弹性力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS显式动力学分析方法

弹性力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS显式动力学分析方法1弹性力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS显式动力学分析方法1.1引言1.1.1ABAQUS简介ABAQUS是一款广泛应用于工程领域的高级有限元分析软件，由美国Simulia公司开发，现隶属于达索系统（DassaultSystèmes）。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等。ABAQUS提供了两种主要的求解器：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。其中，ABAQUS/Explicit特别适用于解决动力学问题，尤其是那些涉及短时间尺度和高速率事件的问题。1.1.2显式动力学分析的重要性显式动力学分析在ABAQUS中是一种关键的分析类型，主要用于模拟瞬态动力学事件，如碰撞、爆炸、冲击等。这类分析的特点是时间步长非常小，通常由波速和网格尺寸决定，以确保计算的稳定性。显式动力学分析能够捕捉到高速率下的材料响应，这对于理解结构在极端条件下的行为至关重要。例如，在汽车碰撞测试中，显式动力学分析能够帮助工程师预测车身的变形和乘员的安全性。1.2ABAQUS显式动力学分析方法1.2.1基本原理ABAQUS/Explicit采用显式时间积分方法，这意味着它不需要求解大型线性方程组，而是直接推进时间步长。这种求解策略使得ABAQUS/Explicit能够高效地处理大规模动力学问题。在显式动力学分析中，ABAQUS使用中心差分法来求解动力学方程，这种方法能够很好地处理冲击和波传播问题。1.2.2分析设置在ABAQUS中进行显式动力学分析，首先需要在输入文件中指定分析类型为*Explicit。此外，还需要定义材料属性、网格、边界条件和载荷等。下面是一个简单的ABAQUS输入文件示例，用于模拟一个简单的冲击问题：*Heading

**Jobname:SimpleImpactModelname:Model-1

*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO

*Part,name=Part-1

*Node

1,0.,0.,0.

2,1.,0.,0.

3,1.,1.,0.

4,0.,1.,0.

*Element,type=CPE4

1,1,2,3,4

*Material,name=Material-1

*Elastic

200.e3,0.3

*Density

7800.

*Section,elset=AllElements,material=Material-1

*Shell,thickness=0.1

1,1

*Boundary

1,1,0.,0.

*Step,name=Step-1,nlgeom=YES

*Explicit

*InitialConditions,type=Velocity

1,0.,0.,0.

2,100.,0.,0.

*Output,field,variable=ALL

*NodeOutput,NODAL

U

*ElementOutput,ELSET=AllElements

S

*EndStep

*EndPart

**

*Assembly,name=Assembly

*Instance,name=Part-1-1,part=Part-1

*Node

1,0.,0.,0.

2,1.,0.,0.

3,1.,1.,0.

4,0.,1.,0.

*Element,type=CPE4,elset=AllElements

1,1,2,3,4

*EndInstance

**

*Step,name=Step-1,nlgeom=YES

*Static

*InitialConditions,type=Velocity

1,0.,0.,0.

2,100.,0.,0.

*Output,field,variable=ALL

*NodeOutput,NODAL

U

*ElementOutput,ELSET=AllElements

S

*EndStep

**

*Job,name=SimpleImpact,user=,type=ANALYSIS,at_time=,wait_hours=,wait_minutes=0

*Input,echo=NO

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

**

#ABAQUS显式动力学分析基础

##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、短时程的动力学问题，如碰撞、冲击、爆炸等。在显式动力学分析中，时间步长由最短波长和材料的波速决定，这通常意味着时间步长非常小。ABAQUS/Explicit采用显式时间积分方法，无需求解大型线性方程组，因此可以快速推进时间，适合处理瞬态动力学问题。

###原理概述

显式动力学分析基于显式时间积分方案，其中时间步长的选择是自动的，由网格尺寸和材料特性决定。ABAQUS/Explicit使用中心差分法进行时间积分，这是一种二阶精度的显式积分方法。在每个时间步，它直接计算出下一时刻的状态，而不需要迭代求解。

###关键概念

-**时间步长**：由网格尺寸和材料波速决定，确保数值稳定性。

-**质量缩放**：在显式分析中，为了减少计算时间，可以对模型进行质量缩放，即增加模型的质量，从而增加时间步长。

-**接触算法**：显式动力学分析中，接触算法是关键，因为它处理了模型中不同部分之间的相互作用。

##ABAQUS显式模块介绍

ABAQUS/Explicit是ABAQUS软件的一个模块，专门用于解决瞬态动力学问题。它采用显式时间积分方法，能够快速模拟高速事件，如冲击、碰撞和爆炸。

###模块功能

-**瞬态动力学分析**：能够模拟高速事件，如冲击、碰撞和爆炸。

-**非线性材料模型**：支持多种非线性材料模型，如塑性、粘弹性、损伤模型等。

-**接触算法**：提供多种接触算法，能够处理复杂的接触问题。

-**网格自适应**：根据模型的局部应力和应变，自动调整网格密度，提高计算效率和精度。

###操作流程示例

下面是一个使用ABAQUS/Explicit进行显式动力学分析的简单示例，模拟一个简单的碰撞问题。

```python

#ABAQUS/Explicit操作流程示例

#创建模型

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

executeOnCaeStartup()

#创建零件

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

mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,100.0))

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

mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].BaseSolidExtrude(depth=100.0,sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])

#定义材料

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

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

#创建截面

mdb.models['Model-1'].HomogeneousSolidSection(material='Steel',name='Section-1',thickness=None)

#为零件赋截面

mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].SectionAssignment(region=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'].sets['Set-1'],sectionName='Section-1',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#创建装配体

mdb.models['Model-1'].rootAssembly.DatumCsysByDefault(CARTESIAN)

mdb.models['Model-1'].rootAssembly.Instance(dependent=ON,name='Part-1-1',part=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1'])

#创建边界条件

mdb.models['Model-1'].rootAssembly.DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.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)

#创建载荷

mdb.models['Model-1'].rootAssembly.ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',region=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.sets['Set-3'],cf1=10000.0,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#创建显式动力学分析步

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.001,maxNumInc=10000,nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,adaptiveDampingRatio=0.05,nohiter=10000,amplitude=UNSET,timePeriod=0.01)

#提交分析

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(timePeriod=0.01)

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)1.2.3解释创建模型和零件：首先定义一个三维模型，并在其中创建一个长方体零件。定义材料和截面：为零件定义材料属性和截面类型。创建边界条件和载荷：设置固定边界条件和作用力，模拟碰撞场景。创建分析步：定义显式动力学分析步，设置时间步长和分析时间。提交分析：最后，提交分析作业，开始计算。通过以上步骤，可以使用ABAQUS/Explicit进行显式动力学分析，模拟复杂的瞬态动力学问题。2弹性力学仿真软件：ABAQUS：显式动力学分析方法-前处理：模型建立2.1创建几何模型在ABAQUS中，创建几何模型是进行任何分析的第一步。这通常涉及定义模型的形状、尺寸和拓扑结构。ABAQUS提供了多种工具来创建和编辑几何模型，包括直接建模、基于草图的建模和导入CAD模型。2.1.1示例：创建一个简单的立方体模型#导入ABAQUS模块

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

frommaterialimport*

fromsectionimport*

fromassemblyimport*

fromstepimport*

frominteractionimport*

fromloadimport*

frommeshimport*

fromoptimizationimport*

fromjobimport*

fromsketchimport*

fromvisualizationimport*

fromconnectorBehaviorimport*

#创建一个立方体模型

session.Viewport(name='Viewport:1',origin=(0.0,0.0),width=250.0,height=202.0)

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=ON)

#创建一个新部件

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

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

mySketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,100.0))

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

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=100.0)这段代码展示了如何使用Python脚本在ABAQUS中创建一个立方体模型。首先，我们导入了必要的模块，然后创建了一个新的模型和草图。草图中定义了一个矩形，然后使用BaseSolidExtrude方法将其沿Z轴方向拉伸，形成一个立方体。2.2定义材料属性ABAQUS允许用户定义各种材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等，这对于准确模拟材料的行为至关重要。2.2.1示例：定义一个弹性材料#定义材料属性

myMaterial=myModel.Material(name='Steel')

myMaterial.Elastic(table=((200e3,0.3),))

myMaterial.Density(table=((7.85e-9,),))

#将材料属性分配给部件

mySection=myModel.HomogeneousSolidSection(name='SteelSection',material='Steel',thickness=None)

myPart.SectionAssignment(region=myPart.cells[:],sectionName='SteelSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)这里，我们定义了一个名为Steel的材料，其弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7.85g/cm^3。然后，我们创建了一个同质固体截面，并将其分配给立方体模型的所有单元。2.3施加边界条件和载荷在ABAQUS中，边界条件和载荷的施加是模拟真实物理环境的关键步骤。这包括固定模型的某些部分、施加力、压力或温度等。2.3.1示例：施加固定边界条件和力载荷#施加固定边界条件

myModel.DisplacementBC(name='FixedBC',createStepName='Initial',region=myPart.sets['Set-1'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=ON,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#施加力载荷

myModel.ConcentratedForce(name='ForceLoad',createStepName='Step-1',region=myPart.sets['Set-2'],cf1=1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)在上述代码中，我们首先施加了一个名为FixedBC的位移边界条件，将模型的Set-1区域固定。然后，我们施加了一个名为ForceLoad的集中力载荷，力的大小为1000N，作用在Set-2区域上。通过这些步骤，我们可以在ABAQUS中建立一个基本的显式动力学分析模型，准备进行后续的网格划分、分析设置和求解。这些示例代码展示了如何使用Python脚本自动化ABAQUS的前处理步骤，提高建模效率。3网格划分与优化3.1网格类型选择在进行弹性力学仿真分析，尤其是使用ABAQUS进行显式动力学分析时，网格类型的选择至关重要。不同的网格类型适用于不同的分析需求，正确选择网格类型可以显著提高分析的准确性和效率。3.1.1四面体网格(TetrahedralMesh)四面体网格是最常用的网格类型之一，尤其适用于复杂几何形状的模型。它由四面体单元组成，每个单元有四个节点，能够较好地适应模型的曲面和尖角。代码示例#ABAQUSPythonScriptforTetrahedralMeshGeneration

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frommeshimportMeshElement

#创建模型

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

#选择几何体

part=model.parts['Part-1']

#设置网格划分

part.setMeshControls(regions=part.cells,technique=FREE,elemShape=TET,

secondOrderAccuracy=OFF,hourglassControl=DEFAULT)

#生成网格

part.generateMesh()3.1.2六面体网格(HexahedralMesh)六面体网格由六面体单元组成，每个单元有八个节点。这种网格类型在几何形状规则的区域中提供更高的精度和计算效率，但对模型的几何要求较高。代码示例#ABAQUSPythonScriptforHexahedralMeshGeneration

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frommeshimportMeshElement

#创建模型

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

#选择几何体

part=model.parts['Part-1']

#设置网格划分

part.setMeshControls(regions=part.cells,technique=STRUCTURED,elemShape=HEX,

secondOrderAccuracy=OFF,hourglassControl=DEFAULT)

#定义网格尺寸

part.seedPart(size=0.1,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

#生成网格

part.generateMesh()3.2网格质量检查网格质量直接影响分析结果的准确性。在ABAQUS中，有多种方法可以检查和优化网格质量。3.2.1检查网格尺寸确保网格尺寸在整个模型中是合理的，避免过小或过大的单元，这可能导致计算资源浪费或结果不准确。代码示例#ABAQUSPythonScriptforCheckingMeshSize

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

#创建模型

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

#选择几何体

part=model.parts['Part-1']

#检查网格尺寸

foreleminpart.elements:

print('Elementsize:',elem.getSize())3.2.2检查网格扭曲网格扭曲是指单元形状偏离理想形状的程度。高扭曲度的单元可能影响分析结果的可靠性。代码示例#ABAQUSPythonScriptforCheckingMeshSkewness

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

#创建模型

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

#选择几何体

part=model.parts['Part-1']

#检查网格扭曲

foreleminpart.elements:

print('Elementskewness:',elem.getSkewness())3.2.3使用ABAQUS内置工具ABAQUS提供了多种内置工具来检查和优化网格质量，包括MeshQualityCheck和MeshRefinement。代码示例#ABAQUSPythonScriptforMeshQualityCheck

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

#创建模型

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

#选择几何体

part=model.parts['Part-1']

#执行网格质量检查

part.checkMeshQuality()3.2.4优化网格根据网格质量检查的结果，可以调整网格尺寸、类型或使用网格优化工具来改善网格质量。代码示例#ABAQUSPythonScriptforMeshRefinement

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

#创建模型

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

#选择几何体

part=model.parts['Part-1']

#在特定区域细化网格

part.seedEdgeBySize(edges=part.edges.findAt(((0.0,0.0,0.0),)),size=0.05)

#重新生成网格

part.generateMesh()通过以上步骤，可以有效地选择和优化网格，为ABAQUS中的显式动力学分析提供高质量的网格基础，从而确保分析结果的准确性和可靠性。4弹性力学仿真软件：ABAQUS：显式动力学分析方法4.1显式动力学分析设置4.1.1分析步定义在ABAQUS中，显式动力学分析步的定义是关键步骤之一，它允许用户模拟材料在短时间内对动态载荷的响应。显式分析步通常用于解决高速冲击、爆炸、碰撞等瞬态问题，其中时间步长由软件自动控制，以确保计算的稳定性。示例代码#定义显式动力学分析步

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

myStep=mdb.models['Model-1'].steps['Step-1']

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(name='Dynamic-Explicit',

timePeriod=0.01,

nlgeom=ON,

stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,

initialInc=1e-05,

maxNumInc=10000,

minInc=1e-08)在上述代码中，我们首先创建了一个静态分析步，然后将其转换为显式动力学分析步。timePeriod参数定义了分析的总时间，nlgeom参数设置为ON表示考虑几何非线性，stabilizationMethod和stabilizationMagnitude用于控制数值稳定性，initialInc、maxNumInc和minInc分别控制时间步的初始大小、最大步数和最小步长。4.1.2输出请求设置输出请求设置允许用户指定在分析过程中需要记录的数据，包括位移、应力、应变等。在显式动力学分析中，由于时间步长非常小，因此需要谨慎选择输出频率，以避免生成过大的数据文件。示例代码#设置输出请求

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

mdb.models['Model-1'].HistoryOutputRequest(name='HISTORY_OUTPUT',

createStepName='Dynamic-Explicit',

variables=('U','RF','S','E','PE','PEEQ','LE'),

sectionPoints=DEFAULT,

rebar=EXCLUDE)此代码段创建了一个历史输出请求，记录了位移(U)、反力(RF)、应力(S)、应变(E)、塑性应变(PE)、等效应变(PEEQ)和线应变(LE)。createStepName参数指定了输出请求在哪个分析步中开始。4.1.3接触对设置在显式动力学分析中，接触对的设置至关重要，因为它影响着模型中不同部件之间的相互作用。ABAQUS提供了多种接触类型，包括表面-表面接触、自接触等，以模拟复杂的接触行为。示例代码#定义接触对

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

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

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

formulation=PENALTY,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

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

table=((0.1,),))

mdb.models['Model-1'].SurfaceToSurfaceContactStd(name='Int-1',

createStepName='Dynamic-Explicit',

master='Surface-1',slave='Surface-2',

sliding=FINITE,thickness=ON,

interactionProperty='IntProp-1')在上述代码中，我们首先定义了一个接触属性IntProp-1，然后设置了切向行为为罚函数(PENALTY)。接下来，我们创建了一个标准的表面-表面接触对Int-1，其中master和slave分别指定了接触对的主表面和从表面，sliding参数设置为FINITE表示允许有限滑动，thickness参数设置为ON表示考虑厚度效应。通过以上步骤，我们可以在ABAQUS中设置一个基本的显式动力学分析，包括定义分析步、设置输出请求和接触对。这些设置是进行准确和高效的动力学仿真所必需的，能够帮助用户深入理解材料在动态载荷下的行为。5求解与后处理5.1提交作业在ABAQUS中，提交显式动力学分析作业涉及到将模型、边界条件、载荷和分析设置等信息打包，然后通过ABAQUS/CAE或命令行界面运行。显式动力学分析通常用于解决高速、短时事件，如碰撞、爆炸或冲击，其中时间步长非常小，以确保分析的准确性。5.1.1使用ABAQUS/CAE提交作业打开模型：在ABAQUS/CAE中打开你已经创建的模型。设置分析步：在“分析步”模块中，定义显式动力学分析步，设置时间步长、总分析时间等参数。定义输出：在“输出”模块中，选择你希望在分析过程中记录的输出变量，如位移、应力、应变等。提交作业：在“作业”模块中，点击“提交”按钮，选择运行选项，如使用多少个处理器、是否使用并行计算等。5.1.2使用命令行提交作业#ABAQUS命令行提交作业示例

#假设模型文件名为model_explicit.inp

#输出结果文件名为results_explicit

abaquscaenoGUI=model_explicit.py

abaqusjob=model_explicitinput=model_explicit.inp在上述示例中，model_explicit.py是使用Python脚本定义的ABAQUS模型，model_explicit.inp是模型的输入文件，results_explicit是输出结果的文件名。5.2结果可视化ABAQUS提供了强大的后处理工具，用于可视化和分析显式动力学分析的结果。这包括位移、应力、应变等的动画显示，以及结果的切片、等值线图和图表等。5.2.1使用ABAQUS/CAE进行结果可视化打开结果文件：在ABAQUS/CAE中，选择“文件”>“打开”，然后选择你的结果文件。显示结果：在“历史”模块中，选择你想要查看的输出变量，如位移、应力等。动画显示：在“动画”模块中，设置时间步长，然后点击“播放”按钮，以动画形式查看模型在分析过程中的变化。创建图表：在“图表”模块中，选择你想要分析的数据，如节点位移、单元应力等，然后创建图表进行详细分析。5.2.2使用Python脚本进行结果可视化#ABAQUSPython脚本结果可视化示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromvisualizationimport*

#打开结果文件

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

#选择模型实例

odb=session.odbs['results_explicit.odb']

instance=odb.rootAssembly.instances['PART-1-1']

#显示位移

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

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

#创建动画

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step=0,frame=0)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step=0,frame=1)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step=0,frame=2)

#...重复设置每一帧，直到分析结束

#保存动画

session.XYReportOptions.setValues(reportsFormat=PDF)

session.writeXYReport(fileName='displacement_report',append=OFF,sortItem='Step')在上述示例中，我们首先导入了必要的模块，然后使用session.openOdb打开结果文件。通过session.viewports和session.XYReportOptions，我们可以设置显示状态、创建动画并保存结果。5.3结果解释与分析显式动力学分析的结果解释需要关注几个关键点，包括模型的变形、应力分布、能量变化等。这些信息可以帮助我们理解模型在动力学事件中的行为，以及评估模型的性能和安全性。5.3.1分析位移位移是显式动力学分析中最直观的结果之一。通过观察模型的位移，我们可以了解模型在载荷作用下的变形情况，以及是否有过度变形或失效的迹象。5.3.2分析应力应力分析可以帮助我们确定模型中应力集中的区域，这对于评估模型的强度和安全性至关重要。在ABAQUS中，可以查看vonMises应力、第一主应力、第二主应力等，以全面了解模型的应力状态。5.3.3分析能量能量分析，特别是动能和应变能的变化，可以提供关于模型动力学行为的深入理解。动能的变化反映了模型的运动状态，而应变能的变化则反映了模型的变形和能量吸收情况。5.3.4使用ABAQUS/CAE进行深入分析在ABAQUS/CAE中，可以使用“图表”模块创建详细的图表，以分析位移、应力、能量等随时间的变化。此外，通过“历史”模块，可以查看特定时间点的详细结果，如应力分布图、位移云图等。5.3.5使用Python脚本进行数据分析#ABAQUSPython脚本数据分析示例

#导入必要的模块

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromvisualizationimport*

fromodbAccessimport*

#打开结果文件

odb=openOdb(path='results_explicit.odb')

#获取模型实例

instance=odb.rootAssembly.instances['PART-1-1']

#分析位移

displacement=instance.nodes[1].displacement

print("Node1displacement:",displacement)

#分析应力

stress=instance.elements[1].stress

print("Element1stress:",stress)

#分析能量

totalEnergy=odb.steps['Step-1'].frames[-1].fieldOutputs['ENER'].values[0].data

print("Totalenergyattheendoftheanalysis:",totalEnergy)

#关闭结果文件

odb.close()在上述示例中，我们使用openOdb打开结果文件，然后通过instance.nodes和instance.elements访问节点和单元的数据。odb.steps和odb.frames用于访问分析步和时间步的数据，从而进行能量分析。通过上述步骤，你可以有效地在ABAQUS中提交显式动力学分析作业，进行结果的可视化，并进行深入的数据分析。这将帮助你更好地理解模型的动力学行为，以及评估其在特定载荷条件下的性能和安全性。6弹性力学仿真软件：ABAQUS：显式动力学分析方法-案例研究6.1碰撞分析6.1.1原理与内容碰撞分析是ABAQUS显式动力学分析中的一项重要应用，主要用于模拟高速碰撞事件，如汽车碰撞、飞行器着陆冲击等。ABAQUS的显式动力学模块通过求解动力学方程，能够精确捕捉材料在高速载荷下的非线性响应，包括塑性变形、断裂和冲击波传播等现象。关键技术与算法时间积分方法：ABAQUS使用显式时间积分方法，能够处理极短时间内的动力学响应，适用于高速碰撞。材料模型：包括弹性、塑性、断裂等模型，用于描述材料在碰撞过程中的行为。接触算法：处理两个或多个物体之间的接触，确保碰撞过程的准确模拟。示例：汽车碰撞模拟#ABAQUS/ExplicitPythonScriptforCarCrashSimulation

#ImporttheAbaqusmodule

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

#Createanewmodel

modelName='CarCrash'

mdb.models.changeKey(fromName='Model-1',toName=modelName)

#Definethegeometryofthecarandthebarrier

carPart=mdb.models[modelName].Part(name='Car',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

carPart.BaseSolidExtrude(sketch=carSketch,depth=carDepth)

barrierPart=mdb.models[modelName].Part(name='Barrier',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

barrierPart.BaseSolidExtrude(sketch=barrierSketch,depth=barrierDepth)

#Definematerialproperties

carMaterial=mdb.models[modelName].Material(name='CarMaterial')

carMaterial.Elastic(table=((carElasticModulus