结构力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS显式动力学分析技术

结构力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS显式动力学分析技术1绪论1.1ABAQUS软件简介ABAQUS是一款由DassaultSystèmes公司开发的高级有限元分析软件，广泛应用于工程设计、产品开发和科学研究中。它能够处理复杂的非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和接触非线性。ABAQUS分为两个主要模块：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。其中，ABAQUS/Explicit特别适用于解决短时间内的动力学问题，如冲击、碰撞和爆炸等，它使用显式时间积分方法，能够快速求解高速动力学问题。1.2显式动力学分析概述显式动力学分析是一种数值模拟技术，主要用于解决动力学问题，特别是那些涉及短时间尺度和高加速度的瞬态事件。在ABAQUS/Explicit中，分析基于显式时间积分方案，这意味着每个时间步的解不需要求解大型线性方程组，而是直接通过前一时间步的解来计算。这种分析方法非常适合处理冲击、碰撞和爆炸等动力学问题，因为它们通常涉及非常短的时间尺度和快速变化的载荷。1.2.1显式动力学分析原理显式动力学分析的核心是显式时间积分方法，它通过迭代计算来推进时间。在每个时间步，ABAQUS/Explicit会计算结构的加速度，然后根据加速度和当前速度来更新结构的速度和位移。这种方法不需要求解全局刚度矩阵，因此计算效率高，特别适合处理大规模的瞬态动力学问题。1.2.2显式动力学分析内容材料模型：ABAQUS/Explicit提供了多种材料模型，包括弹性、塑性、粘弹性、损伤和失效模型，以准确模拟不同材料在高速载荷下的行为。接触算法：显式动力学分析中，接触算法是关键，因为它处理了不同物体之间的相互作用。ABAQUS/Explicit使用高效的接触算法，能够处理复杂的接触问题，如摩擦、滑移和分离。载荷和边界条件：在显式动力学分析中，载荷和边界条件的定义至关重要。它们可以是时间依赖的，如冲击载荷，也可以是空间依赖的，如爆炸载荷。网格和单元：选择合适的网格和单元类型对于准确模拟动力学响应至关重要。ABAQUS/Explicit支持多种单元类型，包括四面体、六面体和壳单元，以及自适应网格细化技术，以提高计算精度。1.2.3示例：ABAQUS/Explicit中的显式动力学分析假设我们想要模拟一个简单的冲击问题，一个质量为1kg的物体以10m/s的速度撞击一个固定在地面上的弹性板。我们将使用ABAQUS/Explicit来设置和运行这个分析。建立模型首先，我们需要在ABAQUS中创建模型，定义几何、材料和网格。假设弹性板的尺寸为1mx1m，厚度为0.01m，材料为钢，弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。定义材料和单元属性在ABAQUS中，我们选择合适的单元类型，如四面体单元，并定义材料属性。对于钢，我们使用弹性材料模型。设置边界条件和载荷我们将弹性板的底部固定，以模拟其固定在地面上。对于撞击物体，我们定义初始速度为10m/s。运行分析在ABAQUS/Explicit中，我们设置时间步长和总分析时间，然后运行分析。时间步长通常由软件自动确定，以确保计算的稳定性。后处理分析完成后，我们使用ABAQUS/CAE的后处理功能来查看结果，包括位移、速度和应力等。#以下是一个简化的ABAQUS/ExplicitPython脚本示例，用于设置上述冲击问题

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#创建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

model=mdb.models['Model-1']

#创建弹性板

plate=model.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=2.0)

plate.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(1.0,1.0))

platePart=model.Part(name='Plate',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

platePart.BaseShell(sketch=plate)

#创建撞击物体

impactor=model.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=2.0)

impactor.rectangle(point1=(0.5,0.5,1.0),point2=(0.5,0.5,1.01))

impactorPart=model.Part(name='Impactor',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

impactorPart.BaseSolidExtrude(sketch=impactor,depth=0.01)

#定义材料属性

model.Material(name='Steel')

model.materials['Steel'].Elastic(table=((200e9,0.3),))

#定义截面

platePart.Section(name='PlateSection',material='Steel',thicknessType=UNIFORM,thickness=0.01)

platePart.assignSection(region=platePart.faces,sectionName='PlateSection')

#定义接触

model.ContactProperty('IntProp')

eractionProperties['IntProp'].TangentialBehavior(formulation=FRICTIONLESS)

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact',createStepName='Initial',master='Plate-1',slave='Impactor-1',sliding=FINITE,interactionProperty='IntProp')

#设置边界条件

model.DisplacementBC(name='FixBottom',createStepName='Initial',region=platePart.sets['Bottom'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,amplitude=UNSET)

#设置初始速度

model.InitialVelocity(name='InitVel',createStepName='Initial',region=impactorPart.sets['Impactor'],velocity1=0.0,velocity2=0.0,velocity3=10.0,amplitude=UNSET)

#设置分析步

model.StaticStep(name='Impact',previous='Initial',timePeriod=0.01,nlgeom=ON)

#运行分析

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()这个脚本示例展示了如何在ABAQUS/Explicit中设置一个简单的冲击问题，包括创建模型、定义材料和单元属性、设置边界条件和载荷，以及运行分析。通过调整参数和模型细节，可以模拟更复杂和实际的动力学问题。2ABAQUS显式动力学分析基础2.1显式动力学分析原理显式动力学分析是一种数值模拟技术，主要用于解决高速、短时、大变形的动力学问题。在显式动力学分析中，时间步长由最短波长和材料波速决定，通常非常小，这使得显式分析能够精确捕捉到高速冲击、爆炸、碰撞等瞬态事件的动态响应。ABAQUS的显式动力学分析采用显式时间积分方法，能够处理非线性材料行为、接触、大变形和高速率效应。2.1.1关键概念时间步长：显式动力学分析中，时间步长自动确定，确保数值稳定性。质量缩放：通过调整模型的质量分布，以减少计算时间而不影响结果的准确性。接触算法：显式分析中，接触算法处理接触界面的非线性行为，如摩擦、分离和碰撞。2.2ABAQUS显式模块介绍ABAQUS/Explicit是ABAQUS软件包中的一个模块，专门用于解决动力学问题，尤其是那些涉及高速率效应和大变形的问题。它采用显式时间积分方案，能够快速求解瞬态动力学问题，而无需解决大型线性方程组，这在隐式分析中是必需的。2.2.1主要功能高速冲击和碰撞：模拟高速冲击和碰撞事件，如汽车碰撞测试。爆炸和燃烧：分析爆炸和燃烧过程中的材料响应。材料非线性：处理复杂的材料模型，包括塑性、粘弹性、损伤和断裂。接触和摩擦：精确模拟接触界面的非线性行为，包括摩擦和分离。2.3ABAQUS显式动力学分析流程2.3.1步骤1：模型建立在ABAQUS/CAE中创建几何模型，定义材料属性，设置边界条件和载荷。2.3.2步骤2：网格划分选择合适的网格类型和尺寸，对于显式动力学分析，通常使用四面体网格。2.3.3步骤3：定义分析类型在分析设置中选择“显式动力学”分析类型。2.3.4步骤4：设置时间步长和分析步时间步长由软件自动确定，但用户可以设置最大时间步长和总分析时间。2.3.5步骤5：定义输出请求设置输出频率和输出变量，如位移、应力和应变。2.3.6步骤6：提交分析运行分析，ABAQUS/Explicit将根据设定的参数求解模型的动力学响应。2.3.7步骤7：后处理使用ABAQUS/CAE或第三方后处理软件查看和分析结果。2.3.8示例：ABAQUS显式动力学分析代码示例#ABAQUS显式动力学分析示例代码

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#创建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

session.Viewport(name='Viewport:1',origin=(0.0,0.0),width=128.0,height=96.0)

session.viewports['Viewport:1'].makeCurrent()

session.viewports['Viewport:1'].maximize()

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,engineeringFeatures=ON)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.geometryOptions.setValues(

referenceRepresentation=OFF)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(step=OFF)

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.setValues(

optimizationTasks=OFF,geometricRestrictions=OFF,stopConditions=OFF)

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.setValues(step=OFF)

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.setValues(loads=ON,bcs=ON,predefinedFields=ON,

interactions=ON,constraints=ON,engineeringFeatures=ON)

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.setValues(odb=OFF)

#定义材料

model.Material(name='Steel')

model.materials['Steel'].Elastic(table=((200000,0.3),))

#创建零件

model.Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

model.parts['Part-1'].BaseSolidExtrude(sketch=model.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0),

depth=10.0)

model.parts['Part-1'].DatumCsysByDefault(CARTESIAN)

#网格划分

model.parts['Part-1'].setMeshControls(regions=model.parts['Part-1'].faces,technique=FREE)

model.parts['Part-1'].seedPart(size=1.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

model.parts['Part-1'].generateMesh()

#定义分析类型

model.ExplicitDynamicsStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=1e-05,

maxInc=0.01,nlgeom=ON)

#设置输出请求

model.HistoryOutputRequest(name='H-Output-1',createStepName='Step-1',variables=('U','RF','S','E','PE'),

sectionPoints=DEFAULT,rebar=EXCLUDE)

#提交分析

session.writeInput(consistencyChecking=OFF)

#后处理

session.openOdb(name='jobname.odb')

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=session.odbs['jobname.odb'])

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step='Step-1',frame=1)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(CONTOURS_ON_DEF,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setPrimaryVariable(variableLabel='S',outputPosition=INTEGRATION_POINT,refinement=(COMPONENT,'S11'))2.3.9解释上述代码示例展示了如何在ABAQUS中使用Python脚本进行显式动力学分析的基本步骤。从创建模型、定义材料、网格划分，到设置分析类型、输出请求，最后提交分析和进行后处理，每个步骤都通过PythonAPI调用ABAQUS的功能来实现。通过调整参数，如材料属性、网格尺寸和分析步的时间步长，可以模拟不同类型的显式动力学问题。2.4结论ABAQUS/Explicit为解决高速、短时、大变形的动力学问题提供了强大的工具。通过理解其原理和掌握分析流程，可以有效地模拟和预测复杂动力学事件的响应，为工程设计和安全评估提供关键信息。3ABAQUS显式动力学分析前处理3.1模型建立与网格划分在进行ABAQUS显式动力学分析前，首先需要建立模型并进行网格划分。模型建立包括定义几何形状、创建部件、装配部件等步骤。网格划分则是将模型离散化，以便进行数值计算。3.1.1定义几何形状几何形状可以通过导入CAD模型或在ABAQUS/CAE中直接创建。例如，创建一个简单的立方体：fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

fromsectionimport*

fromassemblyimport*

fromstepimport*

frominteractionimport*

fromloadimport*

frommeshimport*

fromjobimport*

fromsketchimport*

fromvisualizationimport*

fromconnectorBehaviorimport*

#创建一个新部件

myModel=mdb.models['Model-1']

myPart=myModel.Part(name='Cube',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#创建一个草图

mySketch=myPart.Sketch(name='__profile__',sheetSize=100.0)

mySketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(10.0,10.0))

#通过拉伸草图创建实体

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=10.0)3.1.2网格划分网格划分需要选择合适的单元类型和尺寸。对于显式动力学分析，通常使用四面体单元。例如，对上述立方体进行网格划分：#选择单元类型

elemType1=ElemType(elemCode=C3D4,elemLibrary=STANDARD)

#设置网格划分控制

myPart.setMeshControls(regions=myPart.cells,technique=FREE,sizingFactor=0.5)

#生成网格

myPart.seedPart(size=1.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

myPart.generateMesh()3.2材料属性定义定义材料属性是显式动力学分析的关键步骤，包括密度、弹性模量、泊松比等。例如，定义一个钢材料：#定义材料

myModel.Material(name='Steel')

#定义材料属性

myModel.materials['Steel'].Density(table=((7.85e-9,),))

myModel.materials['Steel'].Elastic(table=((200e3,0.3),))3.3边界条件与载荷设置边界条件和载荷的设置决定了模型的约束和激励。例如，固定一个面并施加一个冲击载荷：#创建面集

myPart.Set(name='Face-Set',faces=myPart.faces.findAt(((5.0,5.0,10.0),)))

#应用固定边界条件

myModel.DisplacementBC(name='Fixed',createStepName='Initial',region=myPart.sets['Face-Set'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#创建节点集

myPart.Set(name='Node-Set',nodes=myPart.nodes.findAt(((5.0,5.0,0.0),)))

#应用冲击载荷

myModel.ConcentratedForce(name='Impact',createStepName='Step-1',region=myPart.sets['Node-Set'],cf1=1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)以上步骤为ABAQUS显式动力学分析的前处理部分，包括模型建立、网格划分、材料属性定义以及边界条件和载荷的设置。通过这些步骤，可以为后续的显式动力学分析提供准确的模型和条件。4ABAQUS显式动力学分析设置4.1分析步与时间步控制在ABAQUS中，显式动力学分析通常用于模拟高速、短时事件，如碰撞、冲击或爆炸。这类分析要求高时间分辨率，以捕捉快速变化的动力学行为。时间步的大小对分析的准确性和计算效率至关重要。4.1.1原理显式动力学分析采用显式时间积分方法，其中时间步大小由网格的最小尺寸和材料的波速决定，遵循CFL（Courant-Friedrichs-Lewy）条件。ABAQUS自动计算时间步大小，但用户可以设置最小和最大时间步，以及时间步的调整策略。4.1.2内容定义分析步：在ABAQUS/CAE中，通过Step模块创建分析步，指定分析类型为Explicit。时间步控制：在分析步中，可以设置Initialtimeincrement、Maximumtimeincrement和Minimumtimeincrement。此外，Timeincrementationmethod允许选择Automatic或Fixed，前者根据模型的动态响应自动调整时间步。示例代码#创建显式动力学分析步

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

myModel=mdb.models['Model-1']

myStep=myModel.StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

description='ExplicitDynamicsAnalysis',

timePeriod=1.0,nlgeom=ON)

#设置时间步控制

myStep.setValues(initialInc=1e-6,maxInc=1e-4,minInc=1e-8,

timeIncrementationMethod=AUTOMATIC)4.2接触定义与摩擦模型接触定义在显式动力学分析中尤为重要，因为它涉及到不同部件之间的相互作用，如碰撞和摩擦。ABAQUS提供了多种接触类型和摩擦模型，以适应不同的工程需求。4.2.1原理接触定义包括接触对的指定、接触行为的设定（如滑动、穿透限制）和摩擦模型的选择。摩擦模型可以是干摩擦、粘性摩擦或用户自定义的摩擦模型，其参数（如摩擦系数）直接影响接触面的动态响应。4.2.2内容定义接触对：在ABAQUS/CAE中，通过Interaction模块创建接触对，指定Master和Slave表面。设置摩擦模型：在接触对的属性中，选择摩擦模型并输入相应的摩擦系数。示例代码#定义接触对

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

myModel=mdb.models['Model-1']

myContact=myModel.ContactProperty('Int-Prop-1')

myContact.Friction(formulation=SLIDING,frictionType=DRY,

frictionCoeff=0.3,pressureDependency=OFF,

temperatureDependency=OFF,dependencies=0)

#应用接触对

myModel.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',

createStepName='Step-1',

master='Master-Surf',slave='Slave-Surf',

sliding=FINITE,

interactionProperty='Int-Prop-1')4.3输出请求与监控点设置输出请求定义了ABAQUS在分析过程中需要记录的数据，如位移、应力和应变。监控点则用于跟踪特定位置的响应，如力或位移。4.3.1原理输出请求通过FieldOutput和HistoryOutput来定义，可以指定输出频率和输出的场变量。监控点则通过在模型中定义特定的点或面，记录其在分析过程中的响应。4.3.2内容定义输出请求：在ABAQUS/CAE中，通过FieldOutput和HistoryOutput模块设置输出变量和频率。设置监控点：在HistoryOutput中，可以定义监控点，选择输出的变量类型。示例代码#定义输出请求

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

myModel=mdb.models['Model-1']

myModel.fieldOutputRequests['F-Output-1'].setValues(variables=('U','S','E'),

frequency=100)

#设置监控点

myModel.HistoryOutputRequest(name='H-Output-1',createStepName='Step-1',

variables=('RF','U'),region=myModel.rootAssembly.instances['Part-1-1'].nodes[1])以上示例展示了如何在ABAQUS中设置显式动力学分析的分析步、时间步控制、接触定义与摩擦模型，以及输出请求与监控点。通过这些设置，可以精确地模拟和分析结构在高速动力学载荷下的行为。5ABAQUS显式动力学分析案例5.1冲击动力学分析5.1.1原理冲击动力学分析是ABAQUS显式动力学分析中的一种重要应用，主要用于模拟高速碰撞、冲击载荷下结构的响应。ABAQUS的显式动力学分析采用Lagrangian方法，能够处理大变形、非线性材料行为以及复杂的接触问题。在冲击分析中，时间步长自动调整，以确保计算的稳定性，这在处理高速事件时尤为关键。5.1.2内容模型建立几何模型：使用CAD软件创建或导入几何模型。材料属性：定义材料的弹性、塑性、断裂行为。边界条件：设置固定边界或施加外部载荷。接触定义：定义接触对，包括接触类型、摩擦系数等。分析设置时间步长：ABAQUS自动计算，但可以设置最小和最大时间步长。输出请求：定义需要输出的变量，如位移、应力、应变等。求解控制：设置求解器的收敛准则、迭代次数等。示例#ABAQUSPythonScriptforImpactDynamicsAnalysis

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#ModelCreation

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,10.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a,depth=10.0)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,

engineeringFeatures=ON)

#MaterialDefinition

mdb.models['Model-1'].Material(name='Steel')

mdb.models['Model-1'].materials['Steel'].Elastic(table=((200000.0,0.3),))

mdb.models['Model-1'].materials['Steel'].Plastic(table=((250.0,),))

#SectionAssignment

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

p.MaterialAssignment(region=p.sets['Set-1'],material='Steel',thickness=None)

#BoundaryConditions

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

p.DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',region=p.sets['Set-2'],

u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,ur3=UNSET,amplitude=UNSET,

fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#ContactDefinition

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.setValues(interactions=ON)

a=mdb.models['Model-1'].rootAssembly

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=a)

a.ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=FINITE,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),),shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,

fraction=0.005,elasticSlipStiffness=None)

a.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',createStepName='Initial',

master=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.surfaces['Surface-1'],

slave=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.surfaces['Surface-2'],

sliding=FINITE,interactionProperty='IntProp-1',thickness=ON)

#AnalysisSettings

mdb.models['Model-1'].ExplicitDynamicsStep(name='Step-1',previous='Initial',

initialInc=1e-05,maxInc=0.01,nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,timePeriod=0.01,amplitude=RAMP,

delaminationControl=DEFAULT,delaminationControlType=CRACK_TIP_ENRICHMENT,

delaminationGrowthCriterion=CRACK_TIP_ENERGY,delaminationGrowthRate=DEFAULT,

delaminationGrowthRateFactor=0.001,delaminationGrowthRateExponent=1.0,

delaminationGrowthRateMax=0.001,delaminationGrowthRateMin=1e-06,

delaminationGrowthRateType=LINEAR,delaminationGrowthRateValue=0.001,

delaminationGrowthRateVariable=TIME_INCREMENT,delaminationGrowthRateVariableExponent=1.0,

delaminationGrowthRateVariableValue=0.001,delaminationGrowthRateVariableType=LINEAR,

delaminationGrowthRateVariableExponentValue=1.0,delaminationGrowthRateVariableExponentType=LINEAR,

delaminationGrowthRateVariableExponentVariable=TIME_INCREMENT,

delaminationGrowthRateVariableExponentVariableExponent=1.0,

delaminationGrowthRateVariableExponentVariableType=LINEAR,

delaminationGrowthRateVariableExponentVariableValue=0.001)

#JobSubmission

mdb.Job(name='ImpactAnalysis',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,

atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,

memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,

explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,

modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',

scratch='',resultsFormat=ODB,parallelizationMethodExplicit=DOMAIN,

numDomains=1,activateLoadBalancing=False,multiprocessingMode=DEFAULT,

numCpus=1,numGPUs=0)

['ImpactAnalysis'].submit(consistencyChecking=OFF)5.1.3解释上述代码示例展示了如何使用ABAQUS的PythonAPI进行冲击动力学分析的设置。首先，创建了一个三维实体模型，然后定义了材料属性（弹性模量和屈服强度）。接着，设置了边界条件和接触属性，最后配置了显式动力学分析步骤，并提交了分析任务。5.2爆炸载荷模拟5.2.1原理爆炸载荷模拟是显式动力学分析的另一重要应用，用于研究爆炸事件对结构的影响。ABAQUS通过定义爆炸载荷（如压力脉冲）和使用非线性材料模型来模拟这一过程。爆炸载荷通常以时间函数的形式施加，可以是用户自定义的函数或预定义的爆炸载荷函数。5.2.2内容模型建立几何模型：创建或导入爆炸源和结构模型。材料属性：定义材料的动态响应，如动态弹性模量、动态屈服强度等。边界条件：设置结构的固定边界或自由边界。爆炸载荷定义载荷类型：使用预定义的爆炸载荷函数或自定义函数。载荷位置：定义载荷作用的区域。载荷参数：设置载荷的强度、持续时间等。示例#ABAQUSPythonScriptforBlastLoadSimulation

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#ModelCreation

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,10.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a,depth=10.0)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,

engineeringFeatures=ON)

#MaterialDefinition

mdb.models['Model-1'].Material(name='Concrete')

mdb.models['Model-1'].materials['Concrete'].Elastic(table=((30000.0,0.2),))

mdb.models['Model-1'].materials['Concrete'].Plastic(table=((3.0,),))

#SectionAssignment

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

p.MaterialAssignment(region=p.sets['Set-1'],material='Concrete',thickness=None)

#BlastLoadDefinition

mdb.models['Model-1'].Pressure(name='BlastLoad',createStepName='Step-1',

region=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.instances['Part-1-1'].faces[1],

distributionType=UNIFORM,field='',magnitude=1000000.0,

amplitude=UNSET,fixed=OFF)

#AnalysisSettings

mdb.models['Model-1'].ExplicitDynamicsStep(name='Step-1',previous='Initial',

initialInc=1e-05,maxInc=0.01,nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,timePeriod=0.01,amplitude=RAMP,

delaminationControl=DEFAULT,delaminationControlType=CRACK_TIP_ENRICHMENT,

delaminationGrowthCriterion=CRACK_TIP_ENERGY,delaminationGrowthRate=DEFAULT,

delaminationGrowthRateFactor=0.001,delaminationGrowthRateExponent=1.0,

delaminationGrowthRateMax=0.001,delaminationGrowthRateMin=1e-06,

delaminationGrowthRateType=LINEAR,delaminationGrowthRateValue=0.001,

delaminationGrowthRateVariable=TIME_INCREMENT,

delaminationGrowthRateVariableExponent=1.0,

delaminationGrowthRateVariableType=LINEAR,

delaminationGrowthRateVariableValue=0.001)

#JobSubmission

mdb.Job(name='BlastAnalysis',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,

atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,

memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,

explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,

modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',

scratch='',resultsFormat=ODB,parallelizationMethodExplicit=DOMAIN,

numDomains=1,activateLoadBalancing=False,multiprocessingMode=DEFAULT,

numCpus=1,numGPUs=0)

['BlastAnalysis'].submit(consistencyChecking=OFF)5.2.3解释此代码示例展示了如何在ABAQUS中设置爆炸载荷模拟。首先，创建了一个混凝土结构模型，然后定义了材料属性。接着，定义了一个均匀分布的爆炸压力载荷作用于结构的特定面。最后，配置了显式动力学分析步骤，并提交了分析任务。5.3碰撞仿真5.3.1原理碰撞仿真用于研究两个或多个物体在高速下的相互作用。ABAQUS的显式动力学分析能够处理这种瞬态事件，通过精确的时间步长控制和接触算法来模拟碰撞过程。碰撞仿真通常涉及多个物体的相互作用，需要定义接触对和碰撞载荷。5.3.2内容模型建立几何模型：创建或导入碰撞物体的几何模型。材料属性：定义每个物体的材料属性。边界条件：设置物体的初始速度或加速度。接触定义接触对：定义哪些物体之间会发生接触。接触属性：设置接触的摩擦系数、滑动行为等。示例#ABAQUSPythonScriptforCollisionSimulation

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#ModelCreation

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,10.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,

type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseSolidExtrude(sketch=a,depth=10.0)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,

engineeringFeatures=ON)

#MaterialDefinition

mdb.models['Model-1'].Material(name='Aluminum')

mdb.models['Model-1'].materials['Aluminum'].Elastic(table=((70000.0,0.33),))

mdb.models['Model-1'].materials['Aluminum'].Plastic(table=((100.0,),))

#SectionAssignment

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

p.MaterialAssignment(region=p.sets['Set-1'],material='Aluminum',thickness=None)

#InitialVelocity

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

p.InitialVelocity(name='IV-1',createStepName='Initial',region=p.sets['Set-2'],

v1=100.0,v2=0.0,v3=0.0,vr1=0.0,vr2=0.0,vr3=0.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,field='',fixed=OFF)

#ContactDefinition

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.setValues(interactions=ON)

a=mdb.models['Model-1'].rootAssembly

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=a)

a.ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=FINITE,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),),shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,

fraction=0.005,elasticSlipStiffness=None)

a.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',createStepName='Initial',

master=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.surfaces['Surface-1'],

slave=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.surfaces['Surface-2'],

sliding=FINITE,interactionProperty='IntProp-1',thickness=ON)

#AnalysisSettings

mdb.models['Model-1'].ExplicitDynamicsStep(name='Step-1',previous='Initial',

initialInc=1e-05,maxInc=0.01,nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,timePeriod=0.01,amplitude=RAMP,

delaminationControl=DEFAULT,delaminationControlType=CRACK_TIP_ENRICHMENT,

delaminationGrowthCriterion=CRACK_TIP_ENERGY,delaminationGrowthRate=DEFAULT,

delaminationGrowthRateFactor=0.001,delaminationGrowthRateExponent=1.0,

delaminationGrowthRateMax=0.001,delaminationGrowthRateMin=1e-06,

delaminationGrowthRateType=LINEAR,delaminationGrowthRateValue=0.001,

delaminationGrowthRateVariable=TIME_INCREMENT,

delaminationGrowthRateVariableExponent=1.0,

delaminationGrowthRateVariableType=LINEAR,

delaminationGrowthRateVariableValue=0.001)

#JobSubmission

mdb.Job(name='CollisionAnalysis',model='Model-1',description='',type=ANALYSIS,

atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,

memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,

explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,

modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',

scratch='',

#ABAQUS显式动力学分析后处理

##结果可视化

在ABAQUS中，显式动力学分析的结果可视化是一个关键步骤，它帮助工程师理解模型在瞬态载荷下的行为。ABAQUS/CAE提供了强大的后处理工具，可以生成动画、云图、等值线图等，以直观展示应力、应变、位移等结果。

###示例：生成位移动画

假设我们已经完成了一个显式动力学分析，现在想要在ABAQUS/CAE中生成位移动画。

1.打开ABAQUS/CAE，加载已完成的分析结果。

2.在**历史**菜单中选择**显示**->**变形**，设置**变形比例**为1，以真实比例显示位移。

3.选择**动画**->**时间**，设置动画的时间范围和步长。

4.点击**播放**按钮，生成位移动画。

##应力应变分析

ABAQUS的显式动力学分析能够提供结构在瞬态载荷下的应力和应变分布。这些数据对于评估材料的损伤和结构的稳定性至关重要。

###示例：提取最大主应力

假设我们想要从ABAQUS结果中提取最大主应力（Mises应力）的分布。

```python

#导入ABAQUS后处理模块

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#打开ODB文件

odb=openOdb('myAnalysis.rst')

#选择要分析的步

step=odb.steps['Step-1']

#选择要分析的帧

frame=step.frames[-1]

#选择要分析的场输出

stressField=frame.fieldOutputs['S']

#提取最大主应力

misesStress=stressField.getScalarField(componentLabel='MISES')

#关闭ODB文件

odb.close()

#打印最大主应力的最小值和最大值

print('MinimumMisesStress:',min(misesStress.values))

print('MaximumMisesStress:',max(misesStress.values))5.4能量与动力响应分析显式动力学分析中，能量守恒和动力响应是评估模型准确性和性能的重要指标。ABAQUS提供了工具来监控和分析这些数据。5.4.1示例：提取动能和势能假设我们想要从ABAQUS显式动力学分析中提取动能和势能的变化。#导入ABAQUS后处理模块

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#打开ODB文件

odb=openOdb('myAnalysis.rst')

#创建一个空列表来存储能量数据

energyData=[]

#遍历所有帧

forframeinodb.steps['Step-1'].frames:

#提取动能和势能

kineticEnergy=frame.historyRegions['Assembly'].historyOutputs['KINETICENERGY'].data[-1][1]

potentialEnergy=frame.historyRegions['Assembly'].historyOutputs['TOTALELASTICSTRAINENERGY'].data[-1][1]

#将能量数据添加到列表中

energyData.append((frame.frameValue,kineticEnergy,potentialEnergy))

#关闭ODB文件

odb.close()

#打印能量数据的前几行

foriinrange(5):

print('Time:',energyData[i][0],'KineticEnergy:',energyData[i][1],'PotentialEnergy:',energyData[i][2])通过上述代码，我们可以监控模型在分析过程中的动能和势能变化，这对于理解能量分配和动力学行为非常有帮助。6高级ABAQUS显式动力学分析技术6.1非线性动力学问题处理6.1.1原理在ABAQUS中，非线性动力学问题的处理主要涉及材料非线性、几何非线性和接触非线性。显式动力学分析采用Lagrangian或ArbitraryLagrangian-Eulerian(ALE)方法，通过显式时间积分技术求解动力学方程，特别适用于短时间、大变形和高速率的动态问题。6.1.2内容材料非线性：使用Johnson-Cook模型等描述材料在高速率下的塑性行为。几何非线性：考虑大变形和大位移对结构行为的影响。接触非线性：处理不同物体间的接触，包括摩擦、间隙和碰撞。6.1.3示例假设我们有一个简单的碰撞问题，一个金属球以高速撞击一个固定金属板。我们将使用ABAQUS的Python接口来设置和运行分析。#ABAQUSPythonScriptforNonlinearExplicitDynamicsAnalysis

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#创建模型

model=mdb.models['Model-1']

#定义材料属性

model.Material(name='Steel')

model.materials['Steel'].Density(table=((7.85e-9,),))

model.materials['Steel'].Elastic(table=((200e3,0.3),))

#Johnson-Cook模型参数

model.materials['Steel'].Plastic(table=((235,0,0,0,0),))

model.materials['Steel'].johnsonCookFlow(table=((1,0,0,0,0),))

model.materials['Steel'].johnsonCookFailure(table=((1,0,0,0,0),))

#创建部分

model.Part(name='Ball',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

model.parts['Ball'].BaseSolidSphere(radius=0.01,point=(0,0,0))

model.Part(name='Plate',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMA