[轉載]Abaqus特色功能大全

 

       1、接口優(yōu)勢

      Abaqus軟件具有較多良好的軟件接口,包括二維CAD接口、三維CAD接口、裝配件接口、第三方前處理軟件接口、其他CAE軟件接口等,使得Abaqus操作便捷、高效。

Abaqus接口示意圖

      1.1 分析接口

      1.1.1 MoldFlow分析接口

      該附加模塊可以將MoldFlow注塑分析的結果導入到Abaqus中,為后續(xù)的分析考慮材料方向和殘余應力因素的影響。MoldFlow提供制造過程中部件的力學和熱力學材料參數(shù)以及殘余應力結果信息。力學參數(shù)(包括纖維角度因素的影響)信息由MoldFlow計算,并以沿部件厚度方向積分點位置處的正交各項異性參數(shù)的方式寫出到接口文件中。

      1.1.2 MSC.ADAMS分析接口

      MSC.ADAMS分析接口可以讓用戶在采用MSC.ADAMS進行多體動力學分析時使用Abaqus模型的剛度信息。MSC.ADAMS分析接口可以將Abaqus模型的剛度矩陣轉換為ADAMS/Flex需要的數(shù)據格式。

Abaqus模態(tài)中性文件(mnf)的提取

      1.1.3 MADYMO聯(lián)合仿真

      該附加模塊在Abaqus/Explicit中使用,可以在車輛-乘員碰撞安全模擬中使用Abaqus/Explicit和MADYMO進行聯(lián)合仿真。該分析技術可直接Abaqus/Explicit的碰撞分析和MADYMO的乘員分析進行耦合。

      1.2 CAD交互接口

      交互式接口能夠將CAD模型傳遞到Abaqus/CAE中。這些功能強大的附加模塊僅需鼠標輕輕一點,就可將部件或整個裝配體傳遞到Abaqus/CAE中。用戶可以在CAD軟件中修改幾何模型,使用交互式接口快速更新Abaqus/CAE的有限元模型,而不丟失任何分析特征。這些交互式接口需要在每個CAD軟件中安裝插件使用,然后在Abaqus/CAE中通過CAD連接工具建立相應的連接。

      1.2.1 CATIA V5交互式接口

      CATIA V5交互式接口可以使用交互式導入將CATIA V5的部件和裝配體傳遞到Abaqus/CAE中。CATIA V5模型中的材料和組定義也可以傳遞到Abaqus/CAE中。除此之外,CATIA V5交互式接口還可以直接導入CATIA V5的.CATPart 和 .CATProduct格式的模型。

      CATIA V5交互式接口有以下幾點功能:

      ? 可使快速地從CATIA V5中傳遞模型到Abaqus/CAE中,而兩個軟件需要在同一臺電腦上同時運行。當CAD模型傳遞結束后,用戶可以繼續(xù)在CATIA V5中修改CAD設計,然后只需輕點鼠標即可將修改后的模型更新到Abaqus/CAE中。同時用戶在Abaqus/CAE中創(chuàng)建的任何特征,例如分區(qū)、載荷、邊界條件、集合、面等,都會在導入過程中自動重新生成。

      ? 可使用戶在Abaqus/CAE中修改CATIA模型中的特征參數(shù),修改后的參數(shù)會更新CATIA和Abaqus/CAE中的模型。

      ? 以上兩款軟件未沒有同時運行或運行在不同的電腦上時,可手動的交互式導入。用戶可保存裝配體為.eaf格式,將其導入到Abaqus/CAE中,或者使用此文件更新Abaqus/CAE在現(xiàn)有的模型。另外,手動交互式導入可以在不同的Windows平臺之間運行。

      ? 直接導入不是交互式導入,因此也不需要使用CATIA V5交互式導入插件。只要將CATIA V5的幾何模型保存為標準的部件或裝配體格式文件,就可以直接導入到Abaqus/CAE中。用戶將不能使用直接導入功能更新Abaqus/CAE現(xiàn)有模型。交互式導入和直接導入為企業(yè)或供應商之間模型從CATIA V5導入到Abaqus/CAE中提供了很大的靈活性。

      CATIA V5交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8或以上版本,兼容CATIA V5 R18、R19、R20和R21。

       1.2.2 Pro/ENGINEER交互式接口

      Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用交互式導入將Pro/ENGINEER的部件和裝配體傳遞到Abaqus/CAE中。除了交互式導入,Pro/ENGINEER交互式接口也包含了直接導入接口,可以寫出.enf_abq格式的部件和裝配體。.enf_abq格式文件可以接著被導入到Abaqus/CAE中。

      Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用戶在Abaqus/CAE中修改Pro/ENGINEER模型中的特征參數(shù),例如孔徑或拉伸長度。修改后的參數(shù)會更新Pro/ENGINEER和Abaqus/CAE中的模型。

      Pro/ENGINEER交互式接口交互式接口其他功能與CATIA V5交互接口相同。

      1.2.3 SolidWorks交互接口

       SolidWorks交互式接口可以輕松地將Solidworks中的部件或裝配體導入到Abaqus/CAE中,接著用戶可以修改Solidworks中的幾何模型,該接口自動地更新Abaqus/CAE中模型修改且不丟失任何分析特征。當用戶在使用Solidworks不斷更改設計模型而分析工具是基于Abaqus時,SolidWorks交互式接口就顯得非常有用。

       SolidWorks交互式接口其他功能與CATIA V5交互接口相同。

      ? SolidWorks交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8EF及以上版本,且SolidWorks 為2009 SP1及以上版本。

        2 AMS 求解器

       Abaqus/Standard的附加分析功能允許用戶使用自動多級子結構特征值求解器(AMS)去計算模態(tài)問題。Abaqus/AMS特征值求解器的計算性能遠超默認的Lanczos求解器,尤其是對于大規(guī)模模型需要提取大量的模態(tài)時。大量的模型測試表明,對于模態(tài)提取問題,AMS求解器要快10-25倍,這取決于模型的復雜程度。

      AMS求解器示意圖

       3 CEL技術

      CEL(歐拉-拉格朗日結合分析),也稱為流固耦合分析,它使得Abaqus/Explicit 能夠分析流體結構交互作用。同時也能分析實體材料遭受極端變形時的行為。

     裝有液體結構的流固耦合分析

     輪胎模型 水/空氣復合模型 輪胎滑水仿真結果

     不同積水深度對輪胎滑水性能的對比

      輪胎滑水分析

     4 SPH技術

      SPH為光滑質點動力學法,Abaqus從6.11版本開始增加了SPH技術,其是一種無網格(或自由網格)的數(shù)值計算方法。使用SPH技術時,不需要定義節(jié)點和單元,只需要使用一系列的點(質點或節(jié)點)來代替,這些節(jié)點一般被認為是顆?；騻晤w粒。

      SPH技術可使用Abaqus/Explicit中的所有材料。可定義其他拉格朗日模型中的任何初始條件和邊界條件。也可定義其他拉格朗日部件的接觸。

       在仿真分析時,SPH是把物理量用有一定流動速度的運動質點集來描述,每個質點構成插值點,整個問題的解通過這些質點的規(guī)則插值函數(shù)來得到,守恒方程用通量或質點內力來等效表達。由于其沒有網格畸變問題,所以能在朗格朗日格式下處理大變形問題以及結構斷裂破壞等問題。

油箱晃動仿真分析

    彈體穿靶仿真分析

      5 DEM技術

      離散單元法,又稱為DEM,其在Abaqus6.13版本中開始引入,可解決不連續(xù)介質問題,這種技術允許建立粒狀或失效介質,與用于連續(xù)介質SPH技術(連續(xù)介質)不同。其應用比較廣泛可用于原料運輸、包裝、加工顆粒材料等。

     下述例子是將進入微粒隨機被二級篩按微粒的直徑區(qū)分開,并被收集到下端的3個容器中。每個微粒與其他微粒之間相互作用,且成為有限元模型的一部分。

      DEM技術進行微粒的篩選分析

      6 XFEM技術

      XFEM是迄今為止求解不連續(xù)力學問題最有效的數(shù)值方法,它在標準有限元框架研究問題,保留了CFEM的所有優(yōu)點,但不需要對結構內存在的幾何或物理界面進行網格剖分。

      XFEM與CFEM的最根本區(qū)別在于所使用的網格與結構內部的幾何或物理

      界面無關,從而克服了在諸如裂紋尖端等高應力和變形集中區(qū)進行高密度網格剖分所帶來的困難,當模擬裂紋擴展時也無需對網格進行重新剖分。也就是說在裂紋的擴展過程中裂紋可以穿透單元擴展。就其理論可以簡單的理解為在單元內部有很多的潛在節(jié)點,當需要時這些節(jié)點被激活實現(xiàn)裂紋穿透單元擴展。

      XFEM分析圓管斷裂

       7 CZone技術

      Abaqus的CZone (CZA)是Abaqus/Explicit的一個拓展,它將CZone技術與Abaqus/Explicit強大的沖擊建模功能相結合。對受沖擊結構的前緣的擠壓區(qū)域,CZA提供直接的基于擠壓的單元失效分析。

      CZone技術通過下面兩種方式融入Abaqus/Explicit當中:

      ? 壓碎材料定義,描述材料的壓碎響應;

      ? CZone定義,對擠壓區(qū)域內由于屈曲、剪切等引起的局部載荷進行建模;

      典型的Abaqus的CZone分析的目標:確定吸收了多少能量;峰值加速度;平均加速度;多少材料完全壓碎;識別遭受其他破壞形式的區(qū)域;了解損傷的進程。

      F1賽車復合材料前翼撞擊剛性桿。當剛性桿穿過前翼,導致前翼發(fā)生桿穿過翼。碰撞力通過結構進一步傳遞,引起前翼脫離車輛。

       8 自適應網格技術

       Abaqus中的自適應網格技術可用于切削加工、沖壓成型、表面磨損、沖蝕等仿真分析中,采用自適應網格可采用整個模型或者是模型中的一部分,采用拉格朗日時,模型跟隨內部的初始材料運動,歐拉邊界條件去控制材料流入或流出模型。

      ALE自適應網格(也稱為任意的拉格朗日-歐拉自適應網格),其不改變原有的網格的拓撲結構,而是在單個分析步的求解過程中逐步改善網格的質量。適用于Abaqus/Explicit的大變形分析,以及Abaqus/Standard中的聲疇、沖蝕和磨損問題。

       自適應網格重劃,其通過多次重劃網格達到要求的求解精度,只適用于Abaqus/Standard分析,并且只能在Abaqus/CAE中實現(xiàn)。

       網格間的求解變換,其是用一個新的網格代替因變形過大而嚴重扭曲的原有網格,把原來的分析結果自動映射到新網格上,然后繼續(xù)分析。僅適用于大變形問題的Abaqus/Standard分析,只能在inp文件中使用*MAP SOLUTION實現(xiàn)。

          Lagrangian、ALE、Eulerian自適應網格算法

旋壓加工仿真分析

金屬切削加工仿真分析

9 螺栓預緊力技術

螺栓連接是機械零部件中最常見的連接方式,且其使用較多,這將導致以下問題:

? 采用實體單元(六面體)建模,不考慮螺紋,前處理工作量較大,且收斂困難;

? 采用實體單元(六面體)建模,考慮螺栓螺紋,前處理工作量大,且收斂困難;

? 采用Beam 耦合,工作量小,但不能真實反映螺栓真實應力。

以上方式都是不考慮螺栓螺紋,這在一定程度上降低了螺栓的分析精度。鑒于此Abaqus

軟件提出采用不簡化螺栓螺紋,同時不用做出螺栓螺紋方式,去有效的模擬真實的螺栓螺紋,提高了螺栓的仿真精度。

10 Gap單元

Gap單元可用于定義結構之間兩節(jié)點間的接觸、摩擦和間隙等連接關系,其定義時建立在兩個節(jié)點上,受拉時為e-15的數(shù)量級,受壓可直接傳力。另外不需要賦予材料屬性,目前cae實現(xiàn)不了,只能在inp文件中寫入,但可直接在ANSA軟件中定義。常用來模擬軸承的滾珠、非線性彈簧等。

間隙單元自由度

11 Gasket單元

機械零部件在使用過程中要考慮密封件的密封性能,如發(fā)動機系統(tǒng)中有許多密封件來防止發(fā)動機工作中可能出現(xiàn)的“三漏”現(xiàn)象,墊片密封件具有復雜的力學性能和截面組成,用傳統(tǒng)的建模方法和單元類型來模擬將會非常困難。

Abaqus中的Gasket單元經長期的工程應用,被公認可以方便有效地模擬墊圈密封作用過程及性能,其通過壓力-閉合曲線描述材料的力學性能,采用簡單的建模方法,可以在發(fā)動機等分析中方便的模擬墊片部件。

配氣機構—凸輪軸系統(tǒng)密封分析

12 橡膠

針對橡膠超彈性材料,在其使用過程中存在幾何非線性、材料非線性,另外其力學行為對溫度、環(huán)境、應變歷史、加載速率等十分敏感,使得描述橡膠的的行為變得復雜。

Abaqus軟件中橡膠本構模型種類齊全,達16種之多,可以模擬各種橡膠材料的特性;可直接輸入橡膠材料的實驗參數(shù),生成對應的橡膠模型,并對模型的穩(wěn)定性進行檢驗,確定穩(wěn)定收斂區(qū)間;

Abaqus目前獨有的Mullin效應模擬可以在橡膠的超彈性本構中考慮加載和卸載中應變能的損失,以及轉化為熱能的效應,為精確模擬橡膠減震性能和工作中生熱情況提供了途徑;另外橡膠模型與接觸/摩擦功能能很好地結合,能處理橡膠材料的軟化、老化等問題;

空氣彈簧強度分析

13 輪胎分析

輪胎在設計過程中要考慮胎圈部分的屈曲分析、不同胎面設計的輪胎磨耗、噪音生成、熱耗散、舒適性分析(評估滾動過程中的振動)、不同表面的牽引、不利環(huán)境下的安全性問題、合理費用的制造等問題。在設計初期仿真手段的介入,可有效解決以上問題。

采用Abaqus軟件對輪胎進行以下仿真:

? 靜態(tài)分析;

? 屈曲分析(線性屈曲和非線性屈曲);

? 自然頻率的提取;

? 熱傳遞和耦合的熱應力分析;

? 穩(wěn)態(tài)滾動分析;

? 顯示積分的瞬態(tài)動力學;

? 穩(wěn)態(tài)動力學(諧波載荷下的響應);

? 耦合的聲-結構分析;

? 輪胎裝配和充氣過程分析;

14 磨損

采用Abaqus軟件可進行刀具磨損、輪胎磨損、軸承磨損等仿真分析。

對于輪胎磨損,隨著胎面磨損,剩余花紋越來越少,輪胎與地面的附著力越來越差,尤其是行駛在濕路面上時,輪胎的使用后期,花紋的剩余深度對行駛安全至關重要。

采用Abaqus軟件,可模擬穩(wěn)態(tài)滾動中的輪胎磨損,獲得輪胎行駛里程和磨損量的關系;同時利用此功能,還可以模擬胎面與濕滑路面的相互作用。同時,輪胎滾動中的偏摩分析可以利用穩(wěn)態(tài)滾動過程中的印跡分析得到的應力分布進行有效判斷。

輪胎磨損仿真分析

15 碰撞假人模型

碰撞假人是用戶碰撞和乘員安全分析的附加產品。這些模型在Abaqus/Explicit中使用。其包括:前碰假人模型、側碰假人模型、后碰假人模型、頭部模型、腿部模型、行人頭部模型。前碰假人模型包含:Hybrid III-5th、Hybrid III-50th、Hybrid III-95th、Hybrid III-5th Ballast、Hybrid III- 50th Ballast、Hybrid III-95th Ballast;側碰假人模型包含:SID IIs、SID IIs Floating Rib Guide (FRG)、SID Iis SBL D、EuroSID II、EuroSID II Rib Extension (RE)、World SID 50;后碰假人模型包含:BioRID II。

以上問題的難點是,在進行不同的仿真分析時,假人的坐姿不同,這就需要不同坐姿的假人模型。可借助專業(yè)前處理軟件ANSA(Abaqus軟件的合作商)進行做人坐姿的調整,借助ANSA軟件的dummy功能可方便、快捷的生成不同需求坐姿的假人模型。

ANSA軟件假人坐姿調整界面

16 安全氣囊

為了減小汽車發(fā)生正面碰撞時由于巨大的慣性所造成的對駕駛員和乘員的傷害,現(xiàn)代汽車在駕駛員前端方向盤中央和側面普遍裝有安全氣囊系統(tǒng),有些汽車在駕駛員副座前的工具箱上端也裝有安全氣囊系統(tǒng)。

Abaqus提供了通用的流體空腔功能、通用接觸功能,為安全氣囊的分析提供了所必須的所有功能。廣泛的流體空腔功能(多室、多種氣體樣本、混合氣體)、

流體交換(纖維滲漏、排氣孔、通氣孔或排氣孔的流量等)、充氣機(直接或測試數(shù)據選項、直接流率和溫度可定義成充氣時間的函數(shù))、接觸(雙面接觸算法和通用接觸算法、邊-邊接觸算法等)、耦合(流固耦合)等。

正面安全氣囊

側面安全氣囊

安全氣囊薄膜網格單元 前部安全氣囊充氣分析

側面安全氣囊分析

17 安全帶模型

安全帶在正面的低速碰撞中可以有效地保護乘員,是使用最為廣泛的乘員約束方式。Abaqus中采用MEMBER單元模擬安全帶,利用 Abaqus針對安全帶開發(fā)的滑輪CONNECTOR單元對安全帶裝置進行準確模擬。

含有預緊器和卷收器的安全帶模型

18 電磁分析

Abaqus6.12開始可進行電磁分析。Abaqus/CAE支持電磁場建模功能,電磁場分析模型的信息可在Abaqus/CAE界面中創(chuàng)建,例如材料、截面屬性、載荷、邊界條件、分析步、輸出請求、單元選擇及結果可視化處理。并且可進行電-熱-結構分析。

Abaqus/CAE建立電磁模型界面

V型管電磁感應加熱仿真分析

19 UMAT

UMAT(用戶材料子程序)是Abaqus提供給用戶自定義材料屬性的Fortran程序接口,使用戶能使用Abaqus材料庫中沒有的材料模型。另外用戶子程序涵蓋了建模、載荷到單元的幾乎各個部分。

用戶子程序具有以下的功能和特點:

? 如Abaqus一些固有選項模型功能有限,用戶子程序可以提高Abaqus中這些選項的功能;

? 通常用戶子程序是用Fortran語言的代碼寫成;

? 可以以幾種不同的方式包含在模型中;

? 由于其沒有存儲在restart文件中,如需要,可在重新開始運行時修改它;

? 在某情況下可利用Abaqus允許的已有程序;

UMAT流程圖

19 UEL

UEL(User defined element),用戶自定義子單元。Abaqus強大的原因很大程度上得益于其強大的可編程能力和后處理能力。相對更早進入中國市場的固體分析軟件anlysis 來說優(yōu)勢明顯。

UEL是將節(jié)點位移通過程序來求出節(jié)點力,并更新軟件計算的一些參量,比如RHS(殘余應力的不平衡量)。用戶首先根據節(jié)點的位移、形狀函數(shù)插值得到單元位移,根據彈性力學的幾何方程得出單元的應變。因此可以說,Abaqus在某種程度上并不是一種商業(yè)化軟件,而是一款強大的偏微分方程的求解器。