Abaqus施加荷载技能

官方文档: https://help.3ds.com → SIMULIA Established Products → Abaqus Abaqus/Standard: https://www.3ds.com/products/simulia/abaqus/standard Abaqus/Explicit: https://www.3ds.com/products/simulia/abaqus/explicit

技能描述

此技能涵盖了在Abaqus中定义分析步骤、施加边界条件和荷载的完整流程。Abaqus的载荷施加基于分析步(Step)定义，不同分析步可以施加不同的载荷和边界条件。

核心组件

1. 分析步骤定义 (Analysis Steps)

• 创建时机：在施加荷载和边界条件之前必须定义不同的分析步骤
• 载荷分配：可以指定在哪个分析步施加荷载，在哪个分析步施加边界条件
• 默认初始步：Abaqus CAE缺省地创建初始步(Initial)
  • 初始步中只能定义边界条件，不能施加载荷
• 输出变量：分析步骤创建后，CAE会自动选择相应分析过程的输出变量
• 分析步类型：
  • 通用分析步 (General Step)：适用于一般的非线性分析
    • Static, General（隐式静力）
    • Dynamic, Implicit（隐式动力）
    • Dynamic, Explicit（显式动力）
    • Heat Transfer（热传导）
    • Buckle（屈曲分析）
    • Frequency（频率分析）
  • 线性扰动分析步 (Linear Perturbation Step)：
    • Linear Perturbation（从基础状态进行线性分析）
    • 不改变基础状态，结果可叠加

2. 输出要求 (Output Requests)

• 场变量输出 (Field Output)：
  • 用于后处理模块的变形形状、等值线或矢量图显示
  • 输出整个模型或指定区域的空间分布数据
  • 常用变量：S(应力)、E(应变)、U(位移)、RF(反力)等
• 历程输出 (History Output)：
  • 针对模型中指定点产生历程输出数据
  • 在XY坐标系中查看变量随时间/频率的变化
  • 常用变量：特定节点的位移、反力、能量等
• 输出频率：控制写入结果数据库(.odb)的变量值频率
• 传递机制：第一个分析步创建后，输出要求会自动传递给后续分析步

3. 边界条件 (Boundary Conditions)

• 施加对象：
  • 实体单元只有平动自由度，无转动自由度
  • 刚体的约束只能施加给参考点(Reference Point)
  • 壳/梁单元有平动和转动自由度
• 分析步依赖：边界条件的施加依赖于所建立的分析步
  • 初始步中的BC在整个分析过程中持续有效
  • 后续分析步中可以修改或新增BC
• 自由度约束：
  • 1,2,3 = X,Y,Z方向平动
  • 4,5,6 = X,Y,Z方向转动（仅壳/梁单元）
  • 11 = 温度（热分析）
  • 8 = 孔压（渗流分析）

4. 载荷类型 (Load Types)

• 集中载荷 (Concentrated Force)：作用在节点或参考点上的集中力
• 分布载荷 (Pressure)：压力载荷，作用在面或边上
• 体力 (Body Force)：重力、离心力等体积力
  • 重力：model.Gravity(comp1=0, comp2=-9.81, comp3=0)
• 温度载荷 (Temperature)：热应力分析中的温度场
• 初速度/初角速度 (Velocity/Angular Velocity)：
  • 显式分析中常用
  • Region必须覆盖部件的所有面、边、顶点
• 螺栓预紧力 (Bolt Load)
• 面载荷 (Surface Traction)：切向分布力

5. 载荷步骤控制

• 通用分析步 (General Step)：适用于一般的非线性分析
• 线性扰动分析步 (Linear Perturbation Step)：适用于线性扰动分析
• 载荷幅值函数 (Amplitude)：
  • 定义载荷随时间或频率的变化规律
  • 常用类型：
    • Ramp（线性增长）
    • Step（阶跃）
    • Tabular（表格定义）
    • Smooth Step（光滑过渡）
    • Periodic（周期函数）

6. 接触设置 (Interaction)

• 接触对 (Contact Pair)：定义两个表面之间的接触关系
• 通用接触 (General Contact)：自动检测所有可能的接触对
• 接触属性 (Contact Property)：
  • 法向行为 (Normal Behavior)：
    • Hard Contact（硬接触，默认）
    • Softened Contact（软化接触）
  • 切向行为 (Tangential Behavior)：
    • Frictionless（无摩擦）
    • Penalty + 摩擦系数
  • 参考摩擦系数：

    接触对	摩擦系数
    钢-钢（干）	0.3~0.6
    钢-钢（润滑）	0.05~0.15
    钢-混凝土	0.4~0.7

应用场景

• 静力分析载荷施加
• 动力分析载荷施加
• 热力耦合分析载荷
• 模态分析载荷设置
• 显式动力学初速度加载

注意事项

• 必须在施加载荷前定义分析步骤
• 不同载荷类型适用于不同分析类型
• 边界条件和载荷都依赖于分析步骤
• 删除分析步会导致相应输出要求的删除
• 显式分析中初速度的Region必须覆盖部件所有面、边、顶点
• 载荷幅值函数需要与分析步时间匹配

与其它模块的关系

• 分析步模块：载荷施加基于分析步骤定义
• 交互模块：处理接触、约束等问题
• 作业模块：提交计算任务
• 后处理模块：查看载荷施加效果