Abaqus从入门到精通（60）实例——Taylor杆撞击仿真分析

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2024-09-20 | 1210 次浏览 | 分享到:

本实例分别采用本章给出的JC模型VUMAT子程序以及ABAQUS自带JC本构模型来进行Taylor杆冲击模拟。

11.5.1 创建部件

（1）单击工具区中的Create Part（创建部件）图标，弹出Create Part对话框，在Name文本框中输入“Taylor_bar”，如图11-2所示，然后单击Continue按钮。

（2）进入Part后，创建如图11-3所示的草图，草图中圆半径为0.02m；完成基圆后，将其沿Z轴方向拉伸0.1m，如图11-4所示；拉伸后建立的Taylor杆三维实体模型如图11-5所示。

11.5.2 划分网格

（1）进入Mesh模块，单击工具区中的Seed Part图标，弹出Global Seeds对话框，将Approximate global size的值设置为0.005，如图11-6所示，单击OK按钮。

（2）单击工具区中的Assign Mesh Controls图标，弹出Mesh Controls对话框，设置Element Shape为Hex，Technique为Sweep，如图11-7所示，单击OK按钮。

（3）单击工具区中的Assign Element Type图标，弹出Element Type对话框，设置Element Library为Explicit，Geometric Order为Linear，其他选项保持默认值，此时的单元类型为C3D8R，如图11-8所示，单击OK按钮。

（4）单击工具区中的Mesh Part图标，在视图区单击鼠标中键，完成网格的划分，如图11-9所示。

11.5.3 定义材料属性

本实例所选材料为某型黄铜，采用JC屈服模型，该模型中屈服应力是塑性应变、应变率以及温度的函数为。

其中，εp为等效塑性应变；为等效应变率；为参考应变率；T为温度；Tr为室温；Tm为融化温度；A、B、C、m和n是常量。

进入Property模块，单击工具区中的Create Material图标，弹出Edit Material对话框，在Name文本框中输入“jc_bar”，选择General→Density选项。此时，设置MassDensity为8960，如图11-10所示。

1．设置状态变量个数

如图11-11所示，选择General→Depvar选项，由于本实例中使用了4个状态变量，分别为Equivalent plastic strain（等效塑性应变）、Equivalent plastic strain rate（等效塑性应变率）、Yield stress和Temperature，因此在Number of solution-dependent statevariables微调框中输入大于4的数值即可。

2．设置User Material参数

如图11-12所示，选择General→User Material（用户材料）选项，输入124.E9、0.34、90.E6、292.E6、0.31、0.025、1083、25、1.09、0.9、383等11个参数，以上11个数值分别代表弹性模量E、泊松比ν、JC模型参数A、JC模型参数B、JC模型参数n、JC模型参数C、材料融化温度Tmelt、室温Tr、JC模型参数m、非弹性耗散能转热系数以及比热。在用户子程序中分别为PROPS(1)、PROPS(2)…PROPS(11)。这里需要注意的是，连续输入十几个数据既不方便，又容易出错，可如图11-12所示先随意输入一个数据，保留数据接口，随后在INP文件中进行相应修改，将编写好的11个参数粘贴进去即可，这样既快捷，又不易出错。

完成设置材料属性后，单击OK按钮，将该属性赋予Taylor_bar部件。

11.5.4 定义和指派截面属性

（1）单击工具区中的Create Section图标，弹出Create Section对话框，默认名称为

Section-1，其他选项保持不变，如图11-13所示，单击Continue按钮。弹出EditSection对话框，保持各项默认值，如图11-14所示，单击OK按钮。

（2）单击工具区中的Assign Section图标，在视图区选择整个模型，单击提示区的Done按钮（或在视图区单击鼠标中键），弹出Edit Section Assignment对话框，在Section下拉列表框中选择Section-1选项，如图11-15所示，单击OK按钮。

11.5.5 定义装配

在Module下拉列表框中选择Assembly选项，单击工具区中的Create Instance图标，弹出Create Instance对话框，保持各项默认值，如图11-16所示，单击OK按钮。图11-16

11.5.6 设置分析步

1．创建分析步

由于VUMAT需要用到Explicit求解，在Module下拉列表框中选择Step选项，进入分析步编辑界面。单击工具区中的Create Step图标，弹出Create Step对话框，在Step步骤中设置Dynamic Explicit选项，如图11-17所示，单击Continue按钮。弹出Edit Step对话框，在Time period文本框中输入“0.001”，其他选项采用默认设置，如图11-18所示，单击OK按钮，完成分析步的设定。

2．设置场输出变量

仅输出应力S、应变E、速度V、位移U和状态相关变量SDV（Solution DependentState Variables）。在调用子程序进行计算时，SDV是必选的场输出变量选项，只有选择该选项，才能看到子程序相应的状态变量的计算结果。

选择菜单栏中的Output（输出）→Field Output Request（场地输出请求）→Edit（编辑）→F-Output-1命令，弹出Edit Field Output Request对话框，分别选中S、E、U、V、SDV复选框，在Interval中输入“50”，如图11-19所示，单击OK按钮。

1．设置自由度

约束Taylor杆轴向的平动自由度，其他自由度不限制。在Module下拉列表框中选择Load选项，进入载荷编辑界面。单击工具区中的CreateBoundary Condition图标，弹出Create Boundary Condition对话框，采用默认名称，设置Step为Initial，在Types for Selected Step中选择Displacement/Rotation，如图11-20所示，单击Continue按钮。选择如图11-21所示的约束面，在弹出的Edit BoundaryCondition对话框中选中U3复选框，如图11-22所示，单击OK按钮。

2．设置Taylor杆的初始速度

首先建立一个节点集Set-2，所选节点为除Z=0平面外的所有节点。

选择菜单栏中的Tools→Set→Manager（管理器）命令，弹出Set Manager对话框，单击Create按钮，弹出Create Set对话框，采用默认名称，选中Node单选按钮，如图11-23所示，单击Continue按钮，选择如图11-24所示的节点，在视图区单击鼠标中键确认。

3．设置场变量

单击工具区中的Predefined field（预设场变量）按钮，弹出Create Predefined Field对话框，采用默认名称，设置Step为Initial，在Category中选择Mechanical，其他选项采用默认设置，如图11-25所示，单击Continue按钮。在提示区单击Sets按钮，弹出Region Selection对话框，选择Set-2，如图11-26所示，单击Continue按钮。弹出EditPredefined Field对话框，在V3文本框中输入“-100”，如图11-27所示，单击OK按钮，结果如图11-28所示。

11.5.8 提交分析作业

1．创建作业

在Module下拉列表框中选择Job选项，单击工具区中的Job Manager图标，弹出Job

Manager对话框，单击Create按钮，弹出Create Job对话框，设置Name为Taylor_bar_vumat，如图11-29所示，单击Continue按钮。弹出Edit Job对话框，保持各默认值不变，单击OK按钮。在Job Manager对话框中单击Write Input按钮，如图

11-30所示。向工作目录中写入名为Taylor_bar_vumat.inp的INP文件。

用文本编辑工具打开Taylor_bar_vumat.inp文件，将文件中如下用户自定义材料参数段改为。

2．利用INP文件提交任务

（1）单击Create按钮，弹出Create Job对话框，在Source下拉列表框中选择Input file选项，如图11-31所示，单击Input file后面的Select（选择）图标，弹出Select InputFile对话框，选中已经修改过的Taylor_bar_vumat.inp文件，如图11-32所示，单击OK按钮，然后单击Continue按钮。

（3）弹出Edit Job对话框，选择General选项卡，单击User subroutine file后的Select图标，弹出Select User Subroutine File对话框，找出需要调用的子程序，如本实例的子程序为Taylor_bar.for，如图11-33所示。需要注意的是，需要调用的子程序必须位于ABAQUS的工作目录中，否则会出现编译错误。完成以上设置后就可以提交进行计算。如果计算过程中提示子程序编译错误，则可以打开工作目录，利用LOG文件查找错误。

单击工具栏中的按钮来保存所建的模型，然后单击Submit按钮提交分析。单击Monitor按钮，可查看分析过程中的警告信息，分析完成后，单击Results按钮，进入Visualization模块。

如图11-34所示，分别为ABAQUS自带JC模型及VUMAT子程序编写的JC模型的计算结果。从两者的变形云纹图可以看出，模拟的结果非常类似。

（4）单击工具区中的Create XY Data图标，弹出Create XY Data对话框，选中ODBfield output单选按钮，如图11-35所示，单击Continue按钮。弹出XY Data from ODBField Output对话框，设置Method为Element labels，在右侧数据表的Element labels栏中输入“59”，选中Highlight items in viewport复选框，如图11-36所示，高亮显示所建立模型的第59个单元。用户子程序结果如图11-37所示。

提取两次计算该单元的等效塑性应变，如图11-38所示，两条曲线几乎重合，用户子程序模拟结果与ABAQUS自身材料库中的JC本构模型的计算结果一致，验证了所编写的VUMAT用户子程序的准确性。

提示：如果计算过程中出现提示子程序编译终止，有可能是缺少编译环境的原因，解决方案如下。

（1）必须首先安装Microsoft Visual Studio 2019，注意在安装时选择自定义部件，需要选中C++选项。

（2）安装Intel Parallel Studio XE 2019。

（3）与ABAQUS关联。

①在ABAQUS的安装目录中找到launcher.bat文件，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“编辑”命令，打开文件，添加下列语句，如图11-39所示，保存文件。

call"上级目录路径地址Microsoft Visual Studio2019CommunityVCAuxiliary

Build vcvarsall.bat" x64

call"上级目录路径地址intelSWToolscompilers_and_libraries_2019.0.117

windowsbinifortvars.bat" intel64 vs2015

图11-39 launcher.bat文件

②验证。在ABAQUS的安装目录中找到ABAQUS command文件并用文本编辑器打