CAE软件操作小百科(50)

吴明春

1 Abaqus模型如何替换？

结构设计和优化往往需要不断更改结构参数。简单的模型可以重新设置计算，但模型比较复杂且组件众多时，重新设置的工作量会很大。当只改动某个或某几个组件时，利用Abaqus里面的CopyObJects功能替换改动的组件，仅删除重建或替换相关接触和载荷等，会大大减少工作量。替换某结构件下方组件的具体操作如下。

（1）新建一个Model，设置新组件的结构，赋予材料属性，装配并划分网格（装配时实例类型须与原模型保持一致，否则替换时实例下的网格可能由于找不到原对象而替换失败），见图1。2个组件接触并挤压，需对下方组件进行优化。

（2）在Copy ObJects中勾选要替换的内容，确认并覆盖可能重复的内容（新旧组件命名相同时为覆盖，命名不同或旧组件在模型中已删除时为直接复制）。待替换的下方组件见图2。

（3）检查复制效果，对冲突或失效的接触和载荷等重新规范设置，提交模型进行新一轮计算，下方组件替换后结构件的压力云图见图3。

2 Abaqus如何利用场变量在不同的分析步之间改变材料参数？

在Abaqus中，不同分析步需要的材料参数有时会不同。Abaqus软件提供非常强大的用户自定义材料（user-defined material，UMAT）方式处理各种材料问题，但是这种方式对有限元基础要求较高。此外，可以采用Abaqus的impoa命令将已有的分析结果传递到新分析中，此处介绍场变量的方式。该方式相对比较简单，且能满足一般的仿真计算要求。在定义材料属性时增加一个场变量，场变量的值可以任意设置，但分析步之间的值不能相同，后续设置与缺省设置相同，包括装配、划分网格和设置载荷等。在生成的job.inp文件中添加场变量属性，使材料属性在不同分析步中能够依据场变量的变化而变化。材料屬性设置见图4。

用命令“*field，variable=1”表示采用Field l场变量，用命令“part-1-1.set-1，0”设置装配实例part-1-1中的set-1集合中场变量的值为0（集合set-1为自己定义的节点集，Step-2中的设置类似）。Step-1的相关代码如下：

以某悬臂梁为例提交计算，前2个分析步变形见图5。因为材料刚度在field 1：1的时候减小，所以在同等受力情况下，第二个分析步的变形（图5b）增大，说明场变量设置起到改变材料参数的作用。

3 Abaqus如何模拟螺栓连接？

在结构分析中简化处理螺栓连接时，如果仅考虑螺栓的连接作用，那么可以用Beam+Coupling或者Abaqus中的connector进行等效，其中connector方法不用建立实体螺栓，可省去大量螺栓建模和接触设置工作，而且螺栓预紧力等设置均可便捷地通过设定边界条件和载荷实现。以2个带孔薄板的连接（见图6）为例，先在需要建立连接的圆孔处建立参考点并与周围节点耦合，然后在2个参考点之间构造线，最后用连接生成器构造2个参考点之间的连接。需要注意的是，连接类型有多种不同的自由度可以选择，螺栓连接一般可选Translator，即仅保留U1、约束其他方向。

在载荷设置中将Connectorforce作为预紧力，见图7a，其中正值为螺栓增长、负值为螺栓缩短。如果在后续的分析中需要保持预紧状态，可以在后续的分析步中建立连接位移约束使其固定，见图7b。

2个带孔薄板连接的仿真结果见图8。由于预紧力的作用，圆孔有一定凹陷，且孔边应力约等于设定的预紧力。