CAE软件操作小百科(36)

1如何利用Abaqus进行非线性屈曲分析

弧长法是目前结构非线性分析中数值计算最稳定、计算效率最高且最可靠的迭代控制方法之一，可用于跳跃失稳问题的研究，也可以用于分支屈曲的后屈曲研究. 分支屈曲的后屈曲分析不能直接在分支屈曲后面研究，而是要给一个初始缺陷，使力学响应呈连续状态（非线性）.

Abaqus根据分支屈曲模型取线性组合、根据静力分析结果或直接指定等3种方法定义初始缺陷. 若已知初始缺陷，则一般采用第一种方法.

（1）特征屈曲分析（分析步选择Buckle）. （2）将这些特征屈曲模态添加到理想的几何体中，作为初始缺陷（见图1，菜单栏中选择ModelEdit Keywords）. Abaqus通过节点标签输入初始缺陷（imperfection），但是软件不会去确认2个模型的兼容性，所以要特别注意节点标号的一致性. 一般来说因数w在第1阶模态最大，而且w一般取结构几

何参数的倍数，如壳的厚度的0.1倍等. （3）利用弧长法进行非线性分析（分析步选择Static，Riks）.

2如何在Abaqus中建立弹簧单元

在Abaqus中建立弹簧单元一般有2种方法：定义Spring单元和定义Wire Feature.

方法一：定义Spring单元. 在Abaqus/CAE中进入Interaction模块，在菜单栏中选择SpecialSprings/DashpotsManager，进入弹簧阻尼单元管理器，可以选择创建两点弹簧或者接地弹簧，见图2. 点击Continue按钮可以对弹簧刚度、位置和自由度进行设置.

方法二：定义Wire Feature. （1）创建Wire Feature. 在Abaqus/CAE中进入Interaction模块，在工具条中选择（Create Wire Feature），在弹出的对话框中点击“+”，选择两点创建Wire Feature. （2）为Wire Feature赋予属性. 在Interaction模块下点击工具条中的Create Connector Section，将Connection Category选为Basic，Translational typex为Cartesian，并点击Continue；在弹出的Create Connector Section对话框中设置弹簧的属性，见图3. （3）在Interaction模块下点击工具条中的Create Connector Assignment赋予属性.

需要注意的是，虽然2种方法的作用一致，但是方法二在一些情况下使用更加方便，即方法二可以同时定义3个方向的刚度，而且可以模拟非线性弹簧，此外还可以同时定义线性或非线性阻尼等，这对于分析带有减振装置的复杂结构十分便捷.

3Abaqus接触问题分析

Abaqus/Standard 的接触对由主面（master surfer）和从面（slave surfer）构成. 在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越主面，但主面上的节点可以穿越从面. 在定义主面和从面时要注意以下问题.

（1）主从面的定义.1）选择刚度较大的面作为主面，此处的刚度不仅要考虑材料特性，也要考虑结构刚度. 刚体必须作为主面，从面则必须是柔体上的面（可以是施加了刚体约束的柔体）. 2）主面不能由节点构成，并且必须连续. 如果相对滑动形式为有限滑移，则主面在发生接触的部位必须是光滑的（即不能有尖角）. 3）如果为有限滑移，则整个分析过程中尽量不要让从面节点落到主面之外，更不要落到主面的背面，否则收敛会出现问题.

（2）滑移形式.有限滑移要求主面是光滑的，否则会出现收敛问题. 如果主面在发生接触的部位存在尖角或凹角，应该在此尖角处把主面分为2部分分别定义. 对于由单元构成的主面，Abaqus 会自动进行平滑处理. 对于小滑移的接触对，Abaqus/Standard在分析的开始就确定了从面节点与主面的关系，在整个分析过程中这种接触关系不会再发生变化.

（3）接触面间的几何尺寸位置和Adjust参数. 如果不特别设置，Abaqus会直接根据模型尺寸位置判断从面和主面的距离，从而确定二者的接触状态，这就要求建模时模型尺寸必须非常精确. 一般情况下，模型尺寸往往会存在误差，可以应该利用Adjust参数调整从面节点的初始坐标. 如果从面节点与主面的距离小于这个参数，Abaqus将调整这些节点的初始坐标，使其与主面的距离为0（刚好接触）.

（4）收敛问题.在进行接触分析时，难免会遇到收敛问题（往往是因为模型中有问题），例如存在刚移、过约束、接触定义不当等，这时应该查看MSG文件，然后采取相应措施.

（摘自同济大学郑百林教授《CAE操作技能与实践》课堂讲义）

（待续）