基于ABAQUS和ANSA材料库进行弹塑性分析的方法及应用
基于ABAQUS的内压厚壁圆筒的弹塑性分析
基于ABAQUS的压厚壁圆筒的弹塑性分析学院：航空宇航学院专业：工程力学指导教师：：学号：1. 问题描述一个受压的厚壁圆筒（如图1），半径和外半径分别为mm a 10=和mm b 15=（外径与径的比值2.15.11015b >==a ），受到均匀压p 。
材料为理想弹塑性钢材（如图2），并遵守Mises 屈服准则，屈服强度为MPa Y 380=σ，弹性模量GPa E 200=，泊松比3.0=υ。
图1 压作用下的端部开口厚壁圆筒 图2 钢材的应力-应变行为首先通过理论分析理想弹塑性材料的厚壁圆筒受压作用的变形过程和各阶段的应力分量，确定弹性极限压力e p 和塑性极限压力p p ；其次利用ABAQUS 分析该厚壁圆筒受压的变形过程，以及各个阶段厚壁筒的应力分布，与理论分析的结果进行对比，验证有限元分析的准确性。
2. 理论分析2.1基本方程由于受到压p 的作用，厚壁圆筒壁上受到径向压应力r σ、周向压应力θσ和轴向应力z σ的作用，由开口的条件可推出0=z σ。
因为这是一个轴对称问题，所有的剪应力和剪应变均为零。
平衡方程和几何方程用下式表示：0-=+rd d r r r θσσσ （1）r u dr du r r r ==θεε, （2） 弹性本构关系为：()()r r r E E συσεσυσεθθθ****1,1-=-= （3） 由于此问题为平面应变问题，所以上式中2*1υ-=E E υυυ-=1* 相应的边界条件为：0,=-===b r r a r r p σσ （4）2.2弹性阶段根据弹性力学中的应力解法：取应力分量r σ，θσ为基本未知函数，利用平衡方程和应力表示的协调方程联合求解，可得应力分量的通解⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=221221-r C C r C C r θσσ 将边界条件带入可得应力分量为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=11--2222222222r b a b p a r b a b p a r r σσ （5） 因为b r a ≤≤，所以00>≤θσσ且r ，可以观察到：r z σσσθ≥=>0，分析采用Mises 屈服准则，表达为()()()()222222226Y z rz r z z r r στττσσσσσσθθθθ=+++-+-+- （6）该厚壁圆筒是轴对称平面应变问题，即0===θθτττz rz r ，由Mises 屈服条件其表达式可得到：Y Y r σσσσθ155.132==- （7）当压p 较小时，厚壁圆筒处于弹性状态，在a r =处，()r σσθ-有最大值，筒体由壁开始屈服，此时的压为e p ，由式（5）、（7）联立可求得弹性极限压力为()2222155.1b a b p Y e σ-= （8） 代入题目所给数据得到弹性极限压力为：()MPa p e 92.1211521015380155.1222=⨯-⨯= 2.3 弹塑性阶段当e p p <时，圆筒处于弹性状态，当e p p >的情况，在圆筒壁附近出现塑性区，产生塑性变形，随着压的增大，塑性区逐渐向外扩展，而外壁附近仍为弹性区。
弹塑性力学土木工程应用有限元ABAQUS分析课件
A
A0
l0 l
l 0 未变形的长度 A 0 未变形的平面面积
FF l
A A0 l0
nom(ll0)
nominal
n o m 名义应力
真实应力
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
名义、真实应力（变） 名义应变，每单位未变形长度的伸长。
noml0l
ll0 l0
l l0
1
l l0
1 nom
塑性性能的材料实验数据，提供的应变包括塑性应变和弹性应 变，是材料的总体应变。所以总体应变分解为弹性和塑性应变两 项。
弹性应变等于真实应力与弹性模量的比值。
t pl el
el / E
p lte lt/E
p l 真实塑性应变
t 总体真实应变
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
l0d lllnll0
lnl lnl0l
l0
l0
nom
l l0
lnl0 l0lln1nom
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
名义、真实应力（变） 真实应力与名义应力的关系
nom(1nom)
真实应变与名义应变的关系
ln1nom
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
名义、真实应力（变）
弹塑性力学的发展
早期 精确算法 线性问题
如今 数字分析法 非线性问题
实际的需要，软件应用计算 ANSYS、ABAQUS
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
PART.02
名义应力（变）与真实应力（变）
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
名义、真实应力（变）
在ABAQUS中必须 用真实应力和真实应 变定义塑性。
动力弹塑性分析方法及其在结构设计中的应用
1.2 数值仿真技术的应用在工程领域的应用中，数值仿真技术主要指以计算机为手段，通过对实际问题的分析建立数值模型，结合数值计算方法来获取研究结果，并且以云图、图表、动画等直观的方式展现，达到对工程问题或者物理问题进行科学研究的目的，其中也包括了动力弹塑性分析在抗震设计中的应用。
商业软件在工程领域的应用表1结构专业建筑专业工程问题仿真软件工程问题仿真软件动力弹塑性分析ABAQUSPERFORM-3D建筑能耗PHOENICS多尺度分析ANSYSMidas Gen声、光环境RAYNOISE数值风洞模拟FLUENT/CFX烟雾扩散FDS 连续倒塌模拟MSC.MARC人员疏散Simulex1.3 动力弹塑性分析的基本要素动力弹塑性分析基本流程如图2所示。
（a）建立物理模型（c）进行数值分析，得到分析结果图2 动力弹塑性分析基本流程动力弹塑性分析方法包括以下三个基本要素：1）建立结构的弹塑性模型及地震波的数值输入；2）数值积分运算分析；3）全过程响应输出。
从设计角度解释，静力或动力弹塑性分析都类似于一种“数值模拟试验”，尤其是动力弹塑性分析可在一定程度上仿真结构在地震波作用时段内的反应过程，可理解为一种“数字振动台试验”。
表2总结了振动台试验、静力及动力弹塑性分析之间的共同点与差异。
结构弹塑性分析与振动台试验表2振动台试验静力弹塑性分析动力弹塑性分析适当的模型比例适当的模型精细化程度（宏观构件模型、微观材料模型）适当的模型材料适当的材料应力-应变曲线或者截面、构件骨架曲线适当的材料本构模型或者截面、构件的滞回模型动力加载静力加载地震波输入试验结果监测（位移，转角，应变，裂缝发展等）分析结果监测（性能曲线及性能点，变形，材料应变，材料损伤，截面利用率）分析结果监测（变形及残余变形，材料应变，材料损伤，截面利用率，能量平衡等）而动力弹塑性分析方法与线性静力分析方法却有较大的不同，如表3所示。
线性静力分析与动力弹塑性分析特点对比 表3分析方法线性静力分析方法动力弹塑性分析方法材料假定弹性模量，泊松比更为真实的材料本构模型（如钢材双折线模型，混凝土三折线模型或者更复杂）构件模拟构件刚度不变构件刚度变化（如混凝土损伤开裂导致构件刚度退化）作用力直接施加外力荷载静载作用下直接输入地震波数据进行积分运算非线性简化方法考虑P-Δ效应考虑材料非线性，几何非线性，边界非线性工况组合不同工况可以线性组合必须累计重力作用对结构在地震作用下响应的影响平衡方程静力平衡方程：动力平衡方程：分析结果工况组合结果直接用于结构设计结构反应随时间变化，从变形角度，统计结构最大反应指导结构设计注：为刚度矩阵；为阻尼矩阵；为质量矩阵；为荷载向量；为节点位移向量；为节点速度向量；为节点加速度向量。
基于ABAQUS抗震钢板剪力墙的弹塑性动力分析模块_李春祥
两种： 条带模型（ Strip Model， 简称 SM） 和有限元模型。与有 SM 限元模型相比， 具有精度高和高效的特点， 适宜于实际复 杂超高层建筑中 SPSWs 的模拟。通用有限元软件 ABAQUS 具有很强的非线性分析能力和丰富的材料及单元库， 但 ABAQUS 只能对材料设定只受拉， 而不能对单元， 即难以找 到合适的仅受拉单元模型来进行 SM 的建模。因此， 本文基 于 ABAQUS 平台， 开发出抗震钢板剪力墙条带模型的用户单 元子程序（ 称为 UEL for SM） 。
mail: lichunxiang@ vip． sina． com。 李春祥( 1964 —) ， 男， 博士， 教授， 主要从事钢结构教学和科研工作。E汪英俊( 1986 —) ， 男， 硕士， 主要从事民用建筑结构设计。
第4 期
基于 ABAQUS 抗震钢板剪力墙的弹塑性动力分析模块
29
加劲肋设置皆以防止板的屈曲来进行设计， 因此， 被称为 。 厚钢板墙 这样的设计， 不仅过于保守， 而且会导致最终 不理想的破坏模式， 即在钢板未达到设计荷载时， 框架柱 ［1 ］ 一系列的理论和 就产生屈服和（ 或） 屈曲破坏 。 此后， SPSWs 中钢板的屈曲和整 试验研究表明， 如果设计得当， 体破坏并不是同时发生的， 钢板屈曲并不就是 SPSWs 失 效， 屈曲后强度甚至可以达到弹性屈曲强度的数倍
1
SPSWs 条带模型与问题的描述
Thoburn 等［9］学者认为， 在屈曲前， 可以忽略钢板的 图1 Fig． 1 钢板剪力墙条带模型 Strip model （ SM）
ABAQUS弹塑性时程分析注意事项
一、YJK转ABAQUS1、YJK模型的合理简化⑴YJK的模型，如果存在次梁布置不规则、次梁与核心筒搭接不规则、次梁与核心筒开洞相交等情况，会造成模型转化失败，因此，转之前需对模型进行一些合理的简化，既要避免模型转化失败，同时尽可能保持原有模型的特性，防止简化过多，造成简化的模型与原模型在结构动力特性上差别较大，总之一句话，模型简化坚持“简单但不失真”的原则。
此过程不可能一蹴而就，需要反复尝试，简化从少入多，简化越少越好。
⑵验证简化模型的有效性。
模型转过来以后并不是万事大吉，还需要对比模型进行检验。
首先转成线弹性模型，此模型的目的就是采用ABAQUS分析模型的动力特性，查看YJK与ABAQUS两软件计算所得的质量与周期是否一致。
若在误差允许范围内，则可进行下一步操作，反之，则需对简化的YJK模型就行修改。
⑶模型验证有效后，下一步转成弹塑性时程分析模型。
转弹塑性时程分析模型之前，有几个问题需要注意：①关于楼板楼板是采用刚性楼板还是采用弹性楼板，取决于楼板有没有缺失，若整层楼板开洞很小，且我们不关注楼板的应力状态，则分析时采用刚性楼板即可，后续abaqus弹塑性时程分析时不对楼板细分，会节约计算成本；反之，若楼板缺失严重，且楼板应力分布是重点关注的东西，则YJK要对板指定弹性板3或弹性板6或弹性模。
后续ABAQUS分析时会对板就行细分。
板内钢筋根据施工图进行确定，但目前导入ABAQUS却不能查看板内钢筋应力分布情况（此问题有待继续研究）。
②关于梁柱ABAQUS采用纤维单元进行模拟。
梁柱内钢筋采用等效的矩形钢管进行模拟，后续可以查看钢筋的受压损伤因子与受拉损伤因子。
梁柱单元细分数目可取2m。
③关于材料强度由于ABAQUS分析未考虑箍筋的作用。
因此可通过取材料平均值来适当考虑箍筋对混凝土的约束作用。
⑷参数设置成功以后即可计算，当然计算之前需对电脑进行设置，保证程序可以自动调入子程序。
⑸ABAQUS分析结果查看，ABAQUS的默认历史时程输出只有能量的输出，我们关心的顶点时程位移曲线，层间位移角，基底剪力这些需要自己编写命令流输出，以供后续处理。
动力弹塑性分析方法及其在结构设计中的应用
阻尼作为反映结构振动过程中能量耗散的动力特性之一，不同于结构质量和刚度等其他动力特性可 直接通过计算确定，在计算中通常需要抽象为数学模型，其常见的建立形式主要有振型阻尼和瑞雷阻 尼，瑞雷阻尼由质量阻尼项αM和刚度阻尼项βK线性组成如图5所示。
图5瑞雷阻尼示意
在以PERFORM-3D为代表的隐式算法软件中，应用振型阻尼矩阵或瑞雷阻尼都较为方便。两类阻尼 矩阵可分别单独应用，也可结合一起应用。为了节约计算时间，通常用初始弹性刚度矩阵直接形成瑞雷 阻尼矩阵或计算结构的初始线弹性自振周期与振型间接形成振型阻尼矩阵，两类阻尼矩阵都不随时间变 化，虽然理论上可以采用弹塑性响应过程中更新后的结构弹塑性总体刚度矩阵。将线弹性响应阶段的振 型阻尼矩阵用于弹塑性响应阶段，是一种近似方法，因为结构进入弹塑性阶段工作后，自振周期延长， 振型形状也出现变化。如果用瑞雷阻尼矩阵，对于刚度阻尼项βK必须加以关注，特别是用纤维模型模拟 的混凝土单元的刚度阻尼项，如用纤维模型模拟的钢筋混凝土柱和剪力墙单元等。这类单元的混凝土纤 维在初始线弹性响应阶段假设为尚未开裂，开裂后单元刚度显著下降，继续用单元开裂前的刚度矩阵就 会过高估计与此类单元相关的阻尼力与能耗。
通过隐式方法求解时，在每个时间增量步长内需要迭代求解耦联的方程组，计算成本较高，增加的
计算量至少与自由度数的平方成正比。在采用显式方式进行方程求解时，计算在单元层次进行，无需组 装整体刚度矩阵，更无需对刚度矩阵求逆，只需对通常可简化为对角阵的质量矩阵求逆，计算过程中直 接求解解耦的方程组，不需要进行平衡迭代，故一般不存在收敛性问题，每个计算步的计算速度较快， 但是需要非常小的时间步长，通常要比隐式小几个数量级，计算量至少与自由度数成正比[9]。随着分析 模型中单元与节点数量的增加，显式方法的优点越加突出。
ABAQUS弹塑性有限元分析简介
行业现状
弹塑性分析具体的技术条件没有规范，尴尬！ 隔震新规范编写，初衷突破抗规各种内力调整，无法推进， 不得不走抗规的老路！ 与弹塑性息息相关
混凝土剪力墙的弹塑性 分析，学术界未能搞清， 工程界不可能形成共识！
ABAQUS的工程应用价值
定性判断，对结构规则性把握，蛮有参考价值
第二篇：有限元与弹塑性 分析简介
n n
0 M2 0 0
0 0 0
0 0 0 Mn
ψ M Φ ψ M Φ C Ci ψi i ψi
i 1 i 1 T
由振型组合而得
阻尼力，由[C]乘以上 一步速度而得
2 1 M δ M δt t t 2 2 t t
有限元基本原理
静力平衡方程：
K δ F
动力平衡方程：
Mδ Cδ K δ F
式中， C M K
T
Rayleigh阻尼 振型阻尼
C MΦζΦ M T K B DB d
方法对结构整体或局部进行验算
混凝土结构设计流程
1. 有限元弹性计算 2. 内力调整
弹性计算时，忽略钢筋作用， 取混凝土拉压均为弹性。 该假设粗糙，但可行。
3. 采用平截面假定，考虑材料弹塑性，配筋设计 4. 复杂结构采用弹塑性补充验算
b
以构件为研究对象
ec
f
xn
Mu
As
h0
h
es
a
f
杆系结构分析方法
Bs
2 Es As h0
6 E 1.15 0.2 1 3.5g f
第五篇：构件的有限元模拟
梁单元——梁、柱、斜撑
对于实际工程中各种组合截面，比如型钢混凝土柱，可采用 同一位臵处设多个单元来等代实现。各个单元具有相同的节 点码编号，分别对应于组合截面的某一子截面。 至于配筋，在梁单元的同一位臵处，设有方钢管梁单元。其 中，方钢管的边长取梁的边长，钢管的壁厚由梁构件各侧配 筋面积除以边长而得。
ABAQUS在超高层结构动力弹塑性分析中的应用
ABAQUS 在超高层结构动力弹塑性分析中的应用1阎红霞1，2） 杨庆山2） 张丽英3）1）河北大学建筑工程学院，保定 0710022）北京交通大学土木建筑工程学院，北京 1000843）中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安 710068摘要 本文概述了现有的弹塑性分析方法即静力和动力弹塑性分析方法，并比较了其优缺点。
同时，应用大型有限元软件ABAQUS 对西昌某超高层建筑进行了动力弹塑性时程分析，对动力弹塑性时程分析方法在高层、特别是在超限高层分析中的推广和应用提供了有益的参考和借鉴。
关键词：静力弹塑性分析 动力弹塑性分析 ABAQUS 超高层引言我国《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）指出，高层建筑以“三水准设防目标，两阶段设计步骤”进行设计，即在第一设计阶段以结构在“小震”作用下的弹性分析进行结构截面承载力设计，并用特定配筋以增强截面强度和构件延性，从而达到结构“中震可修”和“大震不倒”的设防目标；在第二设计阶段要求对结构进行罕遇地震下的弹塑性变形验算，其中《建筑抗震设计规范》第3.6.2条规定：不规则且具有明显薄弱部位可能导致地震时严重破坏的建筑结构，应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析；《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002）第5.1.13条规定：对于B 级高度的高层建筑结构和复杂高层建筑结构，宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层的弹塑性变形。
但是，目前对于复杂高层及超高层建筑，如何进行罕遇地震下的弹塑性变形验算以实现“大震不倒”的设防目标，仍是有待解决的问题。
鉴于此，本文基于大型通用有限元软件ABAQUS ，利用其丰富的单元及材料库、强大的非线性计算功能，对西昌某超高层结构进行了罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析，为结构在罕遇地震下的弹塑性变形验算提供了有益的参考和借鉴。
1 弹塑性分析方法目前确定结构在大震作用下的弹塑性变形有2种方法：静力弹塑性分析方法和动力弹塑1 基金项目 河北大学校内基金项目（2005Q22）资助[收稿日期] 2010-03-15[作者简介] 阎红霞，女，生于1976年。
（完整word版）Abaqus弹塑性分析简单实例
（完整word版）Abaqus弹塑性分析简单实例
Abaqus弹塑性分析简单实例
ABAQUS默认的塑性材料特性应用金属材料的经典塑性理论，采用MISES屈服面来定义各向屈服。
金属材料的弹塑性行为可以简述如下：在小应变时，材料性质基本为线弹性，弹性模量E为常数；应力超过屈服应力后，刚度会显著下降，此时材料的应变包括塑性应变和弹性应变两部分；在卸载后，弹性应变消失，而塑性应变是不可恢复的；如果再次加载，材料的屈服应力会提高，即所谓的加工硬化。
在abaqus中，等效塑性应变PEEQ大于0表明材料发生了屈服。
在工程结构中，等效塑性应变一般不应超过材料的破坏应变。
对于金属成形等大变形问题，应根据生产工艺要求来确定许可的等效塑性应变量。
需要注意的是在比例加载时，大多数材料的PEMAG和PEEQ相等。
这两个量的区别在于，PEMAG描述的是变形过程中某一时刻的塑性应变，与加载历史无关，而PEEQ是整个变形过程中塑性应变的累积结果。
下面我们以单向压缩过程的模拟来演示ABAQUS弹塑性仿真设置。
模型如图所示，压头用解析刚体来模拟，试样用SHELL来模拟。
采用轴对称模型。
试样的截面属性设置如下图所示，注意塑性应变必须从0开始。
在压头与试样之间定义无摩擦的接触。
固定对称轴
上的径向位移U1和底边的轴向位移U2。
压头是轴对称刚体，U2边界条件需要施加在压头的参考点上。
设定两个分析步，第一个分析步让压头与试样建立平稳的接触，设置压头下移-5.001mm。
第二个分析步，设定压头下移20mm。
具体如下图所示：
提交分析，结果如下图所示：有限元在线因为专注所以卓越。
ABAQUS后处理二次开发在结构弹塑性分析中的应用
第３３卷增刊２０１３年１２月防灾减灾工程学报Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３３Ｓｕｐｐｌ．Ｄｅｃ．２０１３ＡＢＡＱＵＳ后处理二次开发在结构弹塑性分析中的应用＊滕 军１，２，张 何３，李祚华２（１．福建工程学院，福州３５０１０８；２．哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳５１８０５５；３．中铁第四勘察设计研究院集团有限公司，武汉４３００６３）摘要：在弹塑性分析的后处理阶段，通常需要依托大量的分析结果数据对结构进行抗震性能评价，而目前通用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ的后处理功能无法详细提供结构设计过程中所需的数据。
为高效、准确的提高结构大震弹塑性分析的效率，节省工程人员在后处理分析时所花费的时间和精力，利用面向对象的脚本语言Ｐｙｔｈｏｎ对有限元软件ＡＢＡＱＵＳ进行了二次开发，实现层间位移角和结构损伤指标的自动计算，并将计算结果以曲线方式输出。
文中讨论了ＡＢＡＱＵＳ自定义功能内核脚本的编写方法和图形用户界面开发的基本方法和流程，分析了插件程序开发中的问题及解决措施，并通过两个算例验证开发插件的正确性。
关键词：ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ；ＧＵＩ程序开发；后处理；结构损伤分析中图分类号：ＴＵ３１１．４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－２１３２（２０１３）增刊－０００９－０６Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｏｓｔ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆ ＡＢＡＱＵＳ ｉｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ ＡｎａｌｙｓｉｓＴＥＮＧ Ｊｕｎ１，２，ＺＨＡＮＧ Ｈｅ３，ＬＩ Ｚｕｏ－ｈｕａ２（１．Ｆｕｊｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｉｙｕａｎ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｗｕｈａｎ ４３００６３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ＡＢＡＱＵＳ，ｄａｔａ ｓｕｃｈ ａｓ ｉｎｔｅｒ－ｓｔｏｒｙ ｄｒｉｆｔ ａｎｇｌｅ ａｎｄｄａｍａｇｅ ｉｎｄｅｘ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｂａｓｉｃｐｏｓｔ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＡＢＡＱＵＳ ｕｓｕａｌｌｙ ｃａｎ ｎｏｔ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｄａｔａ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ ａｎａｌｙ－ｓｉｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＢＡＱＵＳ ｕｓｉｎｇ Ｐｙｔｈｏｎ．Ｔｈｅ Ｐｙｔｈｏｎ，ｔｈｅ ｓｃｒｉｐｔｉｎｇ ｌａｎｇｕａｇｅ ｏｆ ＡＢＡＱＵＳ，ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｒ－ｓｔｏｒｙ ｄｒｉｆｔ ａｎｇｌｅａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄａｍａｇｅ ｖａｌｕｅ．Ｔｗｏ ｂａｓｉｃ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＡＢＡＱＵＳ ａｎｄ ｄｅ－ｓｉｇｎ ｆｌｏｗ ｏｆ ｐｌｕｇ－ｉｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌｕｇ－ｉｎｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒ－ｓｔｏｒｙ ｄｒｉｆｔ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄａｍａｇｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｗｏ ｅｘａｃｔ ｅｘ－ａｍｐｌｅｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ；ＧＵＩ ｐｒｏｇｒａｍ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；ｐｏｓｔ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄａｍａｇｅａｎａｌｙｓｉｓ＊收稿日期：２０１３－０５－１０；修回日期：２０１３－０９－０４基金项目：国家自然科学基金项目（５０９３８００１、５１００８０４８）资助作者简介：滕 军（１９６２－），男，教授，博导。
基于abaqus二次开发的钢筋混凝土框架结构弹塑性分析
声 明
本人声研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位 而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡
沈阳建筑大学 硕士学位论文 基于ABAQUS二次开发的钢筋混凝土框架结构弹塑性分析 姓名：潘天林 申请学位级别：硕士 专业：结构工程 指导教师：王强；刘明
2010-01
硕士研究生学位论文
摘要
I
摘要
我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一，有地震发生区域广阔而分散、地震强度 高、震源浅、发生频繁等特点。如何抵御地震、减小地震带来的损失更是地震工作者继续 解决的难题。目前我国城市建设的不断发展，出现了越来越多的复杂高层建筑结构，超出 了现行规范的要求。对于那些超限结构，需要对其进行结构的非线性动力时程分析研究， 来预测强震作用下结构的反应和受力情况。这样可以在很大程度上预现结构在将来所遭受 地震灾害时的破坏情况，调整结构的设计方案或加固方法，减少人民生命财产的损失。
弹塑性时程分析方法已发展有半个世纪，然而，由于结构材料弹塑性本构关系和弹塑 性计算的复杂性、人们对弹塑性性能的了解和掌握还不充分及计算工具的限制等原因，使 得弹塑性时程分析方法仍处于研究阶段，在工程上仍处于较低水平。本文依托大型有限元 软件二次开发平台，编写混凝土与钢筋的本构关系程序，并使之与 ABAQUS 软件成功连 接。进行一些算例分析与研究，具体工作如下：
关键词：动力时程分析；ＡＢＡＱＵＳ；本构关系；纤维模型；二次开发
硕士研究生学位论文
弹塑性力学基础与有限元分析-ABAQUS的基本使用方法37页文档
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
基于ABAQUS的内压厚壁圆筒的弹塑性分析报告
基于ABAQUS的压厚壁圆筒的弹塑性分析学院：航空宇航学院专业：工程力学指导教师：：学号：1. 问题描述一个受压的厚壁圆筒（如图1），半径和外半径分别为mm a 10=和mm b 15=（外径与径的比值2.15.11015b >==a ），受到均匀压p 。
材料为理想弹塑性钢材（如图2），并遵守Mises 屈服准则，屈服强度为MPa Y 380=σ，弹性模量GPa E 200=，泊松比3.0=υ。
图1 压作用下的端部开口厚壁圆筒 图2 钢材的应力-应变行为首先通过理论分析理想弹塑性材料的厚壁圆筒受压作用的变形过程和各阶段的应力分量，确定弹性极限压力e p 和塑性极限压力p p ；其次利用ABAQUS 分析该厚壁圆筒受压的变形过程，以及各个阶段厚壁筒的应力分布，与理论分析的结果进行对比，验证有限元分析的准确性。
2. 理论分析2.1基本方程由于受到压p 的作用，厚壁圆筒壁上受到径向压应力r σ、周向压应力θσ和轴向应力z σ的作用，由开口的条件可推出0=z σ。
因为这是一个轴对称问题，所有的剪应力和剪应变均为零。
平衡方程和几何方程用下式表示：0-=+rd d r r r θσσσ （1）r u dr du r r r ==θεε, （2） 弹性本构关系为：()()r r r E E συσεσυσεθθθ****1,1-=-= （3） 由于此问题为平面应变问题，所以上式中2*1υ-=E E υυυ-=1* 相应的边界条件为：0,=-===b r r a r r p σσ （4）2.2弹性阶段根据弹性力学中的应力解法：取应力分量r σ，θσ为基本未知函数，利用平衡方程和应力表示的协调方程联合求解，可得应力分量的通解⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=221221-r C C r C C r θσσ 将边界条件带入可得应力分量为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=11--2222222222r b a b p a r b a b p a r r σσ （5） 因为b r a ≤≤，所以00>≤θσσ且r ，可以观察到：r z σσσθ≥=>0，分析采用Mises 屈服准则，表达为()()()()222222226Y z rz r z z r r στττσσσσσσθθθθ=+++-+-+- （6）该厚壁圆筒是轴对称平面应变问题，即0===θθτττz rz r ，由Mises 屈服条件其表达式可得到：Y Y r σσσσθ155.132==- （7）当压p 较小时，厚壁圆筒处于弹性状态，在a r =处，()r σσθ-有最大值，筒体由壁开始屈服，此时的压为e p ，由式（5）、（7）联立可求得弹性极限压力为()2222155.1b a b p Y e σ-= （8） 代入题目所给数据得到弹性极限压力为：()MPa p e 92.1211521015380155.1222=⨯-⨯= 2.3 弹塑性阶段当e p p <时，圆筒处于弹性状态，当e p p >的情况，在圆筒壁附近出现塑性区，产生塑性变形，随着压的增大，塑性区逐渐向外扩展，而外壁附近仍为弹性区。
ABAQUS子程序UMAT里弹塑本构的实现
目录
摘 要 .........................................................................................................................................I ABSTRACT ............................................................................................................................ II 1. 绪论 ................................................................................................................................... 1
前言
有限元法是工程中广泛使用的一种数值计算方法。它是力学、计算方法和计算机 技术相结合的产物。在工程应用中，有限元法比其它数值分析方法更流行的一个重要 原因在于：相对与其它数值分析方法，有限元法对边界的模拟更灵活，近似程度更高。 所以，伴随着有限元理论以及计算机技术的发展，大有限元软件的应用证变得越来越 普及。
ABAQUS弹塑性时程分析报告
目录1 工程概况 (1)1.1工程与模型概况 (1)1.2进行罕遇地震弹塑性时程分析的目的 (1)2分析方法及采用的计算软件 (2)2.1分析方法 (2)2.2分析软件 (2)2.3分析步骤 (2)2.4结构阻尼选取 (3)3 结构抗震性能评价指标 (4)3.1结构的总体变形 (4)3.2构件性能评估指标 (4)5 罕遇地震弹塑性动力时程分析结果 (5)5.1地震波选取 (5)5.2各地震波组分析结果汇总 (6)5.2.1基底剪力 (6)5.2.2层间位移角 (7)5.2.3 结构顶点水平位移 (9)5.2.5 结构弹塑性整体计算指标评价 (10)6构件性能分析 (11)6.1钢管混凝土柱 (11)6.2主要剪力墙 (12)6.2.1 底部剪力墙 (13)6.2.2加强层 (13)6.2.3其他楼层 (14)6.3连梁 (15)6.4斜撑 (16)6.5钢梁的塑性应变 (17)7 罕遇地震作用下结构性能评价 (19)1 工程概况1.1 工程与模型概况（a ）三位模型 （b ）加强层结构布置图1.1 ABAQUS 计算模型1.2 进行罕遇地震弹塑性时程分析的目的对此工程进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，以期达到以下目的： （1）评价结构在罕遇地震作用下的弹塑性行为，根据主要构件的塑性损伤和整体变形情况，确定结构是否满足“大震不倒”的设防水准要求；（2）研究结构在大震作用下的基底剪力、剪重比、顶点位移、层间位移角等综合指标，评价结构在大震作用下的力学性能；（3）检验混凝土墙肢在大震下的损伤情况，钢筋是否屈服； （4）检验钢管混凝土及钢结构构件在大震下的塑性情况； （5）研究防屈曲支撑的塑性变形情况；（6）根据以上分析结果，针对结构薄弱部位和薄弱构件提出相应的加强措施，以指导结构设计。
2分析方法及采用的计算软件2.1 分析方法目前常用的弹塑性分析方法从分析理论上分有静力弹塑性（pushover ）和动力弹塑性两类，从数值积分方法上分有隐式积分和显式积分两类。
(完整word版)ANSYS弹塑性分析
弹塑性分析在这一册中,我们将详细地介绍由于塑性变性引起的非线性问题--弹塑性分析，我们的介绍人为以下几个方面：•什么是塑性•塑性理论简介•ANSYS程序中所用的性选项•怎样使用塑性•塑性分析练习题什么是塑性塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性，对大多的工程材料来说，当其应力低于比例极限时,应力一应变关系是线性的.另外，大多数材料在其应力低于屈服点时,表现为弹性行为，也就是说，当移走载荷时，其应变也完全消失。
由于屈服点和比例极限相差很小,因此在ANSYS程序中，假定它们相同。
在应力一应变的曲线中，低于屈服点的叫作弹性部分，超过屈服点的叫作塑性部分，也叫作应变强化部分.塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。
路径相关性:即然塑性是不可恢复的，那么这种问题的就与加载历史有关,这类非线性问题叫作与路径相关的或非保守的非线性。
路径相关性是指对一种给定的边界条件，可能有多个正确的解—内部的应力，应变分布—存在，为了得到真正正确的结果，我们必须按照系统真正经历的加载过程加载.率相关性：塑性应变的大小可能是加载速度快慢的函数，如果塑性应变的大小与时间有关,这种塑性叫作率无关性塑性，相反，与应变率有关的性叫作率相关的塑性。
大多的材料都有某种程度上的率相关性，但在大多数静力分析所经历的应变率范围,两者的应力－应变曲线差别不大,所以在一般的分析中，我们变为是与率无关的。
工程应力，应变与真实的应力、应变：塑性材料的数据一般以拉伸的应力-应变曲线形式给出。
材料数据可能是工程应力（P A0）与工程应）。
变（∆l l0)，也可能是真实应力(P/A)与真实应变（n L l l()大应变的塑性分析一般采用真实的应力，应变数据而小应变分析一般采用工程的应力、应变数据.什么时候激活塑性:当材料中的应力超过屈服点时，塑性被激活（也就是说,有塑性应变发生）。
而屈服应力本身可能是下列某个参数的函数。
•温度•应变率•以前的应变历史•侧限压力•其它参数塑性理论介绍在这一章中，我们将依次介绍塑性的三个主要方面:•屈服准则•流动准则•强化准则屈服准则：对单向受拉试件,我们可以通过简单的比较轴向应力与材料的屈服应力来决定是否有塑性变形发生,然而，对于一般的应力状态，是否到达屈服点并不是明显的。
基于ABAQUS二次开发方法的强化材料梁塑性极限分析
140 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
工业技术
科技创新导报 2018 NO.25
Science and Technology Innovation Herald
表1 Q390E力学性能要求
屈服点σs，MPa 牌号 质量等级 厚度（直径，边长），mm
对空间问题
σσx' σx'2
' y
σ '2 y
对
[ D ] p ( H ' 9 G 3 G 2 ) σ 2 σσ xx''τ σ x' yy' σσ y'y' τσ x' zy' σ σz 'τ z'2x 'y τ x '2y 称 (4)
分析[J].淮海工学院学报:自然科学版,2004(3):18-21.
对于弹性阶段，塑性阶段分 别建 模 进 行分析，可计 算 出梁的最大位移。
(1)弹性阶段，如图2所示。 (2)塑性阶段，如图3所示。
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 141
表1为Q39 0 E国家标准（GB / T1591-9 4）值，图2、3为本 次 试 轧的 Q 3 9 0 E 钢 板 拉伸和冲 击力学 性 能。表中 数 据 显 示，成品厚度规格20mm、30mm、40mm Q390E钢板的屈服 强度、抗拉强度、断后延伸率和冷弯等性能均满足国家标 准GB / T1591-9 4中Q39 0 E性能要求，特 别是 低温冲击韧性 值较高，且屈服强度等力学性能指标稳定，不随厚度增加 而明显降低。
ABAQUS后处理二次开发在塑性成形模拟中的应用
的压下挠度矫直后 , 产品残余几何形态合格 。
参考文献 : [ 1 ] 李忠富 , 臧勇 , 王会刚1 H 型钢九辊变辊距矫直力能参数与压
弯挠度关系解析 [J ] 1 北京科技大学学报 , 2004 , (5) : 92 941 [ 2 ] 崔甫1 矫直原理与轿直机械 [M] 1 北京: 冶金工业出版社120021 [ 3 ] 王会刚 1 H 型钢矫直机理及有限元动态仿真 [ D ] 1 北京科技
关键词 : ABAQU S ; Pyt ho n ; 后处理 ; 数值模拟 ; 塑性成形 中图分类号 : TP391 文献标识码 : A 文章编号 : 100023940 ( 2006) 0420111204
Appl ication of second2developed ABAQUS post2process on numerical simulation of plastic forming
模拟的结果 , 本文提出使用 Pyt ho n 语言对 ABAQU S 后处理进行二次开发来达到这一目的 。文中探讨了二次开发 实现的原理 , 以及其中文件的读写与复制 、数据读取与处理 、结果输出与查看等关键技术 , 并以一个厚度处理的实 例来说明 。结果表明使用 Pyt ho n 对 ABAQU S 模拟产生的结果数据库进行处理 , 可以得到所要查看的厚度数据 , 从而为浏览结果以及指导后续的模拟优化提供了便利 。
基于ANSA和Abaqus的大型气体绝缘开关设备强度校核与动力学分析
基于ANSA和Abaqus的大型气体绝缘开关设备强度校核与动力学分析摘要：为保证气体绝缘开关（GasInsulated Switchgear， GIS）设备在恶劣环境下工作的可靠性，利用SolidWorks和ANSA建立GIS设备有限元模型，采用Abaqus进行强度校核和动力学分析.计算设备在温度和气体压力共同作用下的结构响应；动力学分析首先进行模态分析，之后分别采用时程分析和反应谱分析计算在8级烈度地震作用下的结构响应，并比较两者计算结果.计算结果表明：三通和四通安全因数较低，需要改进设计；反应谱分析与时程分析结果一致，表明该GIS设备在地震应力作用下是安全可靠的.关键词： GIS设备；温度；气体压力；模态；时程分析；反应谱；地震应力；有限元中图分类号： TM564；TB115.1文献标志码： BAbstract： To ensure the reliability of GasInsulated Switchgear（GIS） equipment under the severe environment， a finite element model is built for a GIS device by SolidWorks and ANSA， and the strength check and dynamics analysis are performed by Abaqus. The structure response is calculated under the effect of temperature and gas pressure. In the dynamics analysis，the modal analysis is firstly performed and then the structure response is separately calculated by timehistory analysis and response spectrum analysis under the earthquake of magnitude 8 and the results are compared. The calculation results show that， the safety factors of three way pipe and four way pipe are lower， which should be improved； the results of response spectrum analysis and timehistory analysis are almost the same， which indicate that the GIS device is safe and reliable under the effect of earthquake stress.Key words： GIS equipment； temperature； gas pressure； modality； timehistory analysis； response spectrum； earthquake stress； finite element0引言气体绝缘开关（GasInsulated Switchgear，GIS）被广泛应用于国家重点工程.近几年输电线路的建设显现一些新的特点：电压朝着超高压、特高压的趋势发展；导电线路结构复杂，导线子分裂数越来越多；母线筒跨度距离越来越长；绝缘套筒高度越来越高；线路结构复杂多变，各种各样的保护、监测工具附件越来越多，相应的支撑结构也越来越复杂.一旦GIS设备出现故障就有可能导致大范围的输电中断，造成不可估计的经济损失.GIS总体设备庞大，很难进行测试试验，因此优先考虑采用有限元分析进行校核[1]，通过有限元分析结果指导GIS设备的设计和优化，确保设备运行安全稳定.本文针对某大型GIS设备进行有限元分析，阐述基于ANSA和Abaqus的GIS设备强度校核和动力学分析方法，保证GIS设备安全可靠.1模型简化目前，主要的CAD软件如UG，CATIA，SolidWorks，Pro/E，AutoCAD等，均能满足GIS设备三维建模的要求.[2]本项目以SolidWorks 2010为建模工具，采用step中间转换格式，转换效果能够满足网格划分要求，完整传递模型的几何信息和拓扑信息，很少出现坏面情况.利用三维软件可以模拟设备的外观和内部结构的细节，渲染之后的模型非常真实，但对于有限元分析，有些细节是不必要的，甚至会严重影响分析的顺利进行[3]，所以需要在建模时对模型进行合理简化，一方面减少三维建模的工作量，另一方面减少网格划分耗费的时间.GIS设备中远离关心部位的几何特征，如小圆角和小孔等对计算精度影响很小，所以进行合理简化，以免增加网格划分难度和计算成本.连接法兰的螺栓利用Abaqus中的运动耦合建立孔内壁节点的耦合关系模拟，只保留法兰上的螺栓孔，见图1.根据实际作用将热伸缩波纹管简化为具有等效轴向刚度的直筒[4]，与利用Abaqus中的弹簧单元进行模拟相比，两者实际效果一致.根据计算需要合理简化内部结构，例如：在设备整体分析中，导电杆和绝缘盒子都以集中质量的形式附加到结构中；而在对该部分进行单独计算的子模型中需要进行建模，不能简化，并且还要进行网格细化以提高计算精度.在外部结构中，将远大于母线筒强度的部件建成刚体，减少不必要的计算成本.考虑到后续划分网格的需要，如有些模型需要进行切割以得到高质量的网格，则可以在SolidWorks建模时不合并该特征.在简化模型的各个零部件建模后进行模型装配，可以利用SolidWorks镜像和阵列等功能，减少建模耗费的时间.网格划分可以由多人协同完成，只需把整个装配体另存成几个部分，然后在ANSA中就可以方便地进行合并. 2网格划分ANSA是目前效率最高的有限元前处理工具之一，能够快速高效地读取结构复杂、规模庞大的模型数据，还可以十分快捷地建立各种接触、耦合和连接单元，方便地施加求解器分析所需要的各种边界条件、载荷及载荷步等信息，得到的模型可以直接提交给Abaqus求解器进行计算.在进行网格划分时，面网格尽量采用四边形单元，体网格采用六面体单元，因为它们不仅精度高，耗费的计算时间也相对较少.当划分六面体网格困难时采用四面体进行划分.单元尺寸的确定通常采用试验法：通过对模型进行不同尺寸网格的计算，选取合适的网格尺寸.对于单元较多的结构必须注意模型整体的单元数，考虑实际计算条件.综上所述，在对该GIS设备网格划分时，筒体抽中面后用壳单元模拟，法兰和端盖等其他结构用实体网格进行模拟.在前处理中比较繁琐的工作是材料属性的定义和分配.一般的做法是逐个输入数据建立，模型中有多少种材料就需要创建多少个材料属性，而且不可以在不同的模型中重复使用.[5]本文研究的GIS设备结构件在进行必要的切割后的零件总数达到2 000多个，对大量的零件属性每个新建再赋值十分繁琐，且容易出现人为错误.因此，使用TCL开发基于HyperMesh的材料定义.具体做法是：对零件命名进行规范，名称中包含材料名和单元厚度（壳单元）等属性信息，通过执行TCL脚本分割零件名称字符串，直接完成所有零件属性[6]的建立，减少人为错误，提高工作效率.2.1材料和属性管理ANSA在材料与属性管理方面具有很大优势，与HyperMesh相比有以下优点：导入模型时，可自动为每个零件建立默认的材料和属性.打开材料属性库，点击材料名称即可进行编辑操作，输入弹性模量、泊松比、密度等所需要的参数；打开属性库，点击属性名称即可进行编辑，输入单元类型、厚度等参数，也可以直接导入文件添加已有数据，避免人为错误且效率高；在数据编辑和更新时可以进行批量操作，方便进行修改、替换等操作；将几何数据与网格模型相关联，对CAD模型的修改可以直接反映到网格模型上，比在HyperMesh中修改更加便捷.[7]需要注意的是：自动生成的材料库和属性库需要更改2个设置项，即必须在材料库和属性库中选中所有项目，并将Defined设置为YES，FROZEN_ID设置为NO，否则输出求解文件时会被忽略，求解器会报告属性丢失的错误信息，使得分析无法进行.ANSA对材料和属性进行管理和编辑的功能强大，只需要选中被修改项，右键点击最上方的标签即可进行编辑，例如：结构分析完成之后需要进行温度和位移耦合分析，只需要将单元属性中的T选项打开即可（面单元在Optional 2中设置，体单元在Optional 3中设置）.同时，ANSA中还可以建立企业自己的材料库，需要时只需单击鼠标右键，选择Update from DB直接从已有的材料库中更新材料，也可以将新编辑的材料添加到材料库中，管理和使用十分方便.本文GIS设备的主要材料参数见表1.2.2约束关系的建立ANSA建立和管理各种接触、耦合和连接单元非常便捷，例如：模拟法兰盘螺栓连接使用刚性耦合，如果在HyperMesh中建立需要手动指定耦合的控制节点，而ANSA可以自动生成一个默认的控制节点，从而大大减少工作量.ANSA中接触对的建立和管理也十分方便，只需要选择主面与从面并指定接触属性即可，接触属性的编辑也十分便捷，见图2，为TIE绑定接触.用ANSA进行多体分析时创建连接单元十分方便.以创建SLOT单元为例，只需要选择连接的2个节点并编辑单元属性后即可创建连接单元.本文GIS设备的主要约束关系有：法兰之间通过运动耦合模拟螺栓连接；筒体与法兰用运动耦合模拟焊接；筒体与支腿间通过TIE 绑定模拟装配关系.2.3边界条件和载荷施加上述工作完成后即可进行边界条件的定义和载荷的施加，创建所需要的分析步.首先定义边界条件，然后对相同的边界条件新建一个SET方便进行管理，之后添加边界条件和载荷.1）边界条件的施加：约束的位置为支腿底部，根据实际情况有全约束和轴向可滑动约束2种形式.需要建立局部坐标系并在局部坐标系中施加轴向可滑动约束边界条件，实例见图3.2）强度分析载荷和载荷步定义：强度分析所定义的载荷步为温度位移耦合静力分析，施加筒体内部压强和外界温度降低的综合载荷.3）动力学分析：主要考核在8级烈度地震作用下的结构响应，根据高压开关设备抗震性能试验[8]和建筑结构抗震设计[9]的相关要求，分别采用时间历程（时程）和反应谱进行分析.时程分析需要在支腿底部施加加速度曲线，在ANSA中可以直接进行定义：先定义全局重力场分析步，之后定义加速度载荷分析步（需要释放相应方向上的位移边界条件）.反应谱分析先进行模态分析，之后在inp文件中定义加速度谱和反应谱分析步.[10]同时，为方便场输出和历程输出的管理，设置输出请求等参数.3强度校核结果通过Abaqus温度位移耦合分析，得到各个部件的von Mises应力云图和变形量，并计算得到安全因数.部分部件计算结果见表2.三通和四通应力云图见图4，可知：三通和四通的最大应力均位于转弯处，说明该位置是整体强度的薄弱环节，需要采取增加筒体厚度、更换更高强度材料等措施解决.4动力学分析结果通过对比Abaqus时程分析与反应谱分析结果，可以得到设备在8级烈度地震载荷下的响应，以此判断结构的抗震性能.部分部件的计算结果对比见表3.综合时程分析和反应谱分析的结果可知：在8级烈度地震作用下结构强度均满足安全要求.由于误差、算法本身的差异等原因两者计算结果虽然存在一定的差异，但结论是一致的，即设备动力学性能符合安全要求. 5结论基于ANSA和Abaqus对大型GIS设备进行强度校核和动力学分析，发挥ANSA高效、便捷的优势，结合Abaqus求解器进行分析，得出如下结论：1）强度校核结果表明，除三通、四通的安全因数较低需要采取改进措施、增加结构强度外，其他结构均满足安全要求.2）动力学分析结果表明，GIS设备各个结构均能满足8级烈度地震下的使用要求，时程分析与反应谱分析结果一致.3）时程分析需要耗费大量的计算成本，由本项目2种方法的计算结果对比可知，用反应谱分析代替时程分析是可行的.4）进行求解时由于软件版本更新等问题出现不兼容现象，例如在ANSA中无法定义反应谱分析，需要在inp文件中添加关键字等.参考文献：[1]刘新，张刚. 组合电器耐地震计算分析[J]. 机械传动， 2010， 34（6）： 6566.LIU Xin， ZHANG Gang. Antiseismic analysis of combined electric device[J]. J Mech Transmission， 2010， 34（6）： 6566.[2]马富银，吴伟蔚. 交互仿真技术[J]. 机械设计与研究， 2010， 26（6）： 7576.MA Fuyin， WU Weiwei. Technology of interactive simulation[J]. Mechine Des & Res， 2010， 26（6）： 7576.[3]曹金凤，石亦平. Abaqus有限元分析常见问题解答[M]. 北京：机械工业出版社，2009： 211.[4]刘文川，张锡文，何枫. 简化有限元方法的波纹管模态分析[J]. 应用力学学报，2007， 24（2）： 289292.LIU Wenchuan， ZHANG Xiwen， HE Feng. Simplify FEA of bellows modal analysis[J]. Chin J Appl Mech， 2007， 24（2）： 289292.[5]米小珍，李慧萍，王枫. 仿真分析中材料定义与重用工具的设计开发[J]. 机械设计与制造， 2012（12）： 106108.MI Xiaozhen，LI Huiping，WANG Feng. Design and development of material definition and reuse tools in simulation analysis[J]. Mech Des & Manufacture，2012（12）： 106108.[6]奥斯德特奥，琼斯. TCL/TK入门经典[M]. 张无章，译. 2版. 北京：清华大学出版社， 2010.[7]北京怡格敏思软件技术有限公司. 有限元前处理软件ANSA功能概述[J]. CAD/CAM与制造业信息化， 2012（1）： 5052.Beijing E&G Software Co.，Ltd. Functional overview on finite element preprocessing software ANSA[J]. CAD/CAM and Mamcfactuning Information， 2012（1）：5052.[8]GB/T 13540―1992高压开关设备抗地震性能试验[S].[9]裴星洙，李成镐. 建筑结构抗震设计[M]. 北京：中国电力出版社， 2012： 5255.[10]石亦平，周玉蓉. Abaqus有限元分析实例讲解[M]. 北京：机械工业出版社， 2006：101104.。
弹塑性分析实例
1. 弹塑性分析中的主要问题ABAQUS 提供了多种材料的本构关系和失效准则模型弹塑性变形行为：Abaqus 默认的采用屈服面来定义各项同性屈服金属材料的弹塑性行为：σε-曲线：（四个阶段） 弹性阶段：p σσ≤，应力应变服从胡克定律：E σε=p e σσσ≤≤，σε-不再是线性关系，卸载后变形完全消失，仍属于弹性变形 屈服阶段：屈服阶段表现为显著的塑性变形，此阶段应力基本不变，应变不断增加，屈服现象的出现于最大切应力有关系，屈服极限为s σ强化阶段：材料恢复抵抗变形的能力，使它继续变形必须增加拉力，强度极限为b σ 局部变形阶段：b σσ≥后，在试样的某一局部范围内，横向尺寸突然急剧减小，形成缩颈现象卸载定律，冷作硬化（比例极限得到提高，退火后可消除）伸长率5%δ≤，称为脆性材料；5%δ≥，称为塑性材料强度极限b σ是衡量脆性材料的唯一指标，脆性材料主要用作受压杆件，破坏处发生在与轴线成45︒的斜截面上，而塑性材料主要用作受拉杆件。
应以应力和名义应变：（以变形前的界面尺寸为基础）0nom F A σ= nom o l l ε∆=真实应力和真实应变与名义量的关系：(1)true nom nom σσσ=+ l n (1)tr u e n o m εε=+ 真实应变是由弹性应变和塑性应变组成的，定义塑性材料时，需用到塑性应变，其表达式为：1true pl true e true E σεεεε=-=-Abaqus 分析结果中对应的变量：真实应力：S,Mises 真实应变：对几何非线性问题，输出的是对数应变LE;几何线性问题，输出的是总应变E 塑性应变：等效塑性应变PEEQ ，塑性应变量PEMAG ，塑性应变分量PE 弹性应变：EE名义应变：NE在abaqus standard 中无法模拟构建塑性变形过大而破坏的过程弹塑性分析的基本方法：理想塑性：应力不变，应变持续增加；应尽可能的使材料的最大真实应力和塑性应变大于模型可能出现的应力应变值解决弹塑性分析中的收敛问题：在弹塑性材料商施加载荷时，如果此载荷会造成很大的局部变形（使用点载荷时尤其容易出现此问题），可能造成收敛问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键词 有限元 弹塑性分析
中 图分 类 号 Ｓ ２
材料库
Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ － ８ ８ ７ Ｘ． ２ ０ １ ４ ． １ １ ． Ｏ ０ ７
应变 ｌ ｅ 一 ６ 一 一名义应力一 应变 曲线； 真实应力一 应变曲线 图２ Ｚ Ｌ １ ０ １ Ａ拉伸得到的应力～应变关系曲线
一 一
力一应 变 曲线并不是 从原点开始 的一条直线 ， 而是在某
一
应力应变计算和采用名义应力应变计算 的区别不大 ， 两条
线 基 本重 合 ； 但是对于 ４ ０ Ｍ ｎ Ｂ材 料 ， 在 线 性 阶段 两 条 曲线
收 稿 日期
２ ０ １ ４ —１ ０ — ２ ４
作者简介
翟晓杰（ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 山西人 ， 助理工程师 ， 研究方向 ： 动 力学与控制。
理论研究
翟 晓杰
赵
娜： 基于Ａ ｎ Ａ ＱＵＳ和 Ａ ＮＳ Ａ材 料 库 进 行 弹 塑 性 分析 的 方 法及 应 用
日 山
段呈 现 良好 的线 性 。 对 于 这种 情 况 ， 应 该 取 弹 性起 点 Ａ
和弹性终点 Ｂ分别对应 的 ８ ， ｏ ｒ Ａ ， ， ，采 用图解法［ ４ １ ， 计算材 料的弹性模量 ：
Ｅ：． Ｏ ＇ Ｂ － Ｏ ＂ Ａ 一
．
基本重合 ， 随着载荷 的逐渐增大 ， 应力一应变 曲线 出现一 定 的偏差 。 在进行弹塑性分析时采用不同的曲线对结果影 响很大 ， 因此为 了确保弹塑性分析的准确性 ， 必须采用真 实的应力应变来进行计算。
文 献标 志码
０ 引 言
名 义应变： ｓ ： 掣 ．
ｎ
（ １ ）
在汽车行业 中 ， 涉及各种各样 的金属材料 ， 而每种材
料由于供应厂家 、 制造过程 、 热处理工艺等原 因， 靠查材料 数据手册并不能满足实际仿真的需要 ， 因此每个厂商都在 建立 自己的材料库 ， 以期更好地贴近实际产 品， 提高设计
和 分析 能力 。
名义应力 ： ｚ
－
（ ２ ）
真 实 应 变 ： ｓ 』 ＝ １ ｎ （ ） ＝ ｌ ｎ （ １ ＋ 占 一 ） ． （ ３ ）
１ 弹 塑性分 析 的理论 基础
材料在拉伸的时候 ， 其应力应变关系并不总是一条直 线， 而是分为不同的阶段 ： 在载荷较小时 ， 应力应变缓慢增 加， 基本满足线性关系 ， 可以用胡克定律研究它们 的关系 ； 随着载荷的逐渐增大 ，应力应变之间不再满足胡克定律 ， 其变形除了弹性变形外 ， 还有一部分塑性变形 。试样拉断 后， 其标距段的总变形 △ｚ 与原标距长度 ｚ 之 比（ ６ ＝ ×
Ａ ——试件变形后 的截面面积 ；
— —
弹性 应变 ； 弹性 模量 。
卜
４ ０ Ｍ ｎ Ｂ拉伸 得 到 的应 力一 应 变关 系 曲线 见 图 １ ， Ｚ Ｌ １ ０ １ Ａ拉伸得到的应力～应变关系曲线见图 ２ 。
名义应力 一、 名义应变 ｅ 一之间的关系如下田 ：
由图 １ 和图 ２ 可以看出， 对于 Ｚ Ｌ １ ０ １ Ａ材料 ， 采用真实
摘 要 在对结构进行有限元分析 时， 常常涉及 塑性变形。 为 了模拟材料的塑性变形能力， 需 要对塑性应变进行定义，传统 的定义方法通过修 改 ｉ ｎ ｐ文件 以及在 ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 中逐个添加 来实
现， 在公司的材料数据较 多时， 筛选复制等将降低工作效 率。结合使 用经验 ￣ Ｊ ， Ｔ Ｌ 软件的新功
皇
窖
０ ｏ Ｏ
应变 ｌ ｅ 一 ６ 名义应力一 应变 曲线； 真实应力一 应变 曲线 图 １ ４ ０ Ｍｎ Ｂ拉 伸 得 到 的应 力 一 应 变 关 系 曲 线
一 一 一 一
－
一 一
Ｚ Ｌ １ ０ １ Ａ－ ３： 一一 －Ｚ Ｌ Ｉ Ｏ Ｉ Ａ －４
图 ３ 四种不同的 Ｚ Ｌ １ ０ １ Ａ材料试棒拉伸 结
１ ０ ｏ
据Hale Waihona Puke 验机给 出的弹性起点 和弹性终点 ， 可 以得到材料 的
５ ０ ０ ０ ２０ ０ ０ ４０ ０ ０ ６０ ０ ０ ８ ０ ０ ０ Ｉ Ｏｏ ｏ ｏ
弹性模量 。对于理想材料 ， 其应力应 变满足
， 对每
个数据点 计算对应 的弹性模 量 ， 然后 取平均值 ， 就可以 得到 弹性 范 围内的弹性模 量 ；对 于大多数 材料 ，其应
３ ０ ｏ
２ ５ ０ ２ ０ ０ １ ５ ０
相同。
一
般拉力试验机给出的原始数据是拉力 和引伸计伸
∞
昌
长量 ， 对其按 照式（ Ｉ ） ～式 （ ４ ） 进 行 处 理 可 以得 到 名 义 应 力、 名义 应变 、 真实应力 、 真实应变 ， 可 以 做 出材 料 的 应
力一应变 曲线 。在弹性阶段 ， 应力与应变呈线性关系 ， 根
１ ０ ０ ％） 称为材料 的延伸率 ， 工程 上常 以 ５ ％【 ｑ 作 为塑性 材料和脆性材料的分界线 。但是 ， 不论是塑性材料 还是脆
性材料 ， 在拉伸 的时候都会发生塑性 变形 ， 一般通过材料 拉伸试验得到的应力和应变是名义应力 一和名义应变 ｅ 一， 而材料的塑性应变 ８ ｄ 与真实应力 一 真实应变 ８ 一
真 实 应 力 袁
塑 性 应 变： ｄ ＝ ｓ ８ ｄ － ｏ 孚 ．
式（ １ ） ～ （ ５ ） 中： △卜＿ 试 件的长度变化量 ；
试 件 的初始 长度 ；
（ ４ ）
（ ５ ）
卜 卜
件 的当前长度 ； 载荷 ；
Ａ ０ ＿ — 试 件 的初始 截 面 面积 ；
２ ０１ ４ ． １ １ Ｂ
总第 ２ ９ ８期
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ８ ８ ７ Ｘ （ ２ Ｏ １ ４ ） １ １ — ０ ０ １ ７ 一 ｏ ４
基于 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ和 Ａ ＮＳ Ａ材料库进行 弹塑性分析的方法及应用
翟晓杰 ， 赵 娜
７ １ ０ １ １ ９ ） （ 陕西法 士特 集 团公 司汽车传 动工 程研 究 院 ， 陕 西 西安