CAE软件操作小百科（45）

方若诗

1 Abaqus中的多步骤分析

Abaqus模拟分析的一般目标是确定模型对所施加载荷的响应。载荷可以代表使结构的响应从其初始状态到发生变化的任何事情，例如：非零边界条件或施加的位移、集中力、压力以及场等。在某些情况下，载荷可能相对简单，如施加在结构上的一组集中载荷；在另外一些问题中，施加在结构上的载荷可能会相当复杂，例如，在某一时间段内，不同的载荷按一定的顺序施加到模型的不同部分，或载荷的幅值是随时间变化的函数等。这种作用在模型上的复杂载荷即为载荷历史。

在Abaqus中，用户将整个载荷历史划分为若干个分析步，每一个分析步是由用户指定的一个时间段。在该时间段内，Abaqus计算该模型对一组特殊载荷和边界条件的响应。在每一个分析步中，用户必须指定响应的类型，称为分析过程。从一个分析步到下一个分析步，分析过程也可能发生变化，例如：可以在一个分析步中施加静态恒定载荷（如自重载荷），而在下一个分析步中计算这个施加载荷的结构对于地震加速度的动态响应。隐式和显式分析均可以包含多个分析步骤，但是在同一个分析作业中不能够组合隐式和显式分析。为组合一系列的隐式和显式分析步，可以应用结果传递或输入功能。

Abaqus的分析过程主要分为2类：线性扰动和一般性分析。在Abaqus Standard或Abaqus Explicit中可以包括一般分析步，而线性扰动分析步只能用于Abaqus Standard分析中。对于2种情况的载荷条件，其“时间”定义是不相同的，因而从每一种过程得到的结果必须区别对待。

在一般分析步中，模型的响应可能是非线性的也可能是线性的；而在扰动过程分析步中，响应只能是线性的。Abaqus Standard处理这个分析步，作为由前面的一般分析步创建的预加载、预变形状态的线性扰动，即所谓的基本状态；Abaqus的线性模拟功能比单纯线性分析更广。

2 Abaqus中分析步、增量步和迭代步的区分

分析步是由用户定义的，是指一个分析过程的各个步骤所包含的不同载荷和边界条件等。分析步一般包括分析过程选项、载荷选项和输出要求选项。每个分析步运用不同的载荷、边界条件、分析过程选项和输出要求。

增量步是分析步的一部分。在进行非线性分析中，Abaqus将每个分析步的总载荷分解为更小的增量步，可在很小的载荷增量下得到收敛结果，以便进行下一步分析。

增量步有initoal、min和max等3个属性值设定。初始增量步中的载荷大小=总的载荷大小×初始增量步时间÷分析步总时间。在Abaqus Standard中，用户设置初始增量步大小，系统会自动选择后续增量步大小；而在Abaqus Explicit中，时间增量步完全是默认的，且时间增量步要小得多。每个增量步结束时，系统都处于近似平衡状态，并可以将结果输出到数据库中，若将增量步设置输出，则称此增量步为帧。

迭代步是增量步中寻求平衡解答的尝试。Abaqus首先根据用户指定的初始增量步大小进行迭代；在缺省状态下，若某一增量步16次迭代中仍不收敛（或者出现发散），会放弃当前增量步，并将增量步大小减小为当前增量步大小的1/4，重新开始迭代尝试。当获得平衡解答，即结果收敛时，迭代和增量步结束。

在Abaqus Explicit中不需迭代即可获得解答。

可在Basic中设置分析步的时间周期和Nlgeom几何非线性等。在Increment中设置增量步是自动还是固定、增量步的最大数目（最大增量步结束还没完成分析，计算仍会中止）、初始增量步大小等。

3 Abaqus节点值随分析步变化的设置方法

在数值模拟当中，常常关注某些点随着分析步的变化情况，例如在隧道开挖模拟中关注某些点的变形随隧道的掘进而产生变化的情况，最后与实际的监测值进行对比。Abaqus后处理中关于节点数值（应力、变形等）随着分析步的变化设置方法如下。

依次点击Tools→XY Data→Create，在Source版块中选择ODB Field Output，进入XY Data from ODB Field Output选项卡，在Position的下拉菜单中选择单元、节点等，勾选所关心的变量，如应力、变形和反力等，当然也可以勾选多个。选择节点（Unique Nodal）以及竖向变形（U2）的选项卡见图1。

点击Elements/Nodes（见图2），可以看到在Method中有4种选择方法。若选择第一种Pick from viewport，接着点击Edit Selection，再在云图当

中选择自己关心的点，最后点击Save。

依次點击Tools→XY Data →Manager，进入XY Data Manager对话框，见图3。由于前面步骤只勾选了U2，所以这里就只有一个，若前面勾选多个，则在这里同样会显示对应的结果。点击Plot可以显示该节点U2值随着分析步的变形情况，见图4。

（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）