在工程领域中,多重负载情况是非常普遍的,而只有单一负载的状态则是一种理想的假设。例如在进行强度分析时,我们通常假设物体没有发生应力,接着进行无初始应力的计算,这就需要我们增加安全系数以排除初始应力的干扰。
随着仿真技术的发展,我们意识到需要解决两个主要问题。第一个问题是实现仿真工具对各种仿真类型的全面覆盖;第二个问题是在不同仿真类型之间实现数据传递。
由于受到仿真尺度和学科限制,没有一种软件可以涵盖所有的分析类型。通常情况下,大型通用有限元软件可以解决大部分结构仿真问题,本文中的Abaqus就是一款广泛应用的大型通用有限元软件。结合使用Abaqus,我们将探讨一个多工况问题——平板成管问题。我们需要具备金属拉拔成型、焊接加工、机加工等学科的仿真能力,并能将前一项仿真结果作为后一项仿真的输入。
第一步:一次折弯
第二步:一次回弹
第三步:二次折弯
第四步:焊接
本文分析了两类工况,一类是金属折弯成型,另一类是焊接。其中,折弯成型是一个动力学问题,而焊接则是热力学和力学的耦合问题。具体来看,折弯成型也并不简单,每次折弯所用的模具可能会不同,且第二次折弯是基于第一次折弯结果进行的。因此,金属成型过程中需要经历三个步骤:第一次折弯、回弹和第二次折弯。这种多步骤的过程在实际加工中非常普遍,但对于有限元分析来说,我们更倾向于模拟单一工况或者连续的单一工况。然而,对于多步工况的问题,解决起来则相对困难。
Abaqus在多工况分析方面具有天生的优势:
Abaqus因其先天的优势而在解决这类问题方面表现突出。该软件拥有两个主要求解器,分别是abaqus/standard和abaqus/explicit。abaqus/standard是一种基于隐式算法的通用求解器,可处理多种分类类型问题,如静力学、动力学、耦合分析等,能够解决大部分问题。而abaqus/explicit是一种显式动力学求解器,可解决冲击问题和准静力学问题。虽然这两个求解器无法直接进行耦合,但通过odb结果文件进行耦合可以完善求解流程。
以刚才的内容为例,我们的观点是这样的:
· 第一步:确定每个步骤的分析类型。针对金属成型的过程,建议采用显式动力学的准静态分析方法。对于回弹分析,则推荐使用静力通用分析。而对于焊接分析,则应选择热力耦合分析步骤。
· 第二步:确定每个分析步的模具和工况。
· 第三步:确定数据在不同分析步骤之间的传输方式。可以采用充分利用重新启动的方法来实现。具体的思路和方法如下:
·
1)定义重启动
*RESTART , WRITE, FREQUENCY=n, OVERLAY
2)定义结果的导入
将模型从Abaqus/Explicit导入到Abaqus/Standard:
*IMPORT, STEP=step number, INTERVAL=interval number
将模型从Abaqus/Standard导入到Abaqus/Explicit
*IMPORT, STEP=step number, INC=increment number
3)材料状态和参考构型
l默认情况下,在导入分析中,材料状态被导入 (*IMPORT选项中STATE=YES)。
l如果需要不重新设置参考构型而继续分析,在*IMPORT选项中设置UPDATE=NO:
*IMPORT, UPDATE=NO
l在某些情况下,需要获得回弹位移和回弹分析开始时相对于几何体的应变 (在回弹分析步开始时设置为零)。在*IMPORT选项中设置UPDATE=YES:
*IMPORT, UPDATE=YES
如果需要对附加成型过程进行分析,由于参考构型不一致的原因,不应选择使用UPDATE=YES。显然,Abaqus为处理多工况分析问题提供了许多可行的方法。同时,Abaqus还支持多种分析类型。
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