ABAQUS定义随“空间”变化的材料

大自然中绝大部分材料是非均质的，随着物体上材料位置的变化，表现的材料属性也不尽相同。

如：沉积岩的形成过程，随不同层积速度、沉积物质条件，其材料性质沿层积方向上是逐渐变化的；

又如：金属成型过程，不同位置的冷凝条件、约束条件的差异，会形成不同晶体，材料在各处的宏观表现也不同；

再如：注塑成型过程，不同位置的玻纤流动形态、冷凝速度、相贯线、缺陷等等都会造成材料的非均质性。

为了实现非均质材料的定义，我们需要根据已知的规律，在不同位置定义不同的材料属性，下来就来聊聊常用的几种方法。

 

01 刨切

在ABAQUS中，对于一些简单问题，我们可以使用几何刨切的方式，将相同或相近的材料刨分成一个块体，然后给不同的块体定义不同的材料属性，这种方法很直观，且无技术门槛，因此被广泛使用；
比如，土体层积由于年代特征，具有明显的分层特征，可以使用刨切的方式快速创建出不同的土层块体；

02 集合
如果模型中材料分布过于复杂，使得我们很难划分出准确的材料分区，或者即使划分出来，分区过程创建的大量细小特征，也将导致庞大的网格数量和较低的网格质量，此时，我们可以采用体素（像素）网格，将相近材料的单元，定义成一个Set集合，对不同集合定义不同材料性质；
在这个过程中，往往不是通过手动创建集合，推荐学习使用Python语言，进行前处理二次开发；

上面两种情况，对于材料分界面清晰的情况，大多都是有效的，但对于材料性质过渡平缓、不足够明确边界时，将不大适用。

03 场变量
这里隆重介绍“场变量”辅助实现材料的空间变化；“场”Field，大部分材料属性定义时，都会有个这样的一个选项：“Number of field variables”场变量的数量，随着定义数量的增加，材料属性表格尾部将增加Field number 列，如下图所示。

多数人都见过，但可能并没有关注，也不大理解，这里推荐大家以“温度场”替换“场变量”的方式理解它。大多数材料属性都是随温度变换的，我们在不同位置上定义不同的温度（场变量），从而实现材料的非均匀分布，温度（场变量）的渐变过程，和材料属性变化趋势是完全一致的；
材料属性中定义了“场变量”和材料参数之间的关系；另外我们还需要定义，“场变量”和单元节点之间的关系，这个过程就是场分布的定义。

场分布的定义方法有两种：
3.1 预定义场
ABAQUS2018版本后支持GUI界面定义方式：Load模块->Predefined Field->Create激活场类型窗口，Other中的Field即为场变量，点击Continue后需选择场定义的区域，将弹出场定义窗口

Distribution下拉框：可以选择Direct specification直接定义或From results or output database file来自结果或Odb文件两种形式。
当从结果文件中读取时，如果当前模型网格和结果文件中网格一致，Mesh compatibility选择Compatible一一对应，否则选择Incompatible，软件会根据网格位置自动进行插值映射；

f(x)按钮：按钮虽小，功能很强大！
f(x)中可以定义Expression表达式形式或Mapped映射形式的场分布

其中表达式形式，可以定义场量随X、Y、Z坐标变化的函数；

映射的定义方式，比较自由的，同样可以选择Odb结果文件，还可以是点云定义方式，这样可以实现：将其它仿真软件的计算结果，用点云的方式表达，从而导入到ABAQUS中定义材料的非均匀分布，如注塑软件分析的结果；

3.2）UFIELD/ VUFIELD子程序
场分布还支持Fortran子程序的定义方式；子程序的入门门槛稍微大一点，但掌握后，功能也是最全的；不过提醒一下，很多时候别“杀鸡用牛刀”，仅在上述其它方法均不方便实现自己定义的场分布时，才推荐使用子程序定义的方式。