Abaqus应用之常见问题处理 （四）

说明：本次内容参考曹金凤、 石亦平老师所著的《ABAQUS有限元分析常见问题解答》 ；

1、 常见问题1：弹塑性分析

1) 弹塑性材料的特性：在加载初期，弹塑性材料表现为弹性，但当应力达到某一临界值（如屈服点）后，应力-应变关系开始变得非线性，卸载后会留下永久的塑性变形。

2) 理想弹塑性模型与弹塑性硬化模型：理想弹塑性模型在达到屈服应力后，应力不再增加，而应变仍可继续增大，表现为应力-应变曲线上的水平直线，处于不确定的流动状态。弹塑性硬化模型则允许屈服应力和应变在达到屈服点后继续增加，并在卸载后再次加载时表现出屈服应力的提高，这被称为加工硬化。建议建模时尽量使用弹塑性硬化模型，以减少收敛问题的发生。

3) 弹塑性分析的基本法则：包括屈服准则用于判定材料是否进入塑性流动状态；流动准则用于确定材料在塑性状态下的变形规律；硬化准则用于描述塑性变形后的屈服函数变化；加载和卸载法则则区分材料处于塑性加载还是弹性卸载状态。

4) 材料参数定义：通过拉伸或压缩试验获得的名义应力和应变需转换为真实应力和塑性应变后输入至ABAQUS中。

5) 计算真实应力与塑性应变：在弹性阶段，塑性应变应保持为0。由于材料手册中的弹性模量可能与实际材料不完全匹配，应基于弹性阶段的实验数据重新计算实际的弹性模量。

6) 数据点选择：在ABAQUS中输入塑性材料数据时，不宜输入过多的数据点，以避免应力-应变曲线产生锯齿形，导致收敛困难。建议从实验数据中选择约20个有代表性的数据点来构造平滑的应力-应变曲线。

7) 真实应力的递增：塑性材料数据中的真实应力（σtrue）应呈递增趋势，不应包括颈缩后数据点，以避免应力-应变曲线下降段导致的收敛问题。

8) 塑性应变的设定：塑性数据的最后一行应包含的塑性应变值应大于模型中可能出现的最大塑性应变，确保应力-应变曲线始终向上倾斜。

9) 近似应力-应变曲线：如果无法获得材料的实验数据，可根据材料手册中的屈服应力等数据构造近似的应力-应变曲线。

10) 材料弹性参数：在定义塑性材料时，切勿忘记定义材料的弹性参数，如弹性模量E和泊松比v。

11) 可视化塑性数据：在Property功能模块和Visualization功能模块中，可以将塑性材料数据绘制成X-Y图。

12) 处理收敛问题：当弹塑性分析无法收敛时，首先应去除塑性材料参数，进行最简单的线弹性分析。

13) 简化模型以解决收敛问题：无论是弹塑性分析还是其他类型的分析，当遇到收敛问题时，最有效的解决方法是简化模型，去除复杂或不熟悉的参数，直到模型收敛，然后逐步恢复这些参数。若恢复某参数后模型无法收敛，说明该参数可能有问题。

14) 警告信息参考：本书第16.2节“ABAQUS/Standard接触分析中的警告信息”介绍了接触分析中的常见警告信息及其处理方法，大部分内容同样适用于弹塑性分析。

15) 几何非线性开关：如果模型在分析过程中可能发生较大位移，应在Step功能模块中打开几何非线性开关（将Nlgeom设为ON）。

16) 载荷施加方式：尽量避免对塑性材料施加点载荷，应根据实际情况使用面载荷或线载荷。如果必须在节点上施加点载荷，可以使用耦合约束为载荷作用点附近的多个节点建立刚性连接，使这些节点共同承担载荷。

17) 弹塑性材料的定义：仅在重要且可能发生较大塑性变形的区域定义弹塑性材料。如果某部件或区域几乎不发生塑性变形，或仅在不重要的小区域内发生塑性变形，可将其设置为线弹性材料，以缩短计算时间并降低收敛难度。若某部件刚度远大于其他部件，几乎不发生变形，可将其设为刚体。这种高刚度可能由弹性模量大、尺寸大或厚度大所导致。

18) 材料数据的正确性：ABAQUS/CAE不会自动检查输入的材料数据是否正确，因此在输入时需确保单位一致。例如，若长度单位为mm，则弹性模量和塑性参数中的应力单位应为MPa（N/mm²），密度单位应为t/mm³，力单位应为N；若长度单位为m，则弹性模量和应力单位应为Pa（N/m²），密度单位应为kg/m³，力单位应为N。

19) 载荷大小的合理性：即使单位正确，也需确保载荷大小符合工程实际，避免模型出现过大的不合理变形。

20) 网格划分：划分网格时应确保单元在变形前后形状规则。大变形区域的网格密度要适当，过粗或过细的网格可能导致收敛问题。

21) 单元类型选择：弹塑性分析中应避免使用二次六面体单元（C3D20或C3D20R），以避免体积自锁现象。建议使用非协调单元（如C3D8I）、一次减缩积分单元（如C3D8R）和修正的二次四面体单元（如C3D10M）。

22) 弹塑性分析与失效分析：ABAQUS/Standard仅在塑性应变较小时能给出准确结果，无法模拟因塑性变形过大导致的破坏过程。对于破坏和失效问题，应使用ABAQUS/Explicit进行分析，并定义适当的失效准则。可根据场变量STATUS的值隐藏失效单元。

23) 模型尺寸和形状的合理性：在某些情况下，分析无法收敛的原因可能不是建模方法错误，而是模型的尺寸或形状不合理，导致材料流动受阻。

24) 警告信息的解读：使用ABAQUS/Standard进行弹塑性分析时，常出现“单元过度扭曲”等警告。如果分析最终无法收敛，应检查模型中的错误；若分析最终收敛且结果正常，则这些警告仅表示ABAQUS/Standard在迭代过程中尝试某个位移解失败，并不意味着模型存在错误。

25) 结果的外推：ABAQUS/Standard计算的是积分点处的单元结果，在后处理中，ABAQUS/CAE会将积分点处的结果外推至节点。云纹图显示的是节点上的结果，可能与积分点处的结果不完全一致。

26) AC YIELD与PEEQ结果的外推：单元积分点上的AC YIELD和PEEQ结果一致，云纹图中的节点结果由积分点结果外推而来，因此AC YIELD和PEEQ的外推结果可能略有不同，导致云纹图不一致的现象。

2、 常见问题2：常见错误和警告

1) 提交分析作业后，DAT文件、MSG文件和STA文件中会显示各种提示信息。有些提示确实表明模型存在问题，而有些仅仅是正常的信息，用户应学会区分这些信息的含义。

2) 若DAT文件中仅出现警告信息或普通提示信息，通常不意味着模型有问题。

3) 如果分析异常中止，但DAT文件、MSG文件和STA文件的结尾没有相关提示，这可能不是模型本身的问题，而是由其他原因引起的分析失败（如环境变量设置错误、子程序运行异常、C++或Fortran编译语言未正确安装等）。此时应检查LOG文件（*.log）中的错误信息。

4) 出现错误代码的常见原因包括：环境文件abaqus_v6.env中的参数设置不正确；模型中使用了不适当的复杂参数；建模过程中操作不当导致模型内部异常；ABAQUS与某些软件（如卡巴斯基杀毒软件）发生冲突；计算机名的第一个字符为数字，或计算机名中包含空格或特殊字符；内存不足或硬件资源冲突；用户子程序运行时出现错误；ABAQUS版本问题或安装不正确；操作系统有问题；编译用户子程序的C++或Fortran版本与ABAQUS版本不兼容；ABAQUS本身的缺陷等。

5) 一种常用的排查错误方法是“排除法”，例如，可以尝试运行其他模型或更换计算机，逐步排除各种可能的错误原因。

6) 另一种常见的排查错误方法是“简化法”，即去除模型中的所有复杂参数（如钢筋、子程序和自适应网格等），只使用最熟悉且有把握的设置（如ABAQUS的默认设置），直到分析能够正常完成为止。

7) 在分析作业运行过程中，ABAQUS会生成许多临时文件，例如LCK文件和023文件（*.023）。如果分析作业正常结束或中止，这些临时文件将自动删除。如果由于某种原因，这些临时文件未被删除，则可能在提交分析时出现错误信息。

8) 错误信息“Issue cannot be deleted Not all data Released”可能由以下原因导致：子程序运行过程中出现错误；硬盘空间不足；系统启用了数据执行保护（DEP）功能。

9) 如果在ABAQUS/CAE中出现与图形显示相关的异常现象（如无法显示网格、在Sketch模块中无法显示栅格，或在显示后处理结果时异常退出等），可以尝试以下解决方案：检查是否安装了正确的显卡驱动程序；更换显卡或计算机；调整硬件加速设置。

10) 随书光盘中的CAE模型文件是在ABAQUS 6.7版本生成的，只有6.7及以上版本的ABAQUS/CAE才能打开这些文件。如果使用较低版本的ABAQUS/CAE，可能会出现错误信息。

11) 如果环境文件abaqus_v6.env中包含无法识别的特殊字符（如汉字或中文标点符号），可能会导致ABAQUS/CAE无法启动。

12) 通过查看ABAQUS安装目录下的verification-results.html和verify.log文件，可以检查ABAQUS是否成功安装。

13) 运行ABAQUS时，需要首先通过网络端口获取授权文件（license）。如果错误信息中提到“port”或“license”，可以尝试以下解决方法：检查网络是否连通，网线接口是否接触良好；检查环境文件abaqus_v6.env中的授权文件参数abaquslm_license_file；在ABAQUS Command窗口中使用ping命令检查能否连通授权文件提供服务器，以及授权文件的分配情况；检查ABAQUS的安装是否成功。