Abaqus模型调试

本文探索了Abaqus/Standard中的模型调试过程，重点是解决收敛问题。它用迭代的方法和战略，详细地比较了Abaqus/Standard和Abaqus/Explici，强调了理解模型特征的重要性，采用了系统的方法，在面对问题时坚持不懈。

 

下面的博客是亚拉巴马州奥本大学机械工程师瑞图辛格写的，他有六年的工作经验。三年来，她在高级设计工程师的职位上表现出色，然后过渡到一个作家和团队领导的职位，专门创作无障碍内容。目前，瑞图在德索学院为模拟亚品牌做全球营销的宣传提供营销专家，她将自己的工程敏锐性与写作技巧结合起来，创作出引人注目的营销内容。

 

内容提要

本博客全面探索了Abaqus/Standard中的模型调试过程，重点是解决收敛问题。它用迭代方法和策略，详细比较了标准和标准。它强调了理解模型特征、采用系统方法和在面对问题时坚持不懈的重要性。

 

导言

调试Abaqus/Standard模型可能是复杂的，特别是在遇到融合问题时 structural simulation.。本博客的重点是调试 Abaqus 模型，指的是在Abaqus/Standard中确定收敛问题。 调试 可以参考一系列的东西，从建立和修复一个网格的问题，纠正基本的建模错误，拼写错误，等等。然而，这个博客的目的是学习如何解决Abaqus/Standard中的收敛问题。

 

理解Abaqus/Standard的Abaqus/Standard vs. Abaqus/Explicit

Abaqus/Standard 是最初的Abaqus解决码，可追溯到80年代早期。它是一个有限元解决程序代码，也称为隐式解决程序，具有许多功能。从一般的非线性静态和动态模拟到线性模拟，包括线性动力学、传热、声学、压电效应等等。

 

Abaqus/Standard使用一种渐进的迭代方法进行一般模拟。它是建立在牛顿-拉弗森方法，一种针对收敛问题的数字技术，需要一个全面的调试策略。

 

该方法的成功完成导致所谓的"收敛"，而失败导致非收敛。为了有效解决不一致问题，区分这两个国家至关重要。

 

相反， Abaqus/Standard 是在1992年前后发布的一个动态的明确方案。它是一个明确的解决者，运行在一个根本不同的解决者技术。ABABUS/显式接触算法具有各种功能，如一般非线性动态模拟、传热和声学耦合结构、大变形方法和健壮接触算法，适用于复杂的三维接触模型。

一个动态显式分析包--ABQUUS/显式，不使用牛顿--拉弗森方法，因此没有收敛问题。然而，显式代码可能会面临数字稳定性问题。

 

在ABA/标准中面临严重的收敛问题的用户可以考虑切换到Abaqus/Standard。由于这两个解决者的接口非常相似，过渡到AB基地系统/显式系统可以帮助缓解AB基地系统/标准模拟中遇到的收敛挑战。

 

示例：连接器弹簧

第一个例子涉及一个包含一个连接器元素的一个元素模型，该元素被施加一个力。非线性弹簧刚度平衡力.连接器元件是卡氏-卡丹连接器。相对运动的第一个分量具有非线性刚度，而相对运动的其他分量则受到约束。

 

由于弹簧在一个方向上是非线性的，这个模型相对简单，使用了静态荷载步骤。这意味着我们要测试弹簧在载荷下的延伸程度。在调试收敛问题时，识别关键模型特征至关重要：

l具有非线性刚度的连接单元

l边界条件，包括连接器的运动限制

l集中负载

l静态程序。

 

即使不需要调试，我们也必须理解模型中的特性。理解如何使用模型特征和理解它们可能造成的问题一样重要，例如，

l非线性弹簧可能具有非单调力/偏转行为。

l多重约束可能相互干扰。

l折叠负载可能导致对非对称解决器的需求。

l模拟过程可能是准静态的，导致静态分析的失败。

 

对潜在陷阱的了解是通过培训和经验发展起来的。几乎任何复杂的人类努力都是如此。通过培训，人们可以绕过仅仅依靠经验学习的做法，同时提高自己有效识别和应对挑战的能力。

 

在下面的示例中，该模型未能按原样完成。首先要做的是查看状态文件。一些人可能更喜欢在Abaqus/Viewer中使用作业诊断，但我们正在处理文本文件。绿色文本表明了一个收敛问题。

 

 

日志文件包含一个错误代码消息，但这些是较低级别的、与系统相关的问题，我们需要单独研究。在这里，我们面临一个普通的收敛问题。一旦我们确定了分析突然终止的问题，我们就必须检查消息文件。

 

 

 

开始时，检查文件的末端，同时在Abaqus/Viewer中打开，显示最后保存结果的变形形状，这是很有用的。在这种情况下，消息表示所需的时间小于指定的最短时间，这是一个共同的消息。

错误消息经常重申已经知道的东西。在审查消息文件时，通常会看到模型在错误发生之前变形的图像。然而，由于这是一个单一元素模型，所以没有多少可以想象的。

 

现在，错误的原因--过度的削减--已经被确认，我们可以通过消息文件返回，注意关键节点和元素，并将它们定位在变形的网格中。识别数字模式是至关重要的，因此提出下列问题可能是有帮助的：

 

l同一组节点是否一致拥有最大的剩余值?

l同一组节点是否一致地引起与接触的问题?

l在相同的几个节点上是否有最大的修正?

l在同一组元素中，可塑性看起来是不是失控了?等等

 

数字模式可以帮助您识别引起问题的网格区域。您可以在显示的网格中快速定位这些实体。

现在，工作突然中断了，希望你能得到一些中间的结果。你必须提出一个假设来缓解这个问题.这一假设必须与已确定的问题网格区域和模型特性所固有的潜在问题保持一致。

 

为了完善这一假设，你必须通过动画或压力和位移的轮廓图来观察已知的结果。有了一个可行的假设，下一步需要修改模型来解决假设的问题。

 

幸运的是，一旦您实现了修复，这个问题将得到解决。然而，如果问题持续存在或出现新的并发症，一个错误的假设可能是原因。在这种情况下，特别是在处理趋同问题时，坚持不懈至关重要。

在这种情况下，在节点二观察到问题。这是预期的，因为这是两个节点中唯一的自由移动节点。该网格处于平衡状态，但有一个问题，找到一个稍大负荷的另一个平衡状态。这就导致了关于非线性刚度有些奇怪的假设.

 

 

 

为了进一步深入了解，我们需要实施在培训中推广的技术:转移控制加载。我们可以用适用的边界条件来拉伸弹簧而不是施加载荷，并观察结果。该模型具有简单的力控荷载，易于转换为位移控制。我们可以修改模型，通过应用固定位移成功地完成分析.

 

 

 

力与位移图表明，非单调力偏转行为阻碍了力在静态过程中的冲击。这清楚地揭示了当负载在2.0左右时，没有接近平衡状态的平衡状态的问题。这一行动源于Abaqus静态模拟中的默认幅值设置，使力的应用复杂化。

 

 

 

有两种解决办法可以考虑解决这一问题：

l插入与2.0负载对应的位移并重新运行。

l运行两个步骤的模拟和切换到力量控制，如下所示。

l使用相对新的*步骤控制选项。

 

 

 

这个例子展示了非线性模拟调试的更广泛的复杂性，并强调需要一种有条不紊的方法来识别和解决收敛问题。

 

例子:通过环板

 

第二个例子说明了在有限元分析中经常遇到的一个收敛问题，即用一个薄弹性盘轴向拉过一个具有椭圆截面的刚性环。磁盘应该被完全拉过，但模拟失败，导致可怕的消息表明分析尚未完成。这个例子突出了在这种模拟过程中由于收敛问题而引起的共同挫折。

 

让我们查看负载步骤。这个步骤已经使用了转移控制加载，因此没有希望通过切换到它来解决问题。  

 

重要的模式特征包括：

lC3D20RH型二次砖单元

l超弹性材料

l一般联系

l边界条件

l刚性体约束

l静态程序

 

一旦我们确定了模型的关键特性，下一步就是识别缺陷，并了解如何使用这些特性产生质量结果。在模型中使用超弹性材料之前，必须了解其环境中的稳定性，因为超弹性材料应在预期应变范围内稳定。

 

我们在接触时可能会遇到问题。例如，我们可能需要激活非对称解决器时，面临与Abaqus/Standard中接触模型的收敛问题。接触可能需要不对称的解决，特别是在有摩擦的情况下。在模拟类似的准静态过程时，我们必须避免过度约束，并注意与静态过程的冲突。

 

 

 

模型使它仅仅在步骤的半部分，提示消息表明分析尚未完成。此消息文件包含许多负特征值消息。基于残余量和时间平均力，该模型处于可接受的平衡状态。

 

 

 

让我们在这个阶段提出一个合理的工作假设。我们正在使用联系最佳实践。我们有通用接触，不对称的解决器是由于摩擦激活的。超弹性材料是稳定的。由于他们的立场，不存在过度限制的可能性。

 

存在许多持久的负特征值消息。这，再加上部分结果的动画，导致了屈曲的假说。我们需要一个解决方案策略来继续后换位行为并将磁盘完全拉过。各种技术，如Riks方法、静态稳定、准静态隐式动力学和显式动力学，可以帮助我们解决这个问题。

 

让我们从静态的过程转向类似静态的隐含动力学。

 

 

 

我们允许很小规模的增加，并增加削减的数量。在一些情况下，如果模拟过程平稳，且有相当大的增量规模，但有屈曲行为，我们必须过渡到小的增量规模。有时，它可能需要最小的增量和超过五次削减，这是默认数。在进行隐式动力学时，至关重要的是要考虑时间是物理的，而不是像静态分析那样的标准化的数量。

 

 

 

解决这一收敛问题的方法是修改仿真过程.该曲线的问题区域被导航，使模拟成功完成。

 

示例:o形环压缩和松弛

 

 

最后一个例子是超弹性/粘弹性O形环被压缩然后放松。上图中的绿色圆形组件代表了o形环。在一个静态的步骤中，刚性板将o形环压成弹性材料的凹槽。板固定，而密封在第二步松弛使用*粘度程序。

 

该模型具有一般接触、边界条件和对称平面等特点.在运行分析时，第一步没有完成。调试过程包括彻底检查部分结果、动画和消息文件，以确定问题的根源。

 

消息文件表明，当平衡是好的，有联系的问题.注意那些关于"粘"和"滑"的信息。

 

工作假说是o型环正经历着粘滑行为，这导致了静态过程的问题。一个解决办法是使用准静态隐式动力学。在这种情况下，改变程序会使事情变得更糟，这是可能发生的。该消息文件显示了一个接触问题，在4和4559节点的边缘接触，在凹槽的尖锐边缘。

 

 

 

让我们看看一般接触点的边缘。我们可以在接触域中使用Abaqus/Viewer来可视化一般接触。我们注意到对称边界上有不必要的边。一般联系方式有: Abaqus/Standard  移除接触域的边缘。让我们去掉这些，再试一次。

 

一旦整个模型运行，我们可以考虑恢复到静态过程。每次做一个改变最有效，这样程序就不会改变。

 

 

 

我们正在改变接触面，以消除对称平面上的边缘，并切换到一个动态过程的第一步。这给了我物理时间和粘弹性效应。它也提供了惯性效应。这意味着我们必须密切注意采取这一步骤的时间。

 

这一步我用的时间为0.1，放松时间为30秒。由于这个小o形环的装载率与松弛时间相比并不长，0.1看起来是进行这一步的好时机。

 

虽然步骤1是成功的，但模拟再次失败。我们通过了压缩步骤，进入了粘度步骤，但它失败了。在第二步中，通过对局部结果、动画和最后保存结果的分析，观察到了简化积分网格中的变形模式。

 

 

 

海豹的变形形状图显示C3D8RH元素的经度。这就是需要坚持不懈的地方。我们可以消除减少的整合元素，并将完全集成元素用于消除时间传递效应。下一步是将砖元素转换为C3D8H，然后再试一次。重新运行模拟提供了一个完整的结果。解决办法现在是成功的。我们可以在休闲时改进模型。

 

 

 

让我们完善网眼，围绕凹槽的边缘。通常情况下，当边缘被四舍五入时，更容易获得收敛性。圆的半径应该足够大，使网格符合它。如果你需要一个更锋利的边缘，使用更精致的网眼。

 

 

 

一旦我们实现了这些更改，模拟就成功了。这一例子表明，坚持不懈和适应性对于解决融合挑战十分重要。

 

有限元模型的一般调试技术和策略

调试Abaqus/Standard收敛问题可能令人生畏。清单对于在模型中识别和解决这些挑战至关重要。

 

以下是要记住的关键步骤，以便有效地调试Abaqus/Standard中的一个模型:

l了解你的模型功能和如何正确使用它们。

l确定您的模型特性可能造成的潜在陷阱。

l运用所有可用信息形成一个假设.

l部分结果是有益的。不要在调试时人为地限制输出.

l读取错误/警告消息并分析消息文件。

l定义一个假设问题的解决方案。

l最初失败的尝试并不少见。坚持不懈是完成分析的关键。

 

要记住的最后一件事是，通过训练和经验，你可以理解特定特性的陷阱。培训和经验使用户能够提高他们的能力，以假设和实施针对趋同问题的实际解决办法。

 

下面是推荐的培训课程和进一步学习的资源清单。

l获得一个与ABAQUS的收敛解

l模拟与阿拉伯马格里布基地组织的接触和解决收敛问题

lAbaqus/Explicit：高级专题

l用Abaqus进行失稳、后失稳和塌陷分析

l任何训练班都是有益的。

 

这些教育资源可在SIMULIA 网站。我鼓励您探索这些培训机会，如果您希望提高您的解决问题的能力，以调试一致性问题与Abaqus/Standard。

 

结论

总之，Abaqus/Standard中的收敛问题是一个复杂的过程，需要深入了解模型的特点和潜在问题。培训和经验有助于准确地提出假设，以实施成功的解决方案。牛顿-拉弗森方法是解决方法的核心，当非收敛发生时，采用系统的方法来诊断和纠正问题。

 

在这个过程中，部分结果、错误消息和动画是非常宝贵的，可以指导修改以获得成功的结果。需要坚持不懈，因为最初的尝试有时只能解决问题。

 

最终，在坚持不懈的支持下，一种有系统和知识丰富的方法，对于掌握Abaqus/Standard有限元模型的调试至关重要。

 

为了了解更多关于使用Abaqus/Standard进行调试的知识，我们邀请您访问我们录制的会话。

 

常见问题

Q： 我如何找到使用Abaqus某一特性的例子来熟悉它的用法?

A：您可以搜索在线文档，或者使用Abaqus搜索关键词工具找到使用某个功能的示例。与这些示例相关的输入文件是作为ABAQUS安装的一部分提供的，您可以使用ABABUS获取实用程序来获取这些文件。

 

Q： 什么是Abaqus验证指南，它如何帮助我学习使用新的能力?

A：ABAQUS验证指南中的测试案例证明，实现数字模型可以为代码中的一个或多个明确定义的选项产生预期结果。在学习使用新功能时运行这些问题可以帮助您确保正确使用它。

 

Q： 在Abaqus/CAE中，什么是工作诊断工具，它如何帮助我调试我的模型?

A：Abaqus/CAE中的工作诊断工具允许您监控分析工作的进展，并了解工作的收敛行为。它提供关于分析的每个步骤、增量、尝试和迭代的详细信息，这些信息可以帮助您识别和纠正模型中的问题。

 

Q： 在"作业诊断"对话框的剩余值选项卡中，平均力和时间平均力的区别是什么?

A： 平均力是在给定时间步骤中对模型的作用力，而时间平均力是整个分析中的作用力的平均值。"作业诊断"对话框的剩余量选项卡显示每个迭代的两个数量的值，这可以帮助您确定收敛问题的原因。

 

Q： 什么是开始的Abaqus插件，它如何能够帮助我运行ABakus示例?

A：开始使用ABAQUS插件是一个工具，使您可以运行ABAQUS文档中描述的示例。它为每个示例创建一个模型和一个作业，您可以提交给作业模块进行分析，并在可视化模块中查看结果。插件还获取与示例相关的输入文件，并将其放置在当前目录中。