ABAQUS教材第十章 多步骤分析.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑ABAQUS教材第十章 多步骤分析 第十章 多分析步分析 ABAQUS模拟分析总的目标是确定模型对载荷的响应回想ABAQUS采用载荷这一术语的含义，载荷是使布局的响应从初始状态发生变更的量如:非零边界条件或指定位移，集中力，分布压力以及场等等在某些处境下载荷相对简朴，如布局上只作用一组集中载荷另外一些问题中施加在布局上的载荷可能会更加繁杂，例如，在某一时间段内不同的载荷按确定的依次施加到模型的不同片面，或载荷的幅值是随时间变化的函数对计算模型施加繁杂载荷时采用载荷历程这一术语 在ABAQUS中，用户可将整个的载荷历程划分为若干个分析步每一个分析步都是由用户指定的一个 “时间” 段，这样便于ABAQUS计算模型对该时段内指定一组的载荷和边界条件的响应用户务必在每一个分析步中指定响应的类型，称之为分析程式，在同一个问题中不同的分析步之间可以变更分析程式例如，可在一个分析步中施加静态恒载荷计算静力响应，如自重载荷；而在其后的分析步中施加地震加速度计算动力响应 ABAQUS将它全体的分析程式分为两大类：线性扰动和常规分析由于ABAQUS对这两种分析程式的加载条件和“时间”的定义不同，因而对线性扰动和常规分析程式序作了明确的区分。

所以对这两个分析程式的结果应区分对待 在常规分析过程即常规分析步中，分析的类型可以是线性的也可以是非线性的而性扰动分析过程即扰动分析步中，只能是线性分析性扰动分析步之前的常规分析步中产生的模型的基态，ABAQUS将其用作线性扰动分析步的预变形和预加载状态，因而使得ABAQUS的模拟分析的才能比仅仅只有线性分析功能的软件更具有一般性和广泛性 10.1 常规（非线性）分析程式 每一个常规分析步都是用前一个常规分析步终点的变外形态作为起始点的因此，模型的状态随着一系列的常规分析步中定义的载荷作用而变化初始条件所定义的状态是仿真过程中的第一个常规分析步的起始点 全体的常规分析程式中施加载荷及 “时间” 的概念是一致的 10.1.1 常规分析分析步中的时间 在一个模拟分析过程中ABAQUS有两种时间尺度总体时间和分析步时间，总体时间贯穿于全体的常规分析步中，总是在增长，是每个常规分析步全体的时间的总和每个分析步有各自的时间尺度，称之为分析步时间，对于每个分析步其时间都是从零开头的随时间变化的载荷和边界条件可以视概括处境任选一种 10-1 时间尺度来定义。

图10-1所示为一个分析的时间尺度，整个历程分为三个分析步，每个分析步长为100秒 图10-1 一个模拟分析的分析步时间和总时间 10.1.2 指定常规分析步的载荷 在常规分析步中载荷务必以总量而不是增量的形式给定例如，一个集中载荷在第一个常规分析步中为1000N，在其次个常规分析步中增加到3000N在这两个分析步中给定的集中载荷应分别为1000N和3000N，而不能为1000N和2000N 在默认处境下，前面各分析步定义的载荷在当前分析步也有效 当然，可以在当前分析步中另外增加载荷以及变更以前所施加载荷（例如变更荷载的大小或和撤去载荷）假设前面所定义的载荷的幅值曲线是以总体时间尺度定义的，在当前分析步的中没有对举行其特意的修改，它将按照相关的幅值定义持续作用，否那么以结果一个常规分析步终点的载荷的大小持续作用 10.2 线性扰动分析 线性扰动分析步的起始点称为模型的基态假设模拟计算的第一个分析步是线性扰动分析步，那么模型的基态就是用初始条件所指定的状态否那么根本状态就是性扰动分析步之前的结果一个常规分析步终止时的状态。

尽管在扰动分析步中布局的响应设定为线性，但模型在此之前的常规分析步中可以有非线性响应对前面常规分析步中有非线性响应的模型，ABAQUS用当前的弹性模量作为扰动分析的线性刚度该弹性模量对弹塑性材料而言是其初始弹性模量，对超弹型材料而言为其切线模量（参见图10-5） 对其它材料模型的描述可参见ABAQUS/Stardard用户手册6.1.2节扰动步中的载荷应足够小，以保证模型的响应不要过大地偏离切线模量所能预料的响应假设仿真过程中有接触问题，那么在扰动分析步中应保证接触面的接触状态不发生变更，即基态中闭合的点仍保持闭合，脱离的点仍保持脱离 10-2 图10-5 在常规非线性分析步之后，用切线模量作为线性扰动分析步的刚度 10.2.1 性扰动分析步中的时间 若在扰动步后有常规步，它就用前面一个常规分析步终止时模型的状态作为其起始点，而不是将扰动分析步终止时模型的状态作为其起始点。

这样，线性扰动分析步中的响应对仿真过程不产生长远的影响因此，ABAQUS在分析过程中总时间并不包含线性扰动分析步的时间事实上，ABAQUS将扰动分析步的时间定义成分外小的量（10－36），因此，将它累加到总时间上时没有任何影响在模态动力分析过程并不采用这一规矩 10.2.2 性扰动分析步中指定载荷 性扰动分析步中所给定的载荷和边界条件仅在该分析步内有效性扰动分析步中给定的载荷量值（包括预设的边界条件）是载荷的扰动增量，而不是载荷的总量值因此，扰动分析步内输出的结果仅是因扰动而引起的变化量在基态变量中不包含这些扰动变化量 下面通过一个不锈钢水槽制造过程的分析来看一个既包含常规分析步又包含扰动分析步的繁杂载荷历程的例子整个流程见图10.3用冲头、冲模和夹具将薄板冲压加工成水槽这个成型仿真过程由若干个常规分析步组成通常，第一分析步涉及到施加夹持力，其次步仿真冲压过程第三步移开工具，使水槽回弹到其最终的外形这些步骤中的每一步都是常规分析步，它们一起构成了一个连续的载荷历程，每一步的起始状态都是上一步终止时的状态很明显这些分析步中包含了好多的非线性效应（塑性变形、接触，大变形）。

在第三步终止时，水槽上存在着由成型过程引起的剩余应力和非弹性应变作为制造过程的直接结果，其厚度也要发生变化 在水槽安装时，沿着水槽的边沿与工作台接触的部位要施加边界约束条件 10-3 人们对这个水槽在各种不同载荷条件的响应感兴趣，应对其举行模拟例如，需举行模拟以确保有人站在水槽上时水槽不发生破坏第四步采用线性扰动分析步，分析水槽对局部压力载荷的静态响应在这个分析步里水槽中心的位移只有2mm，你可能会感到惊诧，由于从钢板成型到水槽的变形应远大于2mm其实这个2mm的变形仅仅是成型后（即第三步后）水槽在扰动力——人体重量作用下的变形；水槽从钢板到成型再到施加扰动载荷总的变形为第三步的变形与这个2mm变形之和 图10-3 水槽制造和使用的分析步 水槽也可能盛满废弃零件，须模拟它对某些频率的谐波载荷的稳态动力响应 10-4 因此第五步是其次个线性扰动分析步：这一步需在废旧零件与洗涤盆的接触点上施加载荷，直接作稳态动力分析。

这一步的基态是前面的常规分析步终止的状态，即成型过程终止时（第三步）的状态前一个扰动分析步（第四步）的响应在此不予考虑因而这两个扰动分析步是相互独立地模拟水槽在成型后对施加在模型基态上的载荷的响应 假设在分析中还有另外一个常规分析步，那么这步开头时布局的状态是前一个常规分析步（第三步）终止时的状态第六步采用常规分析步，用来仿真水槽盛满水的情形在这一步中的分析可以是线性的，也可以是非线性的紧随着的第七步重复第四步中的分析而这时的基态（前一个常规分析步终止时的布局状态）是第六步终止时水槽的状态在此以后的响应为盛满水的水槽响应，而不是空水槽的响应再举行稳态动力仿真产生的结果会不切实，其理由是水的质量会在很大程度上影响动力响应，而这个分析中没有考虑水的影响 在ABAQUS/Standard中，对于以下的过程总是采用线性扰动分析步： ? ? ? ? ? ? linear eigenvalue buckling, （线性特征值屈曲） frequency extraction, （固有频率提取） transient modal dynamics, （瞬态模态分析） random response, （随机响应） response spectrum, and （响应谱分析） steady-state dynamics. （稳态动力分析） 而对静态过程可以用常规分析也可用线性扰动分析。

10.3 例题：管道系统的振动 在例题中，需要分析管道系统中一根长5m的钢管的振动频率钢管外直径为18 cm，壁厚为2 cm（见图10-4） 图10-4 钢管的几何尺寸 钢管的一端被坚韧地夹住，另一端也只能沿轴向运动管道系统中这段5 m长的片面受到的谐波载荷的频率在50Hz范围内而钢管在未受力时的最低自振频 10-5 — 9 —。