1.4 ABAQUS/CAE中的功能模块
有限元分析流程一般包括前处理(包括几何模型、材料参数、荷载及边界条件、网格剖分等)、计算、后处理等几个步骤,ABAQUS/CAE通过相应的功能模块实现相关操作。如图1-8所示,用户可在环境栏上【Module】右侧的下拉列表中切换功能模块,下拉列表中功能模块的排列顺序与完成有限元分析任务的逻辑顺序大致一致,虽然CAE允许用户在模块中自由切换,但为便于建模,建议用户按照默认顺序执行。
Optimization(优化)模块主要用于对物体进行拓扑和形状优化,本书中不涉及相关内容,其他模块的功能与菜单介绍如下。
图1-8 ABAQUS/CAE中的功能模块选择
提示:
并非所有模块都需用到,比如若不存在接触问题,则无需进入Interaction模块。
1.4.1 Part(部件)模块
1.主要功能
部件是ABAQUS/CAE创建几何模型的“积木”,用户在Part模块中创建部件后,可在Assembly模块中把它们组装起来生成实体。ABAQUS/CAE 中的有限元模型由一个或多个部件组成。如一辆汽车,可简单视为一个车身和 4 个轮子,用户只需创建车身和轮子的单独部件,然后在Assembly 模块中将轮子部件插入 4次即可;再如考虑桩土接触的群桩基础,建模时也只需要创建一个桩的部件。
Part模块的主要功能是创建、编辑和管理部件。ABAQUS/CAE中的部件有几何部件(native part)和网格部件(orphan mesh part)两种。几何部件是基于“特征(feature-based)”生成的,CAE通过几何信息(维数、长度等)和生成规则(拉伸、扫掠、切割等)等特征信息储存和生成部件。网格部件不包括几何实体特征,只包含关于节点、单元、面、集合的信息,如外部第三方软件生成的网格数据导入 CAE 后的即为网格部件。几何部件和网格部件各有其优点,使用几何部件可以很方便地修改模型的几何形状,而且修改网格时不必重新定义材料、载荷和边界条件。用网格部件则能更灵活地修改各个节点和单元的位置,优化网格。
提示:
岩土工程分析中,若不考虑接触问题,只需创建一个部件。如一多层地基,不需要将不同的土层作为不同的部件,只需利用Partion分隔工具,将土层分为不同区域,并在Property模块中赋予不同的材料即可。
2.主要菜单
除了各模块中的通用菜单之外(如【File】、【View】等),Part模块中还包含了用以创建、编辑和管理模型中的各个部件的菜单,这里介绍常用的几个。
(1)【Part】菜单。
【Part】菜单下有【Manager】(管理)、【Create】(创建)、【Copy】(拷贝)、【Rename】(重命名)和【Delete】(删除)5个选项。其中【Create】对应工具箱区中的按钮,其余4个选项都集成于工具箱区的按钮之中。执行【Part】/【Create】命令或单击之后,弹出如图1-9所示的创建部件对话框。对话框中包含部件定义的几个基本属性。
模型空间:部件可在三维、二维平面或者轴对称空间创建。二维问题中,CAE 默认模型定义在x-y平面之内;轴对称问题中,CAE同样默认模型在x-y平面内定义,且认为y轴为对称轴。
部件类型:CAE中的部件类型分为可变形部件(Deformable part)、离散刚体部件(Discrete rigid part)或解析刚体部件(Analytical rigid part)、欧拉(Eulerian)部件、电磁(Electromagnetic)部件和流体(Fluid)部件。可变形部件是在荷载作用下可以变形,是岩土数值分析中最常使用的部件类型。离散刚体部件可以是任意形状的,解析刚体部件则只可以是用直线、圆弧和抛物线创建的形状,刚体在载荷作用下不发生变形,常用于锻压等接触分析。欧拉部件用于指定欧拉分析中的区域,物质可在区域中流动。电磁部件只能用于电磁分析。流体部件只能在ABAQUS/CFD中使用。
基本特征:部件的几何形状可以是实体、面、线或点,其由图1-9所示的对话框Base Feature组中Shape下的选项确定,右侧的Type选项是对应的部件生成方法,几何形状不同对应的生成方法也有所区别,如对三维实体,可选用的类型是拉伸(Extrusion)、旋转(Revolution)和扫掠(Sweep)。
部件尺寸:部件的近似尺寸是为了方便CAE计算图纸及网格的大小。该尺寸数值应与部件的最大尺寸接近。部件的近似尺寸一经指定无法修改。为了准确反映部件尺寸,CAE 建议部件尺寸在0.001到10000个长度单位之间。这是因为CAE中支持的最小尺寸为10-6个长度单位,若部件几何尺寸小于10-3个长度单位,节点和单元大小可能小于正常范围,带来的误差较大。
图1-9 创建部件对话框
部件的基本属性设定完成之后,单击【Continue】按钮将进入到二维草图绘制界面。该界面的功能与Sketch功能一致。用户可通过其提供的工具箱快捷图标(见图1-10),方便地绘制模型的几何形状。
图1-10 画图工具箱
(2)【Shape】菜单。
该菜单针对实体、面、线、切割和过渡等几何特征提供了相应的创建方法。利用本菜单,用户可建立几何形状复杂的部件。该菜单对应的工具箱区按钮如图1-11所示。
图1-11 【Shape】菜单对应的工具箱区按钮
注意:
【Shape】菜单的功能是添加相应特征到现有的部件之中,用户必须先创建一个部件,再在其基础上利用【Shape】菜单的功能构建复杂的几何模型。
实体特征创建方法中的拉伸、旋转和扫掠方法简单易懂,本节不做介绍,只重点介绍放样(Loft)功能。如图1-12所示,放样功能适用于建立截面形状变化的复杂实体,大坝的三维有限元模型常采用这种方法建模。
执行【Shape】/【Solid】/【Loft】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-13所示的编辑放样对话框。该对话框由下面两个选项卡组成。
截面(Cross Sections)定义选项卡:用户在该选项卡中指定实体的起、止截面及中间过渡截面(如有)。放样功能最少需要两个界面,在创建实体时,截面形状必须是闭合的。需要注意,若选中【Keep internal boundaries】复选框,CAE将保留放样实体与部件其他部分的内部边界,其可方便后续材料分区的设置。
过渡(Transition)定义选项卡。用户在该选项卡中定义不同形状截面之间的过渡方法。过渡方法有两大类,一是指定切线方向,二是指定转换路径。CAE 中默认的是采用指定切向方向的方法。该方法中有 None(无限制)、Normal(放样实体边的初始段与界面垂直)、Radial(放样实体边的初始段与截面水平)和Specify(用户指定)4种选项,用户可改变相关设定,观察放样实体形状的改变,熟悉相关功能。
提示:
在工具箱区中的按钮的右下角上按住鼠标左键,可显示隐藏的按钮。
图1-12 放样示例
图1-13 编辑放样对话框-截面定义
图1-14 编辑放样对话框-过渡定义
(3)【Feature】菜单。
该菜单主要提供对特征的操作功能,包括编辑(Edit)、重新生成(Regenerate)、抑制(Suppress)、恢复(Resume)和删除(Delete)几何部件的特征。该菜单对应的工具箱区按钮如图1-15所示。
特征的编辑和管理也可通过模型树进行,如图1-16所示,单击Part前面的“+”展开部件的所有特征。本例中共有两个特征,一是通过拉伸建立的三维实体,二是侧面上面的分隔(Partition功能会在后面介绍)。在模型树上的相应位置双击或通过右键菜单,可进行相应的编辑操作。
部件的特征只能在Part模块中编辑,且确认编辑部件特征后,其余功能模块中的特征将自动更新。因此,一般建议待模型的所有几何特征均创建完成之后再进行荷载、边界条件的设置,以免自动更新特征后造成荷载、边界条件等设定无效。
图1-15 【Feature】菜单对应的工具箱区按钮
图1-16 通过模型树进行特征操作
编辑部件的特征之后,除非在编辑特征对话框中指定,否则 CAE 将自动重新计算部件的几何关系。如有必要,可通过执行【Feature】/【Regenerate】命令,手动重新生成。
在创建复杂的几何模型时,为了加快显示和重新生成的速度,用户可通过抑制选项临时将某些特征从模型中移除,CAE将不会显示相关部件。抑制的特征可以通过【Resume】菜单恢复。
注意:
删除的特征不可恢复。
(4)【Tools】菜单。
Tools(工具)菜单下的功能众多,这里只介绍最常用的几种,相应的工具箱区按钮如图1-17所示。
图1-17 【Tools】菜单对应的工具箱区按钮
Query(查询):执行【Tools】/【Query】命令或单击工具栏上的按钮,可弹出图1-18所示的查询对话框。可查询的信息分为通用信息和部件信息,查询过程中用户通过提示区给出的提示步骤进行操作。如图1-18拟查询节点的信息,提示区显示提醒,要求用户指定是哪一个节点。
图1-18 查询对话框
Set(集合):【Tools】/【Set】子菜单中包含了管理、创建、编辑集合的命令。将几何实体、单元或节点建成集合之后,可方便后续的材料分区设置、网格剖分设置等。集合的创建过程中通常需要在屏幕上选择实体,操作时应按提示区的提示进行,并利用Selection(选择)工具栏中的各项功能(见图1-19)。
图1-19 Selection工具栏
提示:
利用工具栏中的按钮可打开、关闭三维视角。某些情况下,关闭三维视角可方便进行选择操作。
Partition(分割):Partition在建模过程中经常用到,如需要在某个面的局部范围施加压力荷载、设置不同的材料分区或者为了便于网格划分将复杂形状的实体分成若干简单实体的情况中都要用到Partition 功能,本章在后面的例子中将进一步介绍。ABAQUS/CAE 支持对边、面和体的切割,相应的工具箱区的快捷图标如图1-17所示。
提示:
ABAQUS/CAE将创建的切割视为特征,可通过【Feature】菜单或模型树的相关功能进行编辑、管理。
Datum(基准):ABAQUS/CAE中提供的基准点、线、面和坐标系,本质上是一种建模辅助手段,其对网格划分或计算不起任何作用。执行【Tools】/【Datum】命令或单击图1-17所示工具箱区的相关按钮,可弹出图1-20所示的创建基准对话框,用户可按照提示采用多种方法定义基准点、线、面或坐标系。CAE将创建的基准以黄色虚线显示,用户可执行【View】/【Part DisplaOptions】命令,在弹出的对话框中切换到Datum选项卡,可控制是否显示创建的基准信息(见图1-21),在该对话框中也可实现对边的渲染、网格显示等的控制。
图1-20 创建基准对话框
图1-21 基准显示选项控制
Displa group(显示组):在建立复杂的几何模型时,常需要单独显示部件的某一部分。此时可通过【Tools】/【Displa group】下的选项或图1-22所示Displa group工具栏中的按钮实现。单击按钮后,在弹出的图1-23所示的对话框中可控制显示哪些实体;用户也可直接在屏幕上选择,然后利用Displa group工具栏进行快速操作。
图1-22 Display group工具栏
图1-23 创建显示组对话框
1.4.2 Property(性质)模块
1.主要功能
该模块的主要功能包括选择材料模型并设置相关的参数,定义截面(Section)属性,将截面属性分配给相应区域实现材料分区。这里的“截面属性”包含了材料定义和横截面几何形状等部件综合信息。
2.主要菜单
菜单的相关功能也可通过单击工具箱区中的按钮实现,图1-24 给出了 Property 模块主要菜单对应的工具箱区按钮。
图1-24 Property模块主要工具箱区按钮
(1)【Material】菜单。
该菜单主要包含材料的创建及管理功能。执行【Material】/【Create】命令,或单击工具箱区的按钮,弹出图1-25所示的编辑材料对话框。该对话框中有【General】(通用性质)、【Mechanical】(力学性质)、【Thermal】(温度性质)、【Electrical/Magnetic】(电磁性质)和【Other】(其他性质)5 个菜单。各菜单下内置了ABAQUS自带的材料模型,常用的模型如图1-26所示。用户选择相关模型后,对话框中部会出现相应的材料属性选项,对话框的下部会出现数据区,用户可通过键盘直接输入或单击鼠标右键调出快捷菜单利用相关功能进行参数设置。不同的材料属性可联合使用,比如图1-25中的Material-1材料同时具有Density(密度)、Porous Elastic(孔隙弹性)、Clay Plasticity(黏土塑性,及修正剑桥模型)和渗透性,已定义的材料属性会显示在对话框的Material Behaviors区。
提示:
用户自定义材料参数及相关设置在【General】菜单下。
图1-25 编辑材料对话框
图1-26 常用的材料模型
岩土数值分析中涉及的材料模型将在专门的章节中进行介绍,这里只介绍ABAQUS定义材料参数的两个特殊功能。
定义与空间位置相关的材料参数,如随位置改变的密度、热膨胀系数等。如定义密度时,在图1-27所示 Distribution右侧的下拉列表中可以选择预先定义好的分布。分布的创建可通过 Property、Interaction、Load 模块中的【Tools】/【Discrete Field】/【Create】或【Tools】/【Analytical Field】/【Create】命令进行,Discrete Field是直接指定某些单元或节点所采用的值,Analytical Field是给出一个与空间坐标相关的连续函数。分布也可用于随空间位置改变的压力大小、板的厚度等。
图1-27 定义与空间位置相关的密度
定义与场变量(Field variable)相关的材料参数。场变量与空间坐标相关,可随时间变化,如温度场就是一种场变量。ABAQUS中除了自带的温度场之外,还允许用户定义额外的场变量。定义材料时,在图1-28所示的对话框Number of field variables右侧的调节框中可改变材料依赖场变量的个数。图1-28 给出了在编辑材料对话框中设置弹性模量随 1 个场变量变化的例子。计算时,首先定义节点上场变量Field 1为1.0,在后续分析步中将其改变为2.0,从而实现弹性模量的光滑过渡。需要指出的是,场变量的设置无法在CAE中进行,需要通过修改inp文件的方式进行,本书将在后续的边坡稳定性强度折减法分析中详细介绍。如需设置复杂的场变量分布,可通过用户子程序UFIELD实现。如可在UFIELD中将节点的场变量Field 1设置为空间坐标的函数,从而模拟随空间位置变化的弹性模量分布。
注意:
(1)通过分布和场变量定义材料参数的功能相互排斥,只能使用一种。
(2)场变量的大小需从小到大排列。
图1-28 定义随场变量变化的弹性模量
(2)【Section】菜单。
该菜单的主要功能是创建及管理截面属性。创建材料之后,需要定义相应的截面属性(Section),将材料与截面属性建立联系之后,再把此截面属性赋予相应的部分。这样做的目的是区别有限元模拟中的计算方式,如一根矩形截面的梁,可采用三维八节点实体单元划分,也可采用二节点梁单元划分。当采用梁单元进行模拟时,必须指定梁截面的剖面形状,只指定材料性质无法满足计算要求。
执行【Material】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-29所示的创建截面对话框。在该对话框中,用户可选择截面的类别,如Solid代表实体,Beam为梁。选择类别后,对话框右侧的Type区为相应的截面种类,对实体截面可用的种类为均匀(Homogeneous),广义平面应变(Generalized plane strain)、欧拉体(Eulerian)和复合层(Composite)等几种。单击【Continue】按钮后弹出编辑截面对话框,在Material右侧的下拉列表中选择已定义的材料,确认后完成截面属性的定义。
图1-29 创建/编辑截面对话框
(3)【Assign】菜单。
该菜单主要用于将定义的截面属性、梁截面方向等分配给相应的区域。执行【Assign】/【Section】命令,或单击工具箱区中的按钮,提示区出现图1-30所示的提示。用户可直接在屏幕上选择要分配截面属性的区域,若选中Create前的复选框,ABAQUS/CAE将所选择区域定义为集合,方便后续操作。用户也可单击提示区右端的【Sets】按钮,将截面属性分配给已定义的集合。单击【Done】按钮或按鼠标中键后,弹出图1-31所示的对话框,在Section下拉列表中选择已定义的截面属性,确认后完成设置。
截面属性设置完毕之后,用户可通过图1-32所示的Color Code工具栏将具有不同截面属性或材料属性的区域用不同的颜色显示,达到检查模型的目的。
图1-30 提示区关于截面分配的提示
图1-31 编辑截面分配对话框
图1-32 Color Code工具栏
1.4.3 Assembly(装配)模块
1.主要功能
用户需应用装配模块创建部件的实体(Instance),并且将一个或多个实体按照一定的规则装配在总体坐标系中,从而构成装配件。简单来说,部件模块创建的是产品的零件,而装配模块负责将这些零件组装成产品。一个ABAQUS模型中只能包含一个装配件。
注意:
整个模型只能包含一个装配件,一个装配件可以由一个或多个实体构成。如果模型中只有一个部件,可以只为这个部件创建一个实体。
2.主要菜单
图1-33给出了Assembly模块主要菜单对应的工具箱区按钮,这里介绍常用的几种。
图1-33 Assembly模块主要工具箱区按钮
(1)【Instance】(实体)菜单。
执行【Instance】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-34所示的创建实体对话框。注意到实体的类型有 Dependent(非独立)和 Independent(独立)两种。如果选择 Dependent,后续网格划分需对部件进行。就算部件在创建实体中插入了多次,也只需划分一次网格,所有基于同一部件的实体将具有同样的网格。如果选择Independent,需直接对装配体进行网格划分。
提示:
单击创建实体对话框中的【Apply】按钮即生成实体,但对话框不退出。单击【OK】按钮则生成实体并退出。若不小心先后单击了【Apply】和【OK】按钮,则部件被插入了两次,且相互重叠。在后续网格划分时,重叠的部件极易被忽略,会引起计算出错。
图1-34 创建实体对话框
ABAQUS/CAE根据部件的名称对实体命名,其可在模型树Assembly下的Instance节点查阅(见图1-35),如Part-1-1代表的是名称为“Part-1”的部件生成的第一个实体,依次类推。在相应名称上单击鼠标右键,可调出快捷菜单,对实体进行相应操作。
图1-35模型树中实体的命名及操作
除了创建实体之外,用户也可对Instance中的Part进行平移、旋转、阵列等操作,还可对Instance中的Part 进行布尔运算,例如可以通过执行【Instance】/【Merge/Cut】命令,可以把多个实体合并(Merge)为一个新的部件,或者把一个实体切割(Cut)为多个新的部件。在合并操作中对相交边界有删除(Remove)和保留(Retain)两个选项,若选择后一选项,生成的新Part中仍然保留材料分区,这在建立复杂模型时尤为有效。
(2)Constraint(约束)菜单。
通过建立各个实体间的位置关系来为实体定位,包括面与面平行(Parallel Face)、面与面相对(Face to Face)、边与边平行(Parallel Edge)、边与边相对(Edge to Edge)、轴重合(Coaxial)、点重合(Coincident Point)、坐标系平行(Parallel CSYS)等。
1.4.4 Step(分析步)模块
1.主要功能
在Step模块中可创建分析步、选择输出数据、设定自适应网格求解控制和设置求解过程控制参数(如收敛标准等)。后面两项在绝大多数分析中可以不做修改,输出数据的选择如无特殊需求,也可采用默认值。
2.主要菜单
图1-36给出了本模块主要菜单对应的工具箱区按钮,这里介绍几个主要菜单。
图1-36 Step模块主要工具箱区按钮
(1)【Step】菜单。
本菜单主要进行分析步的建立、管理等操作。执行【Step】/【Create】命令或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-37所示的创建分析步对话框。由图可见,ABAQUS/CAE自动创建了一个初始分析步(Initial),用于其中定义初始状态下的边界条件和相互作用(Interaction),位移约束条件在此分析步中只能为 0,初始分析步只有一个,它不能被编辑、重命名、替换、复制或删除。在初始分析步之后,需要创建一个或多个后续分析步,每个后续分析步描述一个特定的分析过程。ABAQUS 的分析步类型分为两个大类,可在对话框Procedure type右侧的下拉列表中选择。
General analysis step(通用分析步),可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包括以下类型:静力分析(Static, General)、隐式动力分析(Dynamics, Implicit)、显示动态分析(Dynamics, Explicit)、地应力场生成(Geostatic)、土体固结分析(Soils)等。
线性摄动分析步(Linear perturbation step),只能用来分析线性问题。在ABAQUS/Explicit中不能使用线性摄动分析步。线性摄动分析步主要包括线性特征值屈曲分析(Buckle)、频率提取分析(Frequency)、静力线性摄动分析(Static, Linear perturbation)、稳态动态分析(Steady-state dynamics)、子结构生成(Substructure generation)几种。
图1-37 创建分析步对话框
选择分析步类型后,单击【Continue】按钮弹出图1-38所示的编辑分析步对话框。该对话框中有 Basic (基本定义)选项卡、Incrementation(增量步)选项卡和Other(其他)选项卡。选项卡中的选项随分析步类型的不同而略有区别。对应Static, General分析步,Basic选项卡主要定义分析步时长和是否打开大变形选项。在Incrementation选项卡中,用户需定义所允许的最大增量数(Maximum number of increments),此外用户还需选择采用自动时间增量步长还是固定时间步长,如采用自动时间增量步长,需给出初始步长、允许的最小及最大时间增量步长。Other选项卡中大部分设置无需变动,但有时可能需要指定ABAQUS采用非对称算法求解方程(如采用摩尔库伦模型时,屈服面和塑性势面非相关联,弹塑性矩阵非对称),此时需在该选项卡中进行相应设置(见图1-38)。分析步定义完成之后,可通过分析步管理器进行相应的编辑、重命名、打开大变形选项等操作。
提示:
(1)一般,最大增量数默认取为100是足够的。如果非线性程度比较强,或者分析步时间总长大(如固结计算),需适当增加最大增量数。
(2)采用自动时间增量步长时,如果收敛情况较好,ABAQUS会放大下一次的时间增量步长,否则ABAQUS会缩小下一次计算的增量步长。如果步长小于允许的最小值,计算终止。同时也要注意,如果允许的最大时间增量步长过大,输出结果时可能会缺少足够的中间数据。
图1-38 编辑分析步对话框
(2)【Output】菜单。
ABAQUS 的输出控制包含 3 个内容:输出结果的区域,输出结果的种类和结果输出的频率。当用户创建一个分析步后,ABAQUS 将自动创建一个输出请求,包含了以上 3 个方面的默认设置。用户可以对其进行编辑,编辑之后的设置将传递到下一个分析步,直至做出新的修改。
ABAQUS的输出数据分为以下两大类。
Field Output(场变量输出结果)。Field Output是不同时刻计算结果在空间上的分布,可用来生成等值线云图、网格变形位移图、矢量图和XY图。执行【Output】/【Field Output Rquests】/【Edit】/【F-Output-1】(F-Output-1是场变量输出方案的名称)命令,打开图1-39所示的编辑场变量输出方案管理器。
图1-39 编辑场变量输出方案管理器
HistorOutput(历史变量输出结果)。历史变量输出结果是指特定点上的位移、整体模型的能量等计算结果随时间的变化过程,主要用来生成随时间变化的XY曲线图。执行【Output】/【HistorOutput Rquests】/【Edit】/【H-Output-1】命令可进行相应设置,对话框中各变量的含义与编辑场变量输出方案对话框中的一致,此处不再给出。
1.4.5 Interaction(相互作用)模块
1.主要功能
在相互作用模块中,用户可以指定不同区域之间的力学、热学相互作用。本模块的相互作用不仅仅指接触,还包括各种约束,如绑定(tie)约束、方程(equation)约束和刚体(rigid body)约束等。单元的生死(移除和激活)功能也可在本模块中实现。
注意:
相互作用与分析步是相关联的,用户必须指定所定义的相互作用在哪些分析步中起作用。
2.主要菜单
Interaction模块主要工具箱区按钮如图1-40所示。与岩土数值分析相关的接触理论及操作,将在后面专门的章节进行介绍,本章简要介绍几个常用的菜单。
图1-40 Interaction模块主要工具箱区按钮
(1)【Interaction】(相互作用)菜单。
相互作用的定义包括几个方面:定义相互作用的属性(如接触面切向、法向力学特性)、相互作用的种类和指定可能发生接触的区域,均通过本菜单完成。
执行【Interaction】/【Property】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-41所示的创建相互作用属性对话框。该对话框的 Type 区给出了可供定义的相互作用属性类型,包括了力学、热学和声学等多种相互作用。岩土或土木数值分析中最常用的是 Contact(接触),单击【Continue】按钮后,弹出右侧的编辑接触属性对话框,其通过子菜单的形式定义力学接触等相关属性。
图1-41 创建相互作用属性对话框
定义相互作用属性之后可以指定相互作用的类型及区域。执行【Interaction】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-42所示的创建相互作用对话框。通过对话框Step右侧的下拉列表,可以选择相互作用生效的分析步,Types for Selected Step区域给出了可供定义的相互作用类型。岩土或土木数值分析中常用的是前两个General contact(通用接触)和Surface-to-surface(面与面接触)。它们的异同主要体现在用户交互、默认设置、可选设置3个方面。总体来说,通用接触算法的相互作用主体、接触属性、接触面属性可以各自独立地指定,接触的细节设定更具弹性。通用接触允许用单个相互作用定义模型中多个区域间的接触关系,其可定义模型中包含的所有外表面、壳边缘,梁、桁架的边等,其最典型的应用就是用于颗粒流分析中粒子的相互接触。面对面接触采用接触对算法,其计算效率可能更高,在CAE 中的建模较方便。这两种相互作用的异同将在后续章节中进一步介绍。选定相互作用类型后,单击【Continue】按钮并按照提示区的提醒,设定相互作用的区域。
图1-42 创建相互作用对话框
注意:
创建相互作用对话框中的Interaction类型与分析步的种类相关,如模型改变功能(Model change)不能在初始分析步中进行。本书将在后续相关章节中介绍该内容。
(2)【Constraint】(约束)菜单。
相互作用里的约束指的是在分析中限制某些区域的自由度。执行【Constraint】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-43所示的创建约束对话框。常用的约束如下。
图1-43 创建约束对话框
Tie(绑定):设置绑定约束的部分具有相同的自由度,适用于区域间网格划分不一致但变形连续的情况。
Rigid body(刚体):约束区域的位移与某参考点保持一致。
Displabody(显示体约束):允许将一个部件实体仅用于显示,该实体不需要进行网格划分,也不参与分析,但可在后处理模块显示。常用于多体动力学的分析,此时刚体的运动特征可通过极其简单的部件(如点)反映,Displabody仅用于显示刚体的形状。
Coupling(耦合):约束面的自由度与单个参考点保持一致。
Adjust points(调整点):将点限定在某个面上。
MPC Constraint(MPC约束):建立一系列点与单个参考点自由度之间的关系,如Beam型MPC相当于点之间由刚性梁连接,点具有相同的平动和转动自由度;Pinked型MPC相当于铰接,点之间的长度保持不变等。
Shell-to-solid coupling(壳-实体耦合):将壳体边缘的位移与相邻实体面的位移保持一致。
Embedded region(嵌入):常用来模拟加筋对基体的增强功能,如钢筋混凝土实体结构,分别创建钢筋和混凝土模型,然后将钢筋嵌入到混凝土结构中去;土钉加固边坡,也可采用类似的做法。
Equation(方程):通过线性方程的形式建立节点自由度之间的关系。
提示:
本模块的【Connector】菜单主要用于模拟多机构运动仿真,本书中不做介绍。
1.4.6 Load(荷载)模块
1.主要功能
该模块用于定义载荷、边界条件,预定义场和载荷工况。
2.主要菜单
Load模块的主要工具箱区按钮如图1-44所示,主要菜单介绍如下。
图1-44 Load模块主要工具箱区按钮
(1)【Load】(荷载)菜单。
执行【Load】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-45所示的创建荷载对话框,其中可用荷载的类型与分析步的种类有关,用户可通过Step下拉列表指定荷载生效的分析步,几种力学类常用荷载标注在图1-45中。选择荷载类型后,单击【Continue】按钮,按照提示区提醒选择荷载作用范围。以施加面力为例,提示区提醒在屏幕上选择荷载作用面,选择并确认后将弹出编辑荷载对话框。编辑荷载对话框中的 Distribution(分布)指的是荷载大小随空间位置的分布,可以是均匀分布的,也可以模拟静水压力(Hydrostatic),甚至可通过用户子程序自定义(User-defined)。编辑荷载对话框中的Amplitude(幅值曲线)指的是荷载在分析步中随时间的分布。Distribution和Amplitude均可通过【Tools】菜单下的命令设置,也可在编辑荷载对话框中通过快捷图标进行定义(见图1-45)。
图1-45 创建/编辑荷载对话框
已创建的荷载可通过荷载管理器进行编辑。
注意:
在静力分析步(Static, General)中,默认荷载随时间线性变化(Ramp);在固结分析步(Soils)中,默认荷载瞬间施加(Instantaneous)。若要改变默认设定,可在编辑分析步对话框的 Other 选项卡中进行调整。
(2)【BC】(边界条件)菜单。
执行【BC】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-46所示的创建边界条件对话框。与荷载定义时类似,用户也需指定边界条件生效的分析步。注意孔压边界条件在Other类中。定义边界条件时也可利用Distribution和Amplitude选项,实现随位置和时间而变化的边界条件(地震波等)。
图1-46 创建边界条件对话框
(3)【Predefined Field】(预定义场)菜单。
执行【Predefined Field】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-47所示的创建预定义场对话框。图1-47中可用的预定义场有力学和其他两类。力学类中常用的有Stress(应力场)和Geostatic(地应力场)。Stress预定义场是直接指定单元集的6个应力分量,Geostatic场是定义随高度线性分布的自重产生的应力。在其他类中,常用的是Temperature(温度场)、Initial state(可将其他分析的结果作为初始状态,常用于分步耦合分析,如可将 ABAQUS Explicit 分析步的结果作为一个Standard分析步的起始值);Saturation (饱和度,用于非饱和渗流分析)、Void ratio(孔隙比,固结分析或采用剑桥模型的分析)、Pore pressure(孔压)。
大部分预定义场(除温度场外)的定义需在Initial分析步中进行。预定义场的分布支持均匀分布、线性分布、外部数据库文件读入或者用户子程序指定等多种方式,本书将在后续章节中结合具体例子进行讲解。
图1-47 创建预定义场对话框
1.4.7 Mesh(网格)模块
1.主要功能
网格划分是有限元分析中极为重要的一环,划分网格的数目与质量直接影响到计算结果的精度和计算规模的大小。在Mesh模块中,用户可以布置网格种子(控制网格大小)、设置网格划分技术及算法、选择单元类型、划分网格、检验网格质量。
2.主要菜单
Mesh模块主要工具箱区按钮如图1-48所示。
注意:
如图1-34所示,在Assembly 模块中创建实体时,如果选择的是非独立实体,网格的划分需基于部件进行;如果选择的是独立实体,网格的划分需基于装配件进行。Mesh模块中默认选择基于装配件进行网格划分,若欲对部件进行网格划分,需通过环境栏中的Object选项进行调整(见图1-49)。
图1-48 Mesh模块主要工具箱区按钮
图1-49 选择网格划分对象
(1)【Seed】菜单。
该菜单主要用于创建、删除部件或边上的种子,用于确定网格的尺寸。
执行【Seed】/【Part】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-50所示的全局种子对话框。该对话框中选项的含义如下。
图1-50 全局种子对话框
Approximate global size:近似全局单元尺寸。ABAQUS按该数值确定单元的边长。如果边的长度不是所填数值的整数倍,ABAQUS会自动进行微调,使网格尽量均匀分布。
Curvature Control中的Maximum deviation factor:最大偏差系数,用于曲率控制。该值越小,曲边上的单元越多,对曲边的模拟情况越好。比如当该值取为0.1时,一个圆周上有8个单元。
Minimum size control:单元最小尺寸控制,可通过Bfraction of global size(全局单元尺寸大小的分数)和Babsolute value(网格绝对大小)控制。一般情况下保持默认值即可。
提示:
定义完成后,全局单元尺寸在屏幕上以白色显示,方便初步观察网格情况。
执行【Seed】/【Edges】命令,或单击工具箱区中的按钮,按提示区提醒选择欲设定种子的一条或多条边之后,弹出图1-51所示的局部种子对话框。该对话框有Basic(基本)和Constraints(约束)两个选项卡。
Basic选项卡中有两个选项。
Method:选择设置种子的方法,有按Bsize(尺寸)和按Bnumber(数量)两种。随着所选方法的不同,Sizing Controls区的选项也有所不同。如按尺寸控制,选项与全局种子定义时类似,需给出近似的单元边长大小。如按数量控制,直接填入边上单元个数。
Bias:选择种子是否偏置,用于定义尺寸大小不一的网格,比如在单桩竖向承载力分析时,靠近桩的土体单元尺寸要小一些,远场的网格尺寸可以大一些。其有None(无偏置)、Single(单向)、Double (双向)3 个选项。网格尺寸之间的关系可通过指定最小尺寸和最大尺寸来控制,也可以指定单元个数及Bias ratio(偏置率)来控制。
Constraints选项卡中有3个选项,主要用于控制划分网格时是否严格按照所指定的种子进行,如无必要,可不做调整。
Allow the number of elements to increase or decrease:允许单元数量增加或减少。
Allow the number of elements to increase only:只允许单元数量增加。
Do not allow the number of elements to change:不允许单元数量改变。
提示:
定义完成后,边上单元尺寸在屏幕上以洋红色显示,方便初步观察网格情况。
图1-51 局部种子对话框
注意:
边的种子定义将覆盖部件种子定义。
(2)【Mesh】/【Controls】菜单。
执行【Mesh】/【Controls】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出如图1-52所示的网格控制对话框。
图1-52 网格控制对话框
该对话框中的 Element Shape 控制单元的形状。对三维模型,可选项为 Hex(六面体)、Hex-dominated (六面体为主,过渡区域可为楔形)、Tet(四面体)和Wedge(楔形);对二维模型,其为Quad(四边形)、Quad-dominated(四边形为主,过渡区域可为三角形)和Tri(三角形)。
对话框中的 Technique 控制网格划分的技术。ABAQUS/CAE 用不同的颜色区分可以应用的网格划分技术。可用的网格划分技术包括以下几种。
Structured(结构化)划分技术。采用结构化网格划分技术的区域会显示为绿色。结构化网格划分技术是将一些标准的单元模式(如四边形、正方体)拓扑生成网格(见图1-53),可应用于一些形状简单的几何区域。这里的形状简单指的是网格划分区域没有独立的点、线、面和洞。对于复杂的区域,可以通过Partition功能,将其分隔为简单区域后再进行网格划分。同时需要注意,在利用结构化技术划分包含凹面的区域时,如果种子数目偏少,可能存在极度扭曲的网格,此时也需通过Partition功能将其分隔(见图1-54)。
图1-53 二维结构化网格模式
图1-54 包含凹面的结构化网格划分
Sweep(扫掠网格)划分技术:采用扫掠网格划分技术的区域显示为黄色。该技术是首先在源边或面(Source side)上生成网格,然后沿着扫掠路径(Sweep path)复制节点,直到目标边或面(Target side),得到网格。要判断一个区域是否可以应用扫掠网格划分技术,关键是看从源边或面沿着扫掠路径是否可以还原区域的几何形状。ABAQUS/CAE会自动选择最复杂的边作为源边。当然,用户也可以指定扫掠路径,但是必须注意,扫掠路径不同所划分的网格形状也是不同的(见图1-55)。扫掠技术有两种算法,即Medial Axis(中性轴算法)和Advancing Front(进阶算法)。中性轴算法首先把区域分为一些简单的区域,然后使用结构化网格划分技术来划分这些简单的区域。这种算法得到的网格单元形状较规则,但网格与种子位置不一定吻合。在使用四边形和六面体单元进行划分时,在Mesh controls对话框中勾选【Minimize the mesh transition】复选框(最小化网格过渡,指大尺寸单元向小尺寸单元的过渡)可以提高网格的质量。与中性轴算法不同,进阶算法首先在模型几何边界上生成四边形单元,然后再向区域内部扩展。进阶算法得到的网格严格按照种子的位置确定,但某些情况下可能会使网格发生歪斜,导致网格的质量下降。选用进阶算法时,ABAQUS默认选中Use mapped meshing where appropriate(映射网格)选项,映射网格特指四边形二维区域的结构化网格,采用这种技术能提高网格的质量,但偶尔会造成划分失败。采用Free(自由)划分技术时,也可采用该技术。
图1-55 扫掠路径对网格形状的影响
Free(自由)网格划分技术:采用自由网格划分技术的区域显示为粉红色。自由网格是最为灵活的网格划分技术,几乎可以用于任何几何形状。自由网格划分二维可采用三角形单元或四边形单元,三维需采用四面体单元,一般应选择带内部节点的二次单元来保证精度。
Bottom-up(自底向上)的网格划分技术:采用自底向上划分技术的区域显示为浅茶色(棕褐色)。一般情况下,在Partition的辅助之下,前面3种网格划分技术都能满足要求。当然,如果不能满足要求, ABAQUS 提供了自底向上的网格划分技术。该技术仅适用于三维体的划分,从本质上来讲其是一种人工的网格划分技术,用户基于某一个面网格,指定特定的方法(拉伸、扫掠或旋转)沿着某一路径生成网格,在这个过程中不能保证所有的几何细节都得到精确的模拟。
提示:
如果某个区域显示为橙色,则表明无法使用目前赋予它的网格划分技术来生成网格。这种情况多出现在模型结构非常复杂的时候,这时候需要利用 Partition 把复杂区域分割成几个形状简单的区域,然后再进行网格划分。
(3)【Mesh】/【Element type】菜单。
执行【Mesh】/【Element type】命令,或单击工具箱区中的按钮,选择欲设置单元类型的区域后,弹出图1-56所示的单元类型对话框。
该对话框中共有 Hex(六面体)、Wedge(楔体)和 Tet(四面体)3 个选项卡,选项卡中的选项控制了单元类别、积分公式等关键因素。ABAQUS中每一种单元都有自己特有的名字,例如C3D8、CPE4等。这些名字中间反映了单元的如下5个特征,ABAQUS单元正是以此来进行单元分类的。
图1-56 单元类型对话框
单元族:单元族之间最明显的区别在于各单元族假定的几何类型不同,如实体单元、壳单元、梁单元等。在图1-56所示的单元类型对话框右侧的Family列表框中会有不同的单元类型。当用户选中某一个之后,在对话框下方就会显示出单元名称,如图1-56的C3D8R。单元名字里开始的字母标志着这种单元属于哪一个单元族。例如,C3D8R中的C表示它是实体单元,单元S4R中的S表示它是壳单元等。一般情况下,用户无须记得各单元族的准确名字,在选取单元类型时,ABAQUS/CAE会针对不同类型进行提示。
注意:
ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit分析中可用的单元类型有所不同,且单元类型与分析步类型也有关系。
自由度:不同单元节点具备的自由度有所区别,如用于应力/位移分析的单元只有位移自由度(1~3),梁单元或板单元还具有转动自由度(4~6);用于流体渗透/应力耦合分析的单元还拥有孔压自由度(8)。比如单元C3D8P,末尾的P代表其是孔压单元,具有孔压自由度;C3D8T末尾的T代表单元具有温度自由度。
节点数:ABAQUS 仅在单元的节点处计算自由度,单元内部的自由度大小则根据节点自由度的大小插值而得。很明显,插值的阶数与单元的节点数目有关。通常情况下,节点数目越多,插值阶数越高。按照节点位移插值的阶数,可以将ABAQUS单元分为linear(线性)单元、quadratic(二次)单元。线性单元,又称一阶单元,仅在单元的角点处布置节点;二次单元在每条边上增加了一个中间节点,自由度沿边二次插值模拟。以图1-57中的C3D8为例,其是三维八节点单元(3代表维数,8代表节点数),是一种线性单元;而C3D20和C3D10则是二阶单元。
图1-57 网格阶数示例
注意:
一阶三角形单元和四面体单元是常应变单元,若采用此类单元,通常需要将网格划分得很密,才能获得相对精确的解答。
数学公式:数学公式是指用来定义单元行为的数学(力学)理论。某些情况下,为了模拟不同的行为,某一单元族会包含不同的数学描述。主要有非协调单元模式和杂交单元模式。非协调单元,单面名称中以字母“I”标示,其是在四边形或六面体一阶单元中引入了一个反映单元变形梯度的附加自由度,从而将原先在单元内部的常变形梯度提升为线性变化的变形梯度,克服了线性完全积分单元中的剪切自锁问题。尤其适用于网格扭曲不太大的弯曲问题分析中,此时在厚度方向只需布置很少的单元,就可以得到与二次单元相当的结果。杂交单元,由其名字末尾的“H”字母标识,其是在单元内增加了一个可直接确定单元平均压应力的附加自由度,可较好地确定不可压缩材料(泊松比接近0.5)中的平均压应力。
积分:有限元计算中需要对某个物理量在单元中进行面积分或体积分,通常这些积分是没有精确理论解答的,必须通过数值积分完成。对于实体单元,有两种积分方式,即完全积分和缩减积分。所谓“完全积分”是指当单元具有规则形状时,所用的高斯积分点的数目足以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。“缩减积分”是指比普通的完全积分单元在每个方向上少用一个积分点,其不易发生剪切自锁现象,但需要划分较细的网格来准确模拟单元的变形模式,对应力集中部分的模拟也不太好。ABAQUS在单元名字末尾用字母“R”来识别缩减积分单元。
注意:
单元类型需和网格划分技术保持一致。
(4)【Mesh】/【Part】和【Mesh】/【Region】菜单。
执行【Mesh】/【Part】命令()可一次性划分部件整体,执行【Mesh】/【Region】命令()可依次划分所选中的区域。
划分网格后,可通过工具栏中的按钮,控制是否显示网格。通过执行【View】/【Part Display Options】命令,在部件显示对话框的Mesh选项卡中控制是否显示节点、单元编号。
提示:
(1)对于非常复杂的模型,也可不采用同一种单元进行划分(如某些区域采用六面体单元,有些区域采用四面体单元)。ABAQUS在划分这类问题时弹出图1-58所示的警告框,提示会自动在区域交界处设置绑定约束,保证位移的连续性。
(2)网格划分和指定单元类型的次序不限,可先进行网格划分,也可先指定单元类型。
图1-58 划分包含不同单元类型的警告框
(5)【Mesh】/【Verify】菜单。
网格划分完成之后,执行【Mesh】/【Verify】命令,或单击工具箱区中的按钮,可通过弹出的验证网格对话框检验网格质量(见图1-59)。该对话框中有3个选项卡,选项卡中的选项随单元类型不同而略有变化,三维六面体单元的选项如下。
Shape Metrics:该选项卡通过Quad-Face Corner Angle(单元某个面上的角度)、Aspect Ratio(单元长宽比)来判断网格的形状是否合理。
Size Metrics:该选项卡通过Geometric deviation factor greate(r 几何偏差系数,控制网格是否过分扭曲)、是否有过短(shorter)或过长(longer)的边,Stable time increment(Explicit分析中的稳定时间增量步长,与单元最小尺寸相关)来评价网格形状。
Analysis Checks:单击该选项卡中的【Highlight】按钮可将错误单元(无法计算)和警告单元(单元形态不好)分布用洋红色和黄色高亮显示,并在提示区中给出相应的单元个数。
图1-59 验证网格对话框
1.4.8 Job(任务)模块
1.主要功能
在Job模块中可以创建和编辑分析作业、生成inp计算文件、提交计算、监控任务的运行状态等。
2.主要菜单
Job模块的主要工具箱区按钮如图1-60所示,其中自适应过程主要用于应力集中区域的网格自动重划分,协同分析用于多物理场分析(如流固耦合),优化过程用于物体拓扑及形状优化,本书中并不涉及。
图1-60 Job模块主要工具箱区按钮
(1)【Job】/【Create】菜单。
执行【Job】/【Create】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-61所示的创建任务对话框,此时可以选择分析作业是基于 ABAQUS/CAE 的模型(Model)还是基于某个 inp 文件。若选择 Model,单击【Continue】按钮,弹出编辑任务对话框,其有以下五个选项卡。
Submission(提交分析)选项卡:可以设置分析作业的类型、运行模式和提交时间。
General(通用参数)选项卡:可以设置前处理器的输出数据、存放临时文件的文件夹(Scratch directory)和需要用到的用户子程序(User subroutine)。
Memory(内存)选项卡:可以设置分析过程中允许使用的内存。要根据模型的大小以及划分网格的多少来合理设置内存,如果设置的内存太小,在运行过程中会出现错误信息。
Parallelization(并行分析)选项卡:可以设置多个CPU的并行计算。
Precision(分析精度)选项卡:可以设置分析精度为单精度或双精度。
图1-61 创建/编辑任务对话框
(2)【Job】/【Manger】菜单。
执行【Job】/【Manger】命令,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-62所示的任务管理对话框。该对话框下侧的按钮可对任务文件进行重命名、拷贝、删除等操作。右侧的按钮功能介绍如下。
Write Input:在工作目录下生成inp文件。
Data Check:检查模型定义是否正确,可不检查直接提交运算。
Submit:提交计算。
Continue:对检查过的任务继续提交运算。
Monitor:监控运行情况。
Results:进入Visualization后处理模块,并打开对应数据库文件。
Kill:中止计算。
图1-62 任务管理对话框
提示:
当前工作目录可通过【File】/【Set Work Directory】命令设定。
1.4.9 Visualization(可视化)模块
1.主要功能
后处理模块从计算输出数据库(odb文件)中获得模型和结果信息,可进行等值线云图、矢量图、网格变形图、XY曲线图等多种形式的结果后处理,并可将结果导出到外部数据文件中,供用户采用其他软件处理。
2.主要菜单
Visualization模块主要工具箱区按钮如图1-63所示,本书将在后续章节中结合具体例子对后处理功能进行详细介绍,这里只简单讨论几个主要菜单。
图1-63 Visualization模块主要工具箱区按钮
(1)【Results】菜单。
本菜单提供了输出结果的控制选项,包括指定结果的分析步、增量步,选择要显示的场变量或历史变量等。
Step/Frame:选择当前显示结果的分析步及所属帧。其功能与环境栏右侧的帧选择工具一致(见图1-64),类似于播放器中的控制按钮,通过这些按钮用户可以在不同的增量步、分析步结果之间切换。
图1-64 帧选择工具
Field Output:选择以等值线云图显示的结果,也可直接通过图1-65所示工具栏中的Field Output下拉列表进行选择。
图1-65 Field Output工具栏
HistorOutput:执行【Results】/【HistorOutput】命令,弹出图1-66所示的HistorOutput对话框,用户可在Variables选项卡中选择数据,在Steps/Frames选项卡中选择帧,单击【Plot】按钮可在屏幕上绘制历史输出变量曲线。
图1-66 History Output选择及绘制
(2)【Plot】菜单。
提供了绘制各种图形的功能,包括未变形网格、变形网格、等值线云图和矢量图等。
Undeformed Shape:绘制未变形网格,对应工具箱区中的按钮。
Deformed Shape:绘制变形网格,对应工具箱区中的按钮。变形的放大系数可通过执行【Options】/【Common】命令或单击工具箱区中的按钮,在图1-67所示的通用选项对话框中设置。
图1-67 绘图通用选项对话框
Contours:绘制等值线云图,对应工具箱区中的按钮。可在未变形网格(变形前)、变形网格(变形后)上绘制,也可同时绘制在变形前后的网格上。
Symbols:绘制矢量图,对应工具箱区中的按钮。包含基于变形前、变形后、变形前后3种选择。(3)【Report】菜单。
(3)【Report】菜单。
根据用户需要,可将X-Y数据列表(【XY】子菜单)或场变量输出结果(【Field Output】子菜单)输出到外部文件。ABAQUS默认的输出文件后缀名是.rpt,该格式文件可用文本编辑器打开,这些数据可用于Excel软件画图表,或者用Surfer软件绘制等值线等。
(4)【Options】菜单。
本菜单用于设置各种显示图形的相应参数,如前面用到的【Common】子菜单,用于设置绘图通用选项;【Contour】子菜单用于设置等值线的间隔、颜色等。
(5)【Tools】菜单。
Query:查询节点或单元的相关信息和分析结果,或X-Y曲线图上某点的X-Y值,可以把这些结果写入一个文件里。
Displa group:定义显示组,显示或隐藏模型的某些部分,与前处理时的操作一致(见图1-23)。
Path:定义节点组成的路径,常用于绘制变量沿该路径的分布曲线。
XY Data:创建XY数据。所谓的XY数据,是指反映某一变量X与变量Y之间的关系;执行【Tools】/【Create】命令,弹出图1-68所示的创建XY数据对话框,ABAQUS有基于历史变量、场变量、对已有的XY数据进行操作和绘制某一变量沿路径的分布等多种选项。
图1-68 创建XY数据对话框
View Cuts:通过切面来观察模型内部的分析结果,在三维结果后处理时经常用到。
提示:
通过屏幕左侧的Result tree(结果树),可以实现很多后处理的快捷操作。
3.几个小贴士
(1)屏幕输出。
如前所述,ABAQUS允许通过【Report】菜单将计算结果数据输出,用户可采用Surfer等第三方软件绘制等值线云图。有时,我们也希望能将屏幕显示的图形直接输出。此时,可利用按钮,在弹出的图1-69所示的打印设置对话框中,将 Destination(目标)选择为 File(文件),在Format(格式)右侧下拉列表中选择欲输出的图片文件格式,确认即可。
图1-69 打印设置对话框
(2)设置屏幕背景颜色。
ABAQUS 屏幕颜色默认为灰度过渡,为了方便使用其他截图软件,有时需要改变屏幕背景颜色。执行【View】/【Graphic Options】命令,在弹出的图1-70所示的Graphic Options(图形显示)对话框中,将Viewport Background选为Solid,并选择相应颜色。
图1-70 图形显示选项对话框
(3)自定义视图注释。
当绘制等值线云图时,屏幕上会有一些注释信息,如图例、状态、结果隶属分析步等。为了自定义相应的字体大小等,用户可执行【Viewport】/【Viewport Annotation Options】命令调出图1-71所示的对话框。执行【View】/【Toolbars】/【Viewport】命令,可在工具栏区上显示Viewport工具栏,如图1-72所示,利用该工具栏中的按钮不仅可以进行同样的操作,还可以在屏幕上添加标注等信息。
图1-71 图形注释对话框
图1-72 Viewport工具栏
提示:
执行【File】【/ Save Display Option】命令将图形背景等设置存入abaqus_v6.14.gpr,则每次打开ABAQUS均采用同样的设置。
(4)保存后处理的操作。
用户在后处理模块中创建XY数据等可以采用【File】/【Save Session Objects】命令或单击工具栏中的按钮保存到文件或数据库,后续可以通过【Load】/【Save Session Objects】命令或单击按钮恢复。
1.4.10 Sketch(草图)模块
1.主要功能
通过该模块可以生成轮廓线或由外部文件导入生成二维轮廓线。草图可以直接用来定义一个二维部件,也可通过将其拉伸、扫掠或者旋转定义一个三维部件。
2.主要菜单
Sketch模块的主要工具箱区按钮如图1-73所示。
图1-73 Sketch模块主要工具箱区按钮
执行【Sketch】/【Create】菜单,或单击工具箱区中的按钮,弹出图1-74所示的创建草图对话框,对话框中的Approximate size(近似尺寸)为草图的近似尺寸,与在Part模块中创建部件时的含义一致(见图1-9),单击【Continue】按钮确认后进入图形编辑截面(与创建部件时一致)。ABAQUS/CAE 提供了强大的绘图功能,具体如图1-10所示。
用户也可以从外部导入草图,以AutoCAD为例,将生成的二维线转存为扩展名为DXF的文件,然后在ABAQUS/CAE下执行【File】/【Import】/【Sketch】命令就可以导入到Sketch模块中。在Part模块或Sketch模块中进入到图形编辑界面之后,执行【Add】/【Sketch】命令就可以将先前由AutoCAD导入的Sketch显示于当前界面下,并可进一步在其基础上进行编辑。
图1-74 创建草图对话框