ABAQUS应用中的小技巧附ABAQUS field output 中frequency 不同选项

飞行家孙

2022年5月13日 15:22

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对于三维结构，只有模型区域满足以下条件，才能被划分为结构化网格：

①没有孔洞、孤立的面、孤立的边、孤立的点；

②面和边上的弧度值应该小于90°；

③三维区域的所有面必须要保证可以运用二维结构化网格划分方法；

④保证区域的每个顶点属于三条边；

⑤必须保证至少有四个面（如果包含虚拟拓扑，必须仅包含六条边）；

⑥各面之间要尽可能地接近90°，如果面之间的角大于 150°，就应该对它进行分割；

⑦若三维区域不是立方体，每个面只能包含一个小面，若三维区域是立方体，每个面可以包含一些小面，但每个小面仅有四条边，且面被划分为规则的网格形状。

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三维结构的扫略网格划分-扫略网格划分技术

对于三维结构，只有模型区域满足以下条件，才能被划分为扫略网格：

①连接起始面和目标面的的每个面（称为连接面）只能包含一个小面，且不能含有孤立的边或点；

②目标面必须仅包含一个小面，且没有孤立的边或点；

③若起始面包含两个及两个以上的小面，则这些小面间的角度应该接近180°；④每个连接面应由四条边组成，边之间的角度应接近90°；

⑤每个连接面与起始面、目标面之间的角度应接近90°；

⑥如果旋转体区域与旋转轴相交，就不能使用扫略网格划分技术；

⑦如果被划分区域的一条或多条边位于旋转轴上，ABAQUS/CAE不能用六面体或楔形单元对该区域进行扫略网格划分，而必须选择 Hex-dominated形状的单元；

⑧当扫略路径是一条封闭的样条曲线时，该样条曲线必须被分割为两段或更多。

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总结

（1 ）对于不能采用结构化技术（Structured）和扫略技术（Sweep ）进行网格划分的复杂结构，用户可以运用 Partition 工具将其分割成形状较为简单的区域，并对这些区域进行结构化或扫略网格划分。如果模型不容易分割或分割过程过于繁杂，用户可以选用自由网格划分技术（Free ）。

（2 ）采用映射网格划分（Mapped meshing）能得到高质量的网格，但 ABAQUS/CAE不能直接采用映射网格划分技术，只能通过 Use mapped meshing where appropriate选项让程序选择映射网格划分的区域。在以下几种情况下，用户可以选择该项进行映射网格划分：2D+ Quad/Quad-dominated + Free + Advancing front（采用自由网格划分技术和进阶算法，对二维结构划分四边形或四边形占优的单元）、2D + Tri +Free 、3D + Hex/Hex-dominated + Sweep + Advancing front、3D + Tet +Free。

（3 ）中轴算法（Medial axis）和进阶算法（Advancing front）是主要的 ABAQUS网格划分算法，有四种单元形状（Element Shape）和网格划分技术（Technique）的组合能选用这两种算法：2D + Quad + Free 和3D + Hex + Sweep 默认选择中轴算法，2D + Quad-dominated + Free和3D + Hex-dominated + Sweep默认选择进阶算法。对于不同的模型，用户应该比较这两种算法，得到合适的网格。

下面总结一些获得高质量网格的参数设置。

1.尽量采用结构化（Structured）或扫略（Sweep ）网格划分技术对三维实体模型划分六面体单元。如果单元扭曲较小，建议选用计算精度和效率都高的非协调模式单元；否则选用二次六面体单元。

2.若采用扫略技术划分网格，中轴（Medial axis）算法和进阶（Advancing front）算法的选择没有统一的标准，用户需要针对实际模型进行尝试。一般情况下，选择中轴算法包含的Minimize the mesh transition项或进阶算法包含的 Use mapped meshing where appropriate项，可以提高网格质量。

3.若复杂模型的分割过程过于耗时，用户可以选用二次四面体单元划分网格。建议读者选择Use mapped tri meshing on bounding faces where appropriate 项，如前所述，ABAQUS/CAE会对形状简单的面选用映射网格划分，通常可以提高网格质量。另外，若模型的网格密度足够且重点分析区域位于边界，用户可以选择Increase size of interior elements 项来增加部单元的尺寸，提高计算效率。

4.网格密度是协调计算精度和计算效率的重要参数，但合适的网格密度往往需要根据具体模型而定。一般情况下，用户可以在重点分析区域和应力集中区域加密种子，其他区域可以设置相对较稀疏的种子；如果需要控制一些边界区域的节点位置，可以在设置边种子时进行约束。

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线性静力学分析实例

线性静力学问题很容易求解，往往用户更关心的是计算精度和求解效率，希望在获得较高精度的前提下尽量缩短计算时间，特别是大型模型。这主要取决于网格的划分，包括种子的设置、网格控制和单元类型的选取。应尽量选用精度和效率都较高的二次四边形/ 六面体单元，在主要的分析部位设置较密的种子；若主要分析部位的网格没有大的扭曲，使用非协调单元（如 CPS4I、C3D8I ）的性价比很高。对于复杂模型，可以采用分割模型的方法划分二次四边形/ 六面体单元；有时分割过程过于繁琐，用户可以采用精度较高的二次三角形/四面体单元进行网格划分

具有下列特点的问题才适于进行线性瞬态动力学分析：

1、系统应该是线性的：线性材料特性，无接触条件，无非线性几何效应。

2、响应应该只受较少的频率支配。当响应中各频率成分增加时，例如撞击和冲击问题，振型叠加技术的有效性将大大降低。

3、载荷的主要频率应在所提取的频率围，以确保对载荷的描述足够精确。

4、由于任何突然加载所产生的初始加速度应该能用特征模态精确描述。

5、系统的阻尼不能过大。

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接触

1、在接触分析模拟中一般最好在那些将会构成从面的模型部分使用一阶单元，使用二阶单元可能会出现问题，这是由接触算法决定的。其中线性减缩积分单元（C3D8R）和非协调单元（C3D8I ）都适合进行接触分析，而修正的二阶四面体单元（C3D10M ）是为了应用于复杂的接触模拟问题而设计的，在模型复杂的接触分析中推荐使用，但是计算时间也大大增加。

2、网格密度的考虑

一般来讲，网格较粗的面作为主面，网格较细的面作为从面。

3、稳定的接触关系的建立

在做接触分析的相关案例时，一般都先定义一个分析步（或者几个）施加很小的载荷，让各个零部件之间的接触关系平稳地建立起来，之后再建立一个或多个分析步把全部载荷施加到求解模型上，这样虽然增加了更多的分析步，但是减少了收敛的困难，提高了求解效率。特别是在过盈接触分析的案例中，更应该注意多分析步的应用。

4、接触主从面的定义

在定义接触对中的主从表面时，一般选择刚度较大的面作为主面，这里的刚度不仅指材料的特性，还要考虑分析模型结构的刚度。解析面或者由刚性单元构成的面必须作为主面。主从表面的定义体现在网格密度上，从面的网格应该比主面更加细密，如果主从表面的网格密度大致相等，那么柔性材料的表面应该作为从面。无论是主面还是从面，发生接触的部位应尽量圆滑过渡，不要有尖锐的特征存在。一对接触面的法向方向应该相反，即主面和从面在几何位置上没有发生重叠。这在接触分析中要特别注意，否则可能会导致计算不收敛。

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分割作用

对部件进行分割的目的一般来说有三个方面，第一是将复杂的几何部件分割成相对较简单的区域，以便于高质量的四边形或六面体单元的施加；第二是便于部件局部或者整体区域的网格密度控制；第三是便于对部件分割的不同区域施加不同类型的单元。

网格划分的部分可以放在定义部件装配后面完成，这里作者放到定义部件装配前面完成，主要是因为一般来说，如果各个部件先定义装配，之后再定义网格划分，则在后续模型网格划分时为了得到较好的网格质量都会进行模型分割，而模型分割会导致各个模型的一些装配参考发生变化，最终可能导致各个部件的装配关系失败。

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轴对称

特点：

1、几何形状轴对称

2、边界约束条件对称

3、载荷对称

简化原则：

1、三维对称模型简化为平面

此时截面属性section是solid，而不是shell

2、二维对称平面模型简化为线模型

3、二维轴对称线模型简化为点模型

4、模型必须建立在轴对称右侧（Y轴右侧）

5、必须在轴对称处的分割边界（如果存在）上施加对称边界条件/反对称边界条件smmetry/antisymmetry/encastrey作用

6、单元选择轴对称单元类型

7、尽量施加分布载荷，不应施加集中载荷，否则容易引起结果不对称

（变为原体：view---ODB Display Options----Sweep/Extrude）

1、不同分析步作用取消与作用，：------load manager------propagated变为inactive，取消该分析步在另一分析步中的作用。改变继承属性。

2、在环境栏中Module后面选择 Mesh，进入 Mesh模块，在环境栏中 Object 后面选择Part ，可以发现部件的颜色为橙色，说明部件不能使用当前的单元形状（六面体）设置进行网格划分，必须改变单元形状或者对部件进行剖分，使之能使用当前的单元形状进行网格划分。执行Mesh→Controls 命令，弹出 Mesh Controls 对话框，Element Shape栏中选择单元形状为Tet（四面体），其他接受默认设置，单击 OK按钮，图形窗口中的模型变为粉色，说明能使用四面体单元对模型进行自由网格划分。

3、Merge/cut instance 合并几何体在（part中生成）：merge--geometry，options--suppress original instances ，intersecting boundaries---remove

合并后可以把原来instance的分开几何体删除以及part中的部件删除。

4、动画：animate----time history

5、参考点的选取：tools---reference point----选点--完成

6、interaction里面的constraints是工件的约束（工件约束为刚体），assembly里面的constraints是对部件与部件之间位置关系进行一定的约束。

部件约束为刚体：Interaction----create constraints---type：rigid body-----

Continue---region type：body---edite---选择实列---reference point--edite---选择约束点。

7、tools---partition---type:edge、face、cell区别

Face----创建分割面

Edge---创建分割边

Cell----创建分割体

8、速度的定义：load---create predefined field---mechanical---velocity（再选择参照点，一般选取该物体质心）

10、边界条件的确定：

11、刚体只发生平移和转动，不发生变形，可以用一个点的情况控制整个刚体情况，为刚体的参考点，创立刚体部件，需定义刚体参考点，刚体上所以载荷和边界条件都施加在该参考点上。

12、初始分析步的边界条件只能为0，载荷也只能在后续分析步建立。

13、分析步中存在大位移、大转动、初始应力、几何钢化、突然翻转----打开几何非线性。

14、焊接定义；若关心的是整个结构的变形，或者焊缝处不是危险部位，不需要对旱区精确建模。

（1）面与面的焊接：绑定约束tie

（2）点与面：运动耦合约束kinematic coupling

（3）点与点：可以用运动耦合约束kinematic coupling，但是把constraint region type改为node set，不是surface

15、stress---s strain--pe\peeq\pemag\ledisplace--u

Force==rf\cf contact---cstress\cdisp

16、三维实体尽量采用6面体单元网格，计算小精度高，若结构过于复杂无法生成六面体单元，采用四面体单元，四面体线性单元刚度过硬，精度差，应该使用修正的二次四面体单元C3D10M，精度高，但是计算耗时长。因此建议partition分割工具将实体分割成几部分几何部分规则生成六面体单元，复杂部分采用二次四面体，但注意位移场协调问题。

17、用 ABAQUS/Standard 分析复杂的非线性问题时，班加位移载荷可以大大降低技敛的难度，因为这时不必通过反复迭代来找到每个时间增量步上的位移解。如果施加力载荷时无法收敛，可以先不施加力载荷事面是根据经验估计一下模型的位移量，施加相应的位移就荷，使模型远动到最终位置附近，然后在下一个分析步中再去掉此位移就荷，恢复正常的力载荷。注意，不能在同一个节点的同一个自由度上同时施加力载荷和位移载荷，这在物理上是相互矛盾的。例如在实践中，1000N 的载荷所产生的位移不一定是 2mm ，反之，发生2mm 位移所需要的载荷不一定是1000N ，有限元的解不可能同时满足这两种加载条件。

18、在某线中点施加集中载荷可以利用 Part 功能模块中的分割工具 (partition) ，在需要如载的位置做一下分割，从而产生一个几何点。在施加载荷时就可以用鼠标选取这个点了。如果使用参考点，应该在参考点和需要施加载荷的区域之间建立耦合约束，只有这样参考点才能真正成为模型的一部分。

19、在弹塑性分析中，最好不要直接在一个点上施细集中载荷，以免局部应变太大，导致较收敛医难。应该在受力点附近选择一个区域，将它和参考点集合在一起来共同承载。建议在定义载荷、边界条件、接触、约束等模型参数时候，首先将区域定义为集合或面，方便检查修改模型、避免出错。

20、线载荷

21、combine、ignore geometry

22、导入实体修复几何

part中要注意的就是如果你定义了刚体，那你需定义参考点，并且只能定义一个参考点，其名称为rp，如果你在assembly中定义参考点的话名字就是rp-1，是不一样滴。此外如果有螺栓预紧力的话，那在螺栓的part当中，你还需将螺栓的截面剖开，这样才能产生一个部截面，才能施加bolt load。此外设计到金属材料的塑性的定义是，一定要注意abaqus中塑性是真实应力与塑性应变之间的关系，所以在定义时一定要将工程应变转换成真实应力与真实应变，然后再转换成abaqus中需要的真实应力与塑性应变之间的关系，具体参考石亦平的《实例详解》，原理啊，以及数据哦都有，一看就明白

property中要注意的就是界面属性在施加前后颜色会变，但是从绿到蓝绿，但是有时候你会碰到红颜色，别急那是由于你之前可能赋予材料属性了了，但是你误删除了材料属性，或是截面属性了，只需重新赋予即可。此外在定义shell的时候要注意材料的方向性，这些容在庄老师的书中专门一章，讲的很明白。

Assembly要注意的就是独立以及非独立的选择问题，此外就是设计到具体的定位了，这些光说不练是一点用没有的，你要不断去尝试，把你的模型先备份下，然后怎么装配的时候，你多试一下，这个按钮是干什么的，那个又是干什么的。具体的rotation，translate，linearpattern，以及face to face ，edge to edge ，coaxial等等是起到什么作用的，方向是怎么规定的，这些你只要试上几遍就会了。对于孤立网格的装配由于没有了几何信息，是比较困难的，最好的办法是在导入之前就定位好。

step模块是和load模型息息相关的，你的问题分成几个step，你是怎么安排载荷的施加顺序的？这些对于不同的问题没法具体定义，但是有些大致的规律你需要掌握：比如，对于复杂的载荷，逐步施加，不能一下施加，容易不收敛；是否给足了约束，是不是有过约束以及无约束，出现的负特征值，以及zero pilot 就是由于约束问题造成的，以后看到这样的报错信息，第一时间就该检查模型bc施加正确与否；我觉得无论是简单模型还是复杂模型一定要养成建立set和surface的习惯，这样有利于你对bc及load的调试修改，当然了最后set和surface的命名也要有所讲究，让别人一看就知道你要在此set上施加什么约束或是载荷，这样的命名有条理，无论对于自己还是对于将来可能重新学习你的模型的师弟师妹都是很有帮助的；对于接触问题，先施加较小的过盈或是力建立起接触关系，然后再施加大的力或过盈；bolt load施加会让选择面的那个方向，我曾经做过尝试好像brown ，purple，以及bothside结果没有任何区别，并且如果选择bothside的话，还会出来警告信息。个人经验最好选择单侧，如果哪位英语好点的把help 中关于pretension load 那部分理论弄明白了，一定要告我一声。Btw：偶将近90分的英语六级成绩，看那个愣是没有看明白，汗～接触和约束模块：接触主从面的网格啊，刚度啊，大小啊，应改遵循的规律一定要尽量满足，如果实在只能二选一的话，那请看kanadoul 小康版主曾经总结的网格，单元类型，如何对接触分析的影响的图文并茂的说明；接触中距离的定义也很关键，特别是新手，很多时候都是采用默认值，如果你的默认值计算不收敛的话，那你可以尝试加大过盈的距离，或是搜索的距离；对于node to surface 以及surface to surface直接区别，也请看kanadoul有关的总结，讲的很详细，并且有理论解对照；关于shell to solid，以及tie之间的区别，也请看小康兄的总结。看到这，或许有人会问楼主好像对konadoul情有独钟哦？btw：实不相瞒，konadoul那几个图文并茂的帖子实在是让人很难忘，他不仅仅是在解决问题，也展示了一种美～～～～让人在美的感受中收获知识～～～～在此在赞一下konadoul～～～～有关kinematic 以及distrubuting coupling之间的区别aba_aba的《实例详解》讲的非常明白；此外如果你将aba_aba《实例详解》中10章的例子做过一遍，你就感觉对接触问题你不在害怕，你会得心应手。Btw：aba_aba的《实例详解》好像早已热销，现在很难买到此书，不怕，本版上曾有人总结学后心得，我看了下，感觉概况的还是挺全面，交代的比较清楚，大家可以搜一下，如果实在找不到，我在贴上提供下载，不是我偷懒不贴，而是搜索实在是必学的技巧。

mesh 模块说简单也简单，说复杂也复杂，很多新手对于单元的选择其实没有什么概念，基本上都是接受默认选择，其实对于不同的问题单元选择的标准是不同的，但同样这里面也是有规律可循的；具体规律不说了，之前有热心网友曾发过有关资料；此外根据我在hypermesh分网的经验，在hypermesh分网无非就是对体多切几刀，切出比较规则的体，同样在aba中也是，多partion，分出规则的体，自然就能画出好的网格

对于后处理模块，我觉得都是操作上的问题，没有技术上的问题了，但是很多网友的问题都是集中在前后处理上，让人感觉很是费解，虽然我现在仍然是个新手，但是我也经历过后处理几乎什么都不懂得阶段，但是我们可以算算后处理总共有多少按钮，一些低级操作，完全可以凭借初级英语水平就能看懂就能解决，对于稍微中级的操作咱版上都有人提过问，也都解决了，你只要耐心的搜总能找到答案的。此外对于一些只能靠python编程来解决的问题，我想象我这样的新手是不会关注的，即使碰到了，暂时绕开还是比较明智的～

对于材料非线性我觉得检验模型施加正确与否的最后标准是，你把所输入的数据能够反演，也就是abaqus通过你输入的数据计算出一些结果，你应该能从这些结果中得到你输入的那些数据。

对于stantard到explicit之间的转换问题，我想su大侠的有关import的例子是最后的学习材料，我曾照着做了一遍，得到的结果差不多。这让我信心大增，此外help有关import的讲解还是比较容易接受的，至于在 import中，新手应该注意的一些细节，之前我发贴总结过，有兴趣的可以搜着看一看。

对于版本6.9最少接触算法比6.7的要强大很多，相同的问题6.7不收敛的在6.9中就能收敛，并且收敛的很好，此外6.9（好像6.8就有了）通用接触算法确实是减少了用户的不少劳动量。Btw：在6.7中螺栓与连接件的接触对我一个个建立的，一个螺栓上下两个接触对，这就是四个面，四十个共160个面。。。。。。而6.9只需定义一个通用接触就ok了。Btw：如果你发现你把大部分时间花在一些重复性，单调的cae操作上，那恭喜你：你现在做的是标准的民工活儿

由于我的问题设计到稳定性问题，因此有关非线性屈曲分析，我也曾做过一些分析，并且感su大侠的有关非线性屈曲分析的例子，通过他的一个例子我明白了线性屈服分析的基本步骤，初始缺陷的引入，非线性屈服分析，risk设定等等。同时也感同seawideyp的有关的交流，也正是他的鼓励，给了我足够的勇气，让我这个新手能把自己的总结展示出来，经验谈不上，只是一点点心得和教训。

在此也感下帮助过我的zjg，zch，hlh等等，即使学到多少，都离不开他们最初的帮助。此外，我想写一些之前关于hypermesh中线性屈曲分析结果与abaqus现象屈曲结果分析比较方面的东西，不知有人感兴趣不？这个试时间而定了。此外关于hypermesh与abaqus之间接口的问题还在研究之中，哈哈，下了不少的例子，hm版的老向出的东西是重点研究对象，如果有所心得的话，到时再跟大家交流

kanadoul 小康版主曾经总结的网格，单元类型，如何对接触分析的影响的图文并茂的说明

实体颜色和网格划分区别

颜色		网格划分技术	适用围	是否需要害使用分割 ( partition) 工具
	绿色	使结掏化化网格划分技术	对几何形状有特殊要求，适合儿何形状规则的模型	有可能需要使用分割工具
	黄色	使用扫掠网格划分技术	沿着一个扫掠路程来生成网格，只适于特定的几何形状	有可能需要使用分割工具
粉红色		使用自由网格划分技术	适用性强，几乎可以对任意凡何形状的模型划分网格	不需要使用分割工具
橙色		无法直接划分网格		必须使用分割工具
浅褐色		使用自底向上网格划分技术	适用于几何形状复杂、使用结构化和扫掠网格划分技术无法生或六面体单元的场合	不需要分割工具就能生成六部体单元，如果使用分割工具，可以更高质量的网格