方若詩

1 Abaqus中的多步驟分析

Abaqus模擬分析的一般目標是確定模型對所施加載荷的響應。載荷可以代表使結構的響應從其初始狀態(tài)到發(fā)生變化的任何事情，例如：非零邊界條件或施加的位移、集中力、壓力以及場等。在某些情況下，載荷可能相對簡單，如施加在結構上的一組集中載荷；在另外一些問題中，施加在結構上的載荷可能會相當復雜，例如，在某一時間段內，不同的載荷按一定的順序施加到模型的不同部分，或載荷的幅值是隨時間變化的函數(shù)等。這種作用在模型上的復雜載荷即為載荷歷史。

在Abaqus中，用戶將整個載荷歷史劃分為若干個分析步，每一個分析步是由用戶指定的一個時間段。在該時間段內，Abaqus計算該模型對一組特殊載荷和邊界條件的響應。在每一個分析步中，用戶必須指定響應的類型，稱為分析過程。從一個分析步到下一個分析步，分析過程也可能發(fā)生變化，例如：可以在一個分析步中施加靜態(tài)恒定載荷（如自重載荷），而在下一個分析步中計算這個施加載荷的結構對于地震加速度的動態(tài)響應。隱式和顯式分析均可以包含多個分析步驟，但是在同一個分析作業(yè)中不能夠組合隱式和顯式分析。為組合一系列的隱式和顯式分析步，可以應用結果傳遞或輸入功能。

Abaqus的分析過程主要分為2類：線性擾動和一般性分析。在Abaqus Standard或Abaqus Explicit中可以包括一般分析步，而線性擾動分析步只能用于Abaqus Standard分析中。對于2種情況的載荷條件，其“時間”定義是不相同的，因而從每一種過程得到的結果必須區(qū)別對待。

在一般分析步中，模型的響應可能是非線性的也可能是線性的；而在擾動過程分析步中，響應只能是線性的。Abaqus Standard處理這個分析步，作為由前面的一般分析步創(chuàng)建的預加載、預變形狀態(tài)的線性擾動，即所謂的基本狀態(tài)；Abaqus的線性模擬功能比單純線性分析更廣。

2 Abaqus中分析步、增量步和迭代步的區(qū)分

分析步是由用戶定義的，是指一個分析過程的各個步驟所包含的不同載荷和邊界條件等。分析步一般包括分析過程選項、載荷選項和輸出要求選項。每個分析步運用不同的載荷、邊界條件、分析過程選項和輸出要求。

增量步是分析步的一部分。在進行非線性分析中，Abaqus將每個分析步的總載荷分解為更小的增量步，可在很小的載荷增量下得到收斂結果，以便進行下一步分析。

增量步有initoal、min和max等3個屬性值設定。初始增量步中的載荷大小=總的載荷大小×初始增量步時間÷分析步總時間。在Abaqus Standard中，用戶設置初始增量步大小，系統(tǒng)會自動選擇后續(xù)增量步大?。欢贏baqus Explicit中，時間增量步完全是默認的，且時間增量步要小得多。每個增量步結束時，系統(tǒng)都處于近似平衡狀態(tài)，并可以將結果輸出到數(shù)據庫中，若將增量步設置輸出，則稱此增量步為幀。

迭代步是增量步中尋求平衡解答的嘗試。Abaqus首先根據用戶指定的初始增量步大小進行迭代；在缺省狀態(tài)下，若某一增量步16次迭代中仍不收斂（或者出現(xiàn)發(fā)散），會放棄當前增量步，并將增量步大小減小為當前增量步大小的1/4，重新開始迭代嘗試。當獲得平衡解答，即結果收斂時，迭代和增量步結束。

在Abaqus Explicit中不需迭代即可獲得解答。

可在Basic中設置分析步的時間周期和Nlgeom幾何非線性等。在Increment中設置增量步是自動還是固定、增量步的最大數(shù)目（最大增量步結束還沒完成分析，計算仍會中止）、初始增量步大小等。

3 Abaqus節(jié)點值隨分析步變化的設置方法

在數(shù)值模擬當中，常常關注某些點隨著分析步的變化情況，例如在隧道開挖模擬中關注某些點的變形隨隧道的掘進而產生變化的情況，最后與實際的監(jiān)測值進行對比。Abaqus后處理中關于節(jié)點數(shù)值（應力、變形等）隨著分析步的變化設置方法如下。

依次點擊Tools→XY Data→Create，在Source版塊中選擇ODB Field Output，進入XY Data from ODB Field Output選項卡，在Position的下拉菜單中選擇單元、節(jié)點等，勾選所關心的變量，如應力、變形和反力等，當然也可以勾選多個。選擇節(jié)點（Unique Nodal）以及豎向變形（U2）的選項卡見圖1。

點擊Elements/Nodes（見圖2），可以看到在Method中有4種選擇方法。若選擇第一種Pick from viewport，接著點擊Edit Selection，再在云圖當

中選擇自己關心的點，最后點擊Save。

依次點擊Tools→XY Data →Manager，進入XY Data Manager對話框，見圖3。由于前面步驟只勾選了U2，所以這里就只有一個，若前面勾選多個，則在這里同樣會顯示對應的結果。點擊Plot可以顯示該節(jié)點U2值隨著分析步的變形情況，見圖4。

（摘自同濟大學鄭百林教授《CAE操作技能與實踐》課堂講義）

（待續(xù)）