

mdb.models['Model-1'].FrequencyStep(name='Vibration',previous='Initial',maxNumInc=10000,initialInc=0.01,timePeriod=1000.0)

#網(wǎng)格劃分

mdb.models['Model-1'].parts['EngineMount'].setMeshControls(regions=mdb.models['Model-1'].parts['EngineMount'].faces,technique=STRUCTURED,size=5.0)

#提交分析

mdb.models['Model-1'].Job(name='VibrationAnalysis',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',scratch='',resultsFormat=ODB,parallelizationMethodExplicit=DOMAIN,numDomains=1,activateLoadBalancing=False,multiprocessingMode=DEFAULT,numCpus=1,numGPUs=0)

['VibrationAnalysis'].submit(consistencyChecking=OFF)

['VibrationAnalysis'].waitForCompletion()這個(gè)示例展示了如何使用ABAQUS進(jìn)行振動(dòng)分析。首先，創(chuàng)建了一個(gè)代表發(fā)動(dòng)機(jī)支架的三維模型，然后定義了材料屬性（這里以橡膠為例）。接著，應(yīng)用了邊界條件和載荷，模擬了發(fā)動(dòng)機(jī)支架在基座的約束和發(fā)動(dòng)機(jī)的力。最后，定義了振動(dòng)分析步和網(wǎng)格劃分，提交了分析任務(wù)。通過(guò)這些應(yīng)用案例，我們可以看到ABAQUS在汽車行業(yè)的廣泛用途，它不僅幫助工程師解決了復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題，還促進(jìn)了汽車性能的提升和安全性的增強(qiáng)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，ABAQUS在汽車設(shè)計(jì)中的作用將更加重要。2彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS基礎(chǔ)操作2.1軟件界面介紹ABAQUS是一款廣泛應(yīng)用于工程分析的有限元分析軟件，其界面設(shè)計(jì)直觀，功能強(qiáng)大。主要界面包括：主菜單：提供軟件的所有主要功能，如建模、分析、可視化等。工具欄：快速訪問(wèn)常用功能的圖標(biāo)，如創(chuàng)建幾何體、添加材料屬性等。模型樹(shù)：顯示當(dāng)前模型的結(jié)構(gòu)，包括幾何體、材料、邊界條件等，便于管理和編輯。圖形窗口：顯示模型的3D視圖，支持旋轉(zhuǎn)、縮放和平移操作。消息窗口：顯示操作過(guò)程中的信息和警告，幫助用戶了解分析狀態(tài)。2.2基本建模流程ABAQUS的建模流程通常包括以下步驟：創(chuàng)建幾何體：使用內(nèi)置的幾何工具或?qū)隒AD模型來(lái)定義模型的形狀。劃分網(wǎng)格：將幾何體劃分為小的單元，為有限元分析做準(zhǔn)備。定義材料屬性：為模型的每個(gè)部分指定材料，包括彈性模量、泊松比等。設(shè)置邊界條件：定義模型的約束，如固定端、滑動(dòng)面等。施加載荷：在模型上施加力、壓力或溫度等載荷。運(yùn)行分析：設(shè)置分析類型（如靜態(tài)、動(dòng)態(tài)或熱分析），并運(yùn)行分析。結(jié)果可視化：查看和分析結(jié)果，包括應(yīng)力、應(yīng)變、位移等。2.2.1示例：創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的梁模型#導(dǎo)入ABAQUS模塊

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#執(zhí)行啟動(dòng)命令

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#創(chuàng)建一個(gè)部件

mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=100.0)

mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,20.0))

mdb.models['Model-1'].Part(dimensionality=TWO_D_PLANAR,name='Beam',type=DEFORMABLE_BODY)

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].BaseShell(sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])

#劃分網(wǎng)格

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].generateMesh()

#定義材料屬性

mdb.models['Model-1'].Material(name='Steel')

mdb.models['Model-1'].materials['Steel'].Elastic(table=((200000.0,0.3),))

mdb.models['Model-1'].HomogeneousSolidSection(material='Steel',name='Section-1',thickness=None)

#設(shè)置邊界條件

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].Set(name='Set-1',vertices=mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].vertices.findAt(((0.0,0.0,0.0),)))

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].sets['Set-1'],u1=SET,u2=SET,ur3=SET,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#施加載荷

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].Set(name='Set-2',vertices=mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].vertices.findAt(((100.0,20.0,0.0),)))

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',region=mdb.models['Model-1'].sets['Set-2'],cf1=-1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#運(yùn)行分析

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',description='',timePeriod=1.0,nlgeom=OFF,stabilizationMethod=None,stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,adaptiveDampingRatio=None,initialInc=None,maxNumInc=None,minInc=None,timeIncrementationMethod=AUTOMATIC,maxStepSizeFactor=None,minStepSizeFactor=None,initialStepSizeFactor=None,stepSizeRatio=None)

#結(jié)果可視化

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=mdb.models['Model-1'])

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(DEFORMATIONS_ON,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step='Step-1',frame=1)2.3材料屬性設(shè)置在ABAQUS中，材料屬性的設(shè)置是通過(guò)定義材料模型來(lái)完成的。常見(jiàn)的材料模型包括：線彈性模型：適用于大多數(shù)金屬材料，需要輸入彈性模量和泊松比。塑性模型：適用于材料在塑性變形階段的分析，需要輸入屈服強(qiáng)度和硬化曲線。復(fù)合材料模型：適用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，需要輸入各向異性材料屬性。2.3.1示例：設(shè)置線彈性材料屬性#定義材料

mdb.models['Model-1'].Material(name='Steel')

#設(shè)置線彈性屬性

mdb.models['Model-1'].materials['Steel'].Elastic(table=((200000.0,0.3),))

#創(chuàng)建截面

mdb.models['Model-1'].HomogeneousSolidSection(material='Steel',name='Section-1',thickness=None)2.4邊界條件與載荷應(yīng)用邊界條件和載荷的正確設(shè)置是確保分析結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。邊界條件包括固定、滑動(dòng)、接觸等，載荷可以是力、壓力、溫度等。2.4.1示例：應(yīng)用固定邊界條件和集中力載荷#設(shè)置固定邊界條件

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].Set(name='Set-1',vertices=mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].vertices.findAt(((0.0,0.0,0.0),)))

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].sets['Set-1'],u1=SET,u2=SET,ur3=SET,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#應(yīng)用集中力載荷

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].Set(name='Set-2',vertices=mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].vertices.findAt(((100.0,20.0,0.0),)))

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',region=mdb.models['Model-1'].sets['Set-2'],cf1=-1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)以上示例展示了如何在ABAQUS中創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的梁模型，設(shè)置材料屬性，以及應(yīng)用邊界條件和載荷。通過(guò)這些基本操作，可以進(jìn)行更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化。3汽車零件仿真分析3.1懸架系統(tǒng)仿真3.1.1原理懸架系統(tǒng)仿真在ABAQUS中主要通過(guò)建立詳細(xì)的有限元模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。模型包括彈簧、減震器、連桿、控制臂等組件，以及它們與車輪和車身的連接。ABAQUS的非線性動(dòng)力學(xué)分析功能可以模擬懸架在不同路況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如顛簸、轉(zhuǎn)彎和制動(dòng)情況。通過(guò)分析，可以評(píng)估懸架的性能，如舒適性、操控性和穩(wěn)定性，以及預(yù)測(cè)組件的疲勞壽命。3.1.2內(nèi)容模型建立：首先，需要?jiǎng)?chuàng)建懸架系統(tǒng)的幾何模型，包括所有關(guān)鍵組件。然后，為每個(gè)組件分配材料屬性和網(wǎng)格劃分。邊界條件與載荷：定義車輪與地面的接觸條件，以及車身的運(yùn)動(dòng)載荷，如垂直加速度和側(cè)向加速度。分析設(shè)置：選擇合適的分析類型，如瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)和求解控制參數(shù)。結(jié)果后處理：分析結(jié)果包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變和動(dòng)態(tài)響應(yīng)譜。通過(guò)后處理，可以可視化這些結(jié)果，評(píng)估懸架的性能。3.1.3示例#ABAQUS懸架系統(tǒng)仿真示例代碼

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#創(chuàng)建模型

model=mdb.models['Model-1']

#創(chuàng)建零件：彈簧

spring=model.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

spring.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(10.0,100.0))

springPart=model.Part(name='Spring',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

springPart.BaseSolidExtrude(sketch=spring,depth=100.0)

#創(chuàng)建材料屬性

material=model.Material(name='Steel')

material.Elastic(table=((200e9,0.3),))

#應(yīng)用材料

section=model.HomogeneousSolidSection(name='SpringSection',material='Steel',thickness=None)

springPart.SectionAssignment(region=springPart.cells,sectionName='SpringSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#定義接觸

model.ContactProperty('Int')

model.InteractionProperty('Int',interactionPropertyType=INTERACTION)

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Wheel_Ground',createStepName='Initial',master='Ground',slave='Wheel',sliding=FINITE,thickness=ON,interactionProperty='Int')

#定義載荷

model.ConcentratedForce(name='BodyForce',createStepName='Step-1',region=assembly.instances['Body'].faces,cf1=1000.0)

#運(yùn)行分析

mdb.Job(name='SuspensionAnalysis',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF).submit(consistencyChecking=OFF)3.2發(fā)動(dòng)機(jī)缸體應(yīng)力分析3.2.1原理發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的應(yīng)力分析是通過(guò)ABAQUS的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)有限元分析來(lái)完成的。缸體承受的載荷包括熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和振動(dòng)。通過(guò)分析，可以確定缸體在各種工況下的應(yīng)力分布，評(píng)估其強(qiáng)度和耐久性，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)以減少應(yīng)力集中。3.2.2內(nèi)容模型建立：創(chuàng)建發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的幾何模型，包括缸體、缸蓋和冷卻系統(tǒng)。材料屬性：為缸體材料定義熱和機(jī)械屬性，如熱膨脹系數(shù)、彈性模量和泊松比。載荷與邊界條件：施加熱載荷和機(jī)械載荷，如內(nèi)部壓力和外部溫度變化。分析設(shè)置：選擇靜態(tài)或動(dòng)態(tài)分析類型，設(shè)置求解控制參數(shù)。結(jié)果后處理：分析結(jié)果包括溫度分布、應(yīng)力和應(yīng)變。通過(guò)后處理，可以評(píng)估缸體的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力。3.2.3示例#ABAQUS發(fā)動(dòng)機(jī)缸體應(yīng)力分析示例代碼

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#創(chuàng)建模型

model=mdb.models['Model-1']

#創(chuàng)建零件：缸體

cylinder=model.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

cylinder.circleByCenterPerimeter(center=(0.0,0.0),point1=(50.0,0.0))

cylinderPart=model.Part(name='Cylinder',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

cylinderPart.BaseSolidRevolve(sketch=cylinder,angle=360.0,flipRevolveDirection=OFF)

#創(chuàng)建材料屬性

material=model.Material(name='Aluminum')

material.Elastic(table=((70e9,0.33),))

material.Expansion(table=((23.1e-6,),))

#應(yīng)用材料

section=model.HomogeneousSolidSection(name='CylinderSection',material='Aluminum',thickness=None)

cylinderPart.SectionAssignment(region=cylinderPart.cells,sectionName='CylinderSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#定義載荷

model.Pressure(name='InternalPressure',createStepName='Step-1',region=assembly.instances['Cylinder'].faces,magnitude=100000.0)

#運(yùn)行分析

mdb.Job(name='CylinderAnalysis',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF).submit(consistencyChecking=OFF)3.3碰撞安全仿真基礎(chǔ)3.3.1原理碰撞安全仿真在ABAQUS中通過(guò)建立車輛的有限元模型，包括車身結(jié)構(gòu)、座椅、安全帶和氣囊等，以及模擬車輛與障礙物或另一車輛的碰撞過(guò)程。ABAQUS的顯式動(dòng)力學(xué)分析功能可以捕捉碰撞過(guò)程中的高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，如變形、應(yīng)力和能量吸收。通過(guò)分析，可以評(píng)估車輛的碰撞安全性，優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高乘員保護(hù)和車輛結(jié)構(gòu)的耐撞性。3.3.2內(nèi)容模型建立：創(chuàng)建車輛的幾何模型，包括所有關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和安全組件。材料屬性：為車身材料定義動(dòng)態(tài)屬性，如屈服強(qiáng)度和斷裂韌性。載荷與邊界條件：定義碰撞載荷，如車輛速度和碰撞角度，以及與障礙物的接觸條件。分析設(shè)置：選擇顯式動(dòng)力學(xué)分析類型，設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)和求解控制參數(shù)。結(jié)果后處理：分析結(jié)果包括碰撞后的變形、應(yīng)力分布和能量吸收。通過(guò)后處理，可以評(píng)估車輛的碰撞安全性能。3.3.3示例#ABAQUS碰撞安全仿真基礎(chǔ)示例代碼

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#創(chuàng)建模型

model=mdb.models['Model-1']

#創(chuàng)建零件：車身

body=model.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

body.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(200.0,100.0))

bodyPart=model.Part(name='Body',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

bodyPart.BaseSolidExtrude(sketch=body,depth=100.0)

#創(chuàng)建材料屬性

material=model.Material(name='Steel')

material.Elastic(table=((200e9,0.3),))

material.Plastic(table=((235e6,0.0),(300e6,0.2),))

#應(yīng)用材料

section=model.HomogeneousSolidSection(name='BodySection',material='Steel',thickness=None)

bodyPart.SectionAssignment(region=bodyPart.cells,sectionName='BodySection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#定義接觸

model.ContactProperty('Int')

model.InteractionProperty('Int',interactionPropertyType=INTERACTION)

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Body_Barrier',createStepName='Initial',master='Barrier',slave='Body',sliding=FINITE,thickness=ON,interactionProperty='Int')

#定義載荷

model.InitialVelocity(name='InitialVelocity',createStepName='Initial',region=assembly.instances['Body'].cells,velocity1=50.0,velocity2=0.0,velocity3=0.0,omega1=0.0,omega2=0.0,omega3=0.0,distributionType=UNIFORM,field='',fixed=OFF)

#運(yùn)行分析

mdb.Job(name='CollisionAnalysis',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF).submit(consistencyChecking=OFF)4高級(jí)仿真技術(shù)4.1非線性分析在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用4.1.1原理非線性分析在汽車設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，尤其是在評(píng)估車輛在極端條件下的性能時(shí)。ABAQUS軟件提供了強(qiáng)大的非線性分析工具，能夠處理材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等問(wèn)題。這些分析對(duì)于預(yù)測(cè)車輛結(jié)構(gòu)在碰撞、振動(dòng)和疲勞等復(fù)雜載荷下的行為至關(guān)重要。4.1.2內(nèi)容材料非線性：汽車材料如鋼材、鋁合金和復(fù)合材料在大應(yīng)變下表現(xiàn)出非線性特性。ABAQUS通過(guò)定義材料屬性，如塑性、蠕變和超彈性，來(lái)模擬這些非線性行為。幾何非線性：當(dāng)結(jié)構(gòu)變形大到足以影響其幾何形狀時(shí)，需要進(jìn)行幾何非線性分析。ABAQUS能夠處理大位移和大旋轉(zhuǎn)，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。接觸非線性：車輛中的許多部件在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生接觸，如輪胎與地面、發(fā)動(dòng)機(jī)部件之間的接觸等。ABAQUS的接觸算法能夠模擬這些復(fù)雜的接觸行為，包括摩擦、磨損和間隙效應(yīng)。4.1.3示例假設(shè)我們需要分析一個(gè)汽車懸架系統(tǒng)在大載荷下的非線性行為。以下是一個(gè)使用ABAQUS進(jìn)行非線性分析的簡(jiǎn)化示例：#ABAQUSPythonScriptforNonlinearAnalysisofaCarSuspensionSystem

#Importthenecessarymodules

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#Createanewmodel

modelName='CarSuspension'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Definethematerialproperties

myMaterial=myModel.Material(name='Steel')

myMaterial.Elastic(table=((200e9,0.3),))

#Createapart

myPart=myModel.Part(name='SuspensionArm',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#Definethegeometry

#Hereweassumeasimplegeometryfordemonstrationpurposes

myPart.WirePolyLine(points=((0,0,0),(1,0,0),(1,1,0),(0,1,0)),mergePoints=True)

#Definethesection

mySection=myModel.HomogeneousSolidSection(name='SteelSection',material='Steel',thickness=None)

#Assignthesectiontothepart

myPart.SectionAssignment(region=myPart.sets['Set-1'],sectionName='SteelSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#Defineboundaryconditionsandloads

#Assumeafixedboundaryconditionatoneendandaforceloadattheotherend

myModel.DisplacementBC(name='FixedBC',createStepName='Initial',region=myPart.sets['Set-2'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

myModel.ConcentratedForce(name='Load',createStepName='Step-1',region=myPart.sets['Set-3'],cf1=1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#Definetheanalysisstep

myModel.StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.1,maxNumInc=1000,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=100,solutionTechnique=FULL_NEWTON,reformKernel=2,convertSDI=OFF,utol=0.001)

#Submitthejob

mdb.Job(name='CarSuspensionJob',model=modelName,description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF).submit(consistencyChecking=OFF)在這個(gè)示例中，我們定義了一個(gè)汽車懸架臂的模型，使用了鋼材材料，并施加了固定邊界條件和力載荷。通過(guò)ABAQUS的Python腳本接口，我們可以定義模型、材料、幾何、邊界條件和載荷，然后提交分析任務(wù)。4.2多體動(dòng)力學(xué)仿真4.2.1原理多體動(dòng)力學(xué)（MBD）仿真用于分析汽車中多個(gè)剛體和柔性體之間的動(dòng)力學(xué)行為。ABAQUS/Explicit模塊特別適合于處理高速碰撞和復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，它使用顯式時(shí)間積分方法，能夠快速求解瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。4.2.2內(nèi)容剛體動(dòng)力學(xué)：模擬汽車中的剛性部件，如車輪、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)，它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中的相互作用。柔性體動(dòng)力學(xué)：考慮車輛結(jié)構(gòu)的柔性，如懸架系統(tǒng)和車身，這些部件在動(dòng)態(tài)載荷下的變形和振動(dòng)。耦合分析：將剛體和柔性體的動(dòng)力學(xué)行為結(jié)合起來(lái)，以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)車輛的整體動(dòng)態(tài)性能。4.2.3示例以下是一個(gè)使用ABAQUS進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)仿真的簡(jiǎn)化示例，假設(shè)我們正在分析一個(gè)汽車碰撞場(chǎng)景：#ABAQUSPythonScriptforMultibodyDynamicsSimulationofaCarCrash

#Importthenecessarymodules

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#Createanewmodel

modelName='CarCrash'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Definetheparts(rigidandflexiblebodies)

myRigidBody=myModel.Part(name='CarBody',dimensionality=THREE_D,type=RIGID_BODY)

myFlexibleBody=myModel.Part(name='Engine',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#Definethegeometryforeachpart

#Assumesimplegeometriesfordemonstrationpurposes

myRigidBody.WirePolyLine(points=((0,0,0),(1,0,0),(1,1,0),(0,1,0)),mergePoints=True)

myFlexibleBody.WirePolyLine(points=((2,0,0),(3,0,0),(3,1,0),(2,1,0)),mergePoints=True)

#Definethematerialpropertiesfortheflexiblebody

myMaterial=myModel.Material(name='Aluminum')

myMaterial.Elastic(table=((70e9,0.33),))

#Assignthematerialtotheflexiblebody

mySection=myModel.HomogeneousSolidSection(name='AluminumSection',material='Aluminum',thickness=None)

myFlexibleBody.SectionAssignment(region=myFlexibleBody.sets['Set-1'],sectionName='AluminumSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#Definetherigidbodyproperties

myRigidBody.RigidBody(name='RigidBodyProps',refPointRegion=myRigidBody.sets['Set-2'])

#Definetheinteractionbetweentherigidandflexiblebodies

myModel.ContactProperty('CarBody_Engine_Contact')

myModel.InteractionProperty('CarBody_Engine_Contact',interactionType=CONTACT,description='',interactionPropertyType=NO_SEPARATION,thickness=ON)

#Definetheanalysisstep

myModel.ExplicitDynamicsStep(name='CrashStep',previous='Initial',initialInc=1e-5,maxInc=0.01,nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.05,timePeriod=0.1)

#Submitthejob

mdb.Job(name='CarCrashJob',model=modelName,description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF).submit(consistencyChecking=OFF)在這個(gè)示例中，我們定義了一個(gè)剛性車身和一個(gè)柔性發(fā)動(dòng)機(jī)模型，然后定義了它們之間的接觸屬性，并設(shè)置了一個(gè)顯式動(dòng)力學(xué)分析步驟來(lái)模擬碰撞過(guò)程。4.3疲勞分析與壽命預(yù)測(cè)4.3.1原理疲勞分析用于評(píng)估汽車部件在重復(fù)載荷下的壽命。ABAQUS提供了多種疲勞分析工具，包括基于S-N曲線的分析、基于裂紋擴(kuò)展的分析以及基于損傷累積的分析。這些工具能夠幫助工程師預(yù)測(cè)部件在實(shí)際使用條件下的疲勞壽命，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高車輛的可靠性。4.3.2內(nèi)容S-N曲線分析：基于材料的S-N曲線，預(yù)測(cè)部件在循環(huán)載荷下的疲勞壽命。裂紋擴(kuò)展分析：模擬裂紋在部件中的擴(kuò)展過(guò)程，評(píng)估裂紋擴(kuò)展對(duì)部件壽命的影響。損傷累積分析：使用損傷累積理論，如Miner法則，來(lái)預(yù)測(cè)部件在復(fù)雜載荷下的疲勞壽命。4.3.3示例以下是一個(gè)使用ABAQUS進(jìn)行疲勞分析的簡(jiǎn)化示例，假設(shè)我們正在分析一個(gè)汽車懸架部件的疲勞壽命：#ABAQUSPythonScriptforFatigueAnalysisofaCarSuspensionComponent

#Importthenecessarymodules

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#Createanewmodel

modelName='SuspensionComponent'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Definethepart

myPart=myModel.Part(name='SuspensionArm',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#Definethegeometry

#Assumeasimplegeometryfordemonstrationpurposes

myPart.WirePolyLine(points=((0,0,0),(1,0,0),(1,1,0),(0,1,0)),mergePoints=True)

#Definethematerialproperties

myMaterial=myModel.Material(name='Steel')

myMaterial.Elastic(table=((200e9,0.3),))

myMaterial.Fatigue(table=((100000000,100),(1000000,200),(100000,300)),cyclicStressState=UNIAXIAL,cyclicStressStateType=STRESS_RATIO,cyclicStressStateValue=0.1)

#Assignthematerialtothepart

mySection=myModel.HomogeneousSolidSection(name='SteelSection',material='Steel',thickness=None)

myPart.SectionAssignment(region=myPart.sets['Set-1'],sectionName='SteelSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#Definetheanalysisstep

myModel.FatigueStep(name='FatigueStep',previous='Initial',maxNumInc=1000,initialInc=0.1,minInc=1e-06,maxInc=1.0,nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.05,timePeriod=1.0)

#Submitthejob

mdb.Job(name='SuspensionComponentJob',model=modelName,description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF).submit(consistencyChecking=OFF)在這個(gè)示例中，我們定義了一個(gè)汽車懸架臂的模型，并使用了鋼材材料。我們還定義了材料的疲勞特性，并設(shè)置了一個(gè)疲勞分析步驟來(lái)預(yù)測(cè)部件的疲勞壽命。以上示例展示了如何使用ABAQUS的Python腳本接口進(jìn)行非線性分析、多體動(dòng)力學(xué)仿真和疲勞分析。這些分析對(duì)于汽車行業(yè)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化至關(guān)重要，能夠幫助工程師預(yù)測(cè)和解決復(fù)雜的問(wèn)題。5彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS在汽車行業(yè)的應(yīng)用案例分析5.1案例研究5.1.1真實(shí)汽車碰撞案例分析在汽車行業(yè)，ABAQUS被廣泛應(yīng)用于碰撞安全分析，以預(yù)測(cè)車輛在不同碰撞情況下的響應(yīng)，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高乘客安全。下面通過(guò)一個(gè)具體的案例來(lái)分析ABAQUS在汽車碰撞仿真中的應(yīng)用。案例背景一輛緊湊型轎車在正面碰撞測(cè)試中，需要評(píng)估其結(jié)構(gòu)的完整性和乘員保護(hù)性能。ABAQUS的非線性動(dòng)力學(xué)分析功能可以模擬碰撞過(guò)程，分析車輛結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布。模型建立幾何模型：使用CAD軟件創(chuàng)建車輛的三維模型，包括車身、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、座椅、安全帶和氣囊等。材料屬性：定義各部件的材料屬性，如鋼材的彈性模量、泊松比和屈服強(qiáng)度。邊界條件：設(shè)置車輛與障礙物的接觸條件，以及乘員與座椅、安全帶的約束關(guān)系。碰撞仿真加載條件：模擬車輛以50km/h的速度撞擊固定障礙物。時(shí)間步長(zhǎng)：設(shè)置足夠小的時(shí)間步長(zhǎng)以捕捉碰撞過(guò)程中的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。分析類型：選擇A