調(diào)試Abaqus模型

本博客全面探討了Abaqus/Standard中調(diào)試模型的過程，重點(diǎn)是解決收斂問題。lt使用迭代方法和策略，對(duì)Abaqus/Standard和 Abaqus/Explicit進(jìn)行了詳細(xì)的比較，強(qiáng)調(diào)了理解模型特征、采用系統(tǒng)方法和在問題面前保持毅力的重要性。

 

介紹

Abaqus/standard模型的調(diào)試可能很復(fù)雜，特別是在結(jié)構(gòu)仿真中遇到收斂問題時(shí)。

本博客主要介紹Abaqus模型的調(diào)試，它指的是修復(fù)Abaqus/Standard中的收斂問題。調(diào)試可以指一系列事情，從構(gòu)建和修復(fù)網(wǎng)格中的問題到糾正基本的建模錯(cuò)誤、拼寫錯(cuò)誤的關(guān)鍵字等等。然而，本博客旨在學(xué)習(xí)如何解決Abaqus/Standard中的收斂問題。

 

Abaqus/Standard是最早的Abaqus求解器代碼，可以追溯到20世紀(jì)80年代初。它是一個(gè)有限元求解器代碼，也稱為隱式求解器，具有許多功能。這些模擬范圍從一般的非線性靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模擬到線性模擬，包括線性動(dòng)力學(xué)傳熱、聲學(xué)、壓電效應(yīng)等。

 

Abaqus/Standard使用增量迭代方法進(jìn)行一般模擬。它是圍繞牛頓-拉斐遜方法構(gòu)建的，這是一種用于針對(duì)收斂問題的數(shù)值計(jì)算技術(shù)，需要一個(gè)全面的調(diào)試策略

 

這種方法的成功完成導(dǎo)致所謂的“收斂”而它的失敗導(dǎo)致不收斂。區(qū)分這兩種狀態(tài)對(duì)于有效解決不收斂問題至關(guān)重要。

 

相比之下，Abaqus/Explicit是1992年左右發(fā)布的動(dòng)態(tài)顯式包。它是一個(gè)顯式求解器，運(yùn)行在一個(gè)根本不同的求解器技術(shù)。AbaqusExplicit具有各種功能，如通用非線性動(dòng)態(tài)仿真、傳熱和聲學(xué)，并結(jié)合結(jié)構(gòu)、大變形方法和魯棒接觸算法，適用于復(fù)雜的三維接觸模型。

 

動(dòng)態(tài)顯式分析包Abaqus/Explicit不使用牛頓-拉斐遜方法，因此不存在收斂問題。然而，顯式代碼可以面對(duì)數(shù)值穩(wěn)定性的關(guān)注。

 

在Abaqus/Standard中面臨嚴(yán)重收斂問題的用戶可以考慮切換到Abaqus/Explicit。由于兩個(gè)求解器的界面非常相似，因此轉(zhuǎn)換到Abaqus/顯式可以幫助緩解在Abaqus/Standard模擬中遇到的收斂挑戰(zhàn)。

 

示例：連接器彈簧

第一個(gè)例子涉及到一個(gè)單元素模型，其中有一個(gè)連接器元素施加力。非線性彈簧剛度平衡力。連接器元素是一個(gè)Cartesian-Cardan連接器。其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的第一分量具有非線性剛度，而相對(duì)運(yùn)動(dòng)的其他分量則受到約束。

 

由于彈簧在一個(gè)方向上是非線性的，該模型相對(duì)簡(jiǎn)單，使用靜態(tài)負(fù)載階躍。這意味著我們要測(cè)試彈簧在負(fù)載下的拉伸程度。在調(diào)試收斂問題時(shí)，識(shí)別關(guān)鍵模型特征是至關(guān)重要的：

l 具有非線性剛度連接器元件

l 邊界條件，包括連接器運(yùn)動(dòng)約束

l 集中荷載

l 靜態(tài)過程

 

即使不需要調(diào)試，我們也必須了解模型中的特性。了解如何使用模型功能與了解它們可能導(dǎo)致的問題（如

l 非線性彈簧可能具有非單調(diào)的力/撓度特性

l 多個(gè)約束可能會(huì)相互干擾。

l 跟隨負(fù)載可能會(huì)導(dǎo)致不對(duì)稱求解器的需要。

l 模擬的過程可能是準(zhǔn)靜態(tài)的，導(dǎo)致靜態(tài)分析的失敗。

 

通過培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)培養(yǎng)了對(duì)潛在陷阱的了解。幾乎任何復(fù)雜的人類努力都是如此。通過培訓(xùn)，一個(gè)人可以避免僅僅依靠體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，同時(shí)提高自己識(shí)別和有效應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的能力。

 

在下面的示例中，模型無法按原樣完成。首先要做的是查看狀態(tài)文件。(您可能更喜歡在Abaqus/iewer中使用Job Diagnostic，但我更喜歡文本文件)。綠色的文本表示存在收斂問題。

 

通過培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)培養(yǎng)了對(duì)潛在陷阱的了解。這對(duì)于幾乎任何復(fù)雜的人類努力都是如此。通過培訓(xùn)，可以避免僅僅依賴體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，同時(shí)提高自己識(shí)別和有效應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的能力。

 

在下面的示例中，模型無法按原樣完成。首先要做的是查看狀態(tài)文件。(您可能更喜歡在Abaqus/Viewer中使用Job Diagnostic:但我更喜歡文本文件)。綠色的文本表示存在收斂問題。

 

 

 

我的日志文件包含一條錯(cuò)誤代碼消息，但這些是較低級(jí)別的系統(tǒng)相關(guān)問題，我需要單獨(dú)調(diào)查。在這里，我們正面臨著一個(gè)普通的趨同問題。一旦我們確定了分析突然終止的問題，我們必須檢查消息文件。

 

我喜歡先檢查文件的末尾。當(dāng)我在Abaqus/Viewer中打開ODB時(shí)，我喜歡這樣做，并顯示上次保存結(jié)果的變形形狀。這種情況下，消息表示所需時(shí)間小于指定的最小時(shí)間，這是一種通用消息。

 

通常，錯(cuò)誤消息重復(fù)已經(jīng)知道的內(nèi)容。當(dāng)我查看消息文件時(shí)，通常會(huì)在錯(cuò)誤發(fā)生之前顯示模型變形形狀的圖片。然而，由于這是一個(gè)單元素模型，沒有太多需要可視化的東西。

 

現(xiàn)在我知道了過度削減導(dǎo)致了錯(cuò)誤，我可以回顧消息文件，記錄關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和元素并將其定位在變形網(wǎng)格中。我需要找出這些數(shù)字的模式所以我會(huì)問自己一些問題，比如：

 

l 相同的節(jié)點(diǎn)組是否始終具有最大的殘差?

l 同一組節(jié)點(diǎn)是否始終會(huì)導(dǎo)致聯(lián)系人出現(xiàn)問題?

l 最大的修正是在相同的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上嗎?

l 在同一組元素中，可塑性似乎失控了嗎?等等

 

數(shù)字模式可以幫助您識(shí)別導(dǎo)致問題的網(wǎng)格區(qū)域。您可以在顯示的網(wǎng)格中快速定位這些實(shí)體

現(xiàn)在，由于工作突然中斷，希望您保存了一些中間結(jié)果。你必須提出一個(gè)假設(shè)來緩解這個(gè)問題。這一假設(shè)必須與已確定的問題網(wǎng)格區(qū)域和模型特征固有的潛在問題保持一致。

 

你必須通過壓力和位移的動(dòng)畫或輪廓圖來仔細(xì)研究已知的結(jié)果，以完善這個(gè)假設(shè)。有了一個(gè)可行的假設(shè)，下一步包括修改模型以解決假設(shè)的問題。

 

運(yùn)氣好的話，一旦實(shí)施了修復(fù)，問題將得到解決。然而，如果問題仍然存在或出現(xiàn)新的并發(fā)癥，一個(gè)不正確的假設(shè)可能是原因。在這種情況下，特別是在處理收斂問題時(shí)，堅(jiān)持是至關(guān)重要的。

 

在這種情況下，在節(jié)點(diǎn)二處觀察到問題。這是預(yù)計(jì)出的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，這是唯一的自由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)格處于平衡狀態(tài)，但有一個(gè)問題，找到另一個(gè)稍大的負(fù)載平衡狀態(tài)。這使我假設(shè)，有一些奇怪的非線性剛度。

 

 

 

為了獲得更深入的了解，我們需要實(shí)施一種在訓(xùn)練中推廣的技術(shù):位移控制加載。而不是施加一個(gè)負(fù)載，我們可以拉伸彈簧與應(yīng)用的邊界條件，并觀察結(jié)果。該模型具有簡(jiǎn)單的力控加載，可以很容易地轉(zhuǎn)換為位移控制。通過施加一個(gè)固定的位移，我們可以修改模型，并成功地完成分析。

 

 

 

力與位移圖表明，非單調(diào)力偏轉(zhuǎn)行為阻礙了靜態(tài)過程的力坡躍。這清楚地暴露了負(fù)載在2.0左右時(shí)沒有接近平衡狀態(tài)的平衡狀態(tài)的問題。這種行為源于Abaqus靜態(tài)模擬中的默認(rèn)振幅設(shè)置，使力的應(yīng)用變得復(fù)雜。

 

 

 

有幾個(gè)解決方案可以考慮解決這個(gè)問題

l 插值對(duì)應(yīng)于2.0載荷的位移并重新運(yùn)行。

l 運(yùn)行兩步模擬，切換到力控制，如下圖所示。

l 使用相對(duì)較新的*STEP CONTROL選項(xiàng)。

 

 

 

這個(gè)例子展示了非線性仿真調(diào)試的更廣泛的復(fù)雜性，強(qiáng)調(diào)了識(shí)別和解決收斂問題的有必要采用有條理的方法。

 

示例：板通過環(huán)

 

 

第二個(gè)例子說明了在使用軸向拉動(dòng)穿過橢圓形橫截的剛性環(huán)的薄彈性盤進(jìn)行的有限單元分析中經(jīng)常遇到的收斂問題。磁盤應(yīng)該被完全拉過，但模擬失敗，導(dǎo)致可怕的消息，表明分析尚未完成。這個(gè)例子突出了一個(gè)常見的挫折，由于在這樣的模擬過程中的收斂問題。

 

 

 

讓我們查看我創(chuàng)建的加載步驟。這一步已經(jīng)使用了位移控制加載，因此切換到這一步是沒有希望解決問題的模型的重要功能包括

 

l C3D20RH型二次單元

l 超彈性材料

l 一般聯(lián)絡(luò)人

l 邊界條件

l 剛體約束

l 靜態(tài)過程

 

一旦我們確定了模型的關(guān)鍵特征，下一步就是確定陷阱，并了解如何使用這些特征來產(chǎn)生高質(zhì)量的結(jié)果。在模型中使用超彈性材料之前，了解其穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，因?yàn)槌瑥椥缘牟牧蠎?yīng)在預(yù)期應(yīng)變范圍內(nèi)穩(wěn)定。

 

我們可能會(huì)遇到與接觸的問題。例如，當(dāng)遇到Abaqus/Standard中的接觸模型的收斂問題時(shí)，我們可能需要激活非對(duì)稱求解器。接觸可能需要非對(duì)稱求解器，特別是在有摩擦的情況下。在模擬像這樣的準(zhǔn)靜態(tài)過程時(shí)，我們必須避免過度約束，并注意與靜態(tài)過程的沖突。

 

 

 

該模型通過steo使其在陸地達(dá)特沃上運(yùn)行，推送信息，表明分析尚未完成。此消息文件中有許多負(fù)特征值消息?；跉埐詈蜁r(shí)間平均力，很明顯，該型是在一個(gè)可接受的平衡狀態(tài)。

 

 

 

讓我們?cè)谶@個(gè)階段制定一個(gè)合理的工作假設(shè)。我們正在使用接觸式最佳實(shí)踐。我們有一般的接觸，非對(duì)稱解算器由于摩擦而被激活。超彈性材料是穩(wěn)定的。由于他們所處的位置，不存在過度約束的可能性。

 

存在許多持久的負(fù)特征值消息。這與部分結(jié)果的動(dòng)畫一起，導(dǎo)致了屈曲的假設(shè)。我們需要一個(gè)解決方案來繼續(xù)后屈曲行為，并將盤完全拉過。各種技術(shù)，例如Riks方法、靜態(tài)穩(wěn)定化、準(zhǔn)靜態(tài)隱式動(dòng)力學(xué)和顯式動(dòng)力學(xué)可以幫助我們解決這個(gè)問題。

 

讓我們?cè)?/span>Abagus/Standard中從靜態(tài)過程切換到準(zhǔn)靜態(tài)隱式動(dòng)力學(xué)。

 

 

 

我們?cè)试S一個(gè)非常小的增量大小，并增加削減的數(shù)量。在一些情況下，當(dāng)仿真以相當(dāng)大的增量大小平穩(wěn)運(yùn)行，但觀察到屈曲行為時(shí)，我們必須過渡到小增量大小。有時(shí)，它可能需要一個(gè)最小的增加和超過五個(gè)削減，默認(rèn)的數(shù)目在進(jìn)行隱含動(dòng)力學(xué)分析時(shí)將時(shí)間視為物理量而非靜態(tài)分析中的一種歸一化量至關(guān)重要。

 

 

 

這個(gè)收斂問題的解決方案在于修改模擬程序。曲線的問題區(qū)域進(jìn)行導(dǎo)航，使模擬成功地完成。

這個(gè)例子揭示了理解仿真的具體特征和應(yīng)用定制策略來解決復(fù)雜有限元分析中的收斂問題的重要性。

 

示例：0環(huán)壓縮和松弛

 

 

最后一個(gè)例子是一個(gè)超彈性/粘彈性O(shè)形環(huán)被壓縮，然后放松。上圖中的綠色圓形部件代表0形環(huán)。在靜態(tài)步驟中，剛性板將0形環(huán)壓縮到彈性材料的凹槽中。在使用*VISCO程序的第二步中，當(dāng)密封松弛時(shí)，板保持固定。

 

該模型的功能包括一般接觸，邊界條件和對(duì)稱平面。分析運(yùn)行時(shí)，第一步?jīng)]有完成。調(diào)試過程包括徹底檢查部分結(jié)果、動(dòng)畫和消息文件，以確定問題的來源。

 

 

 

消息文件指出，雖然平衡是好的，但在接觸方面存在問題。注意關(guān)于粘和滑的信息。

工作假設(shè)是0形圈正在發(fā)生粘滑行為，這導(dǎo)致靜態(tài)過程出現(xiàn)問題。解決方法是使用準(zhǔn)靜態(tài)隱式動(dòng)態(tài)。在這種情況下，切換過程會(huì)使事情變得更糟，這是可能發(fā)生的。消息文件指示在位于凹槽尖銳邊緣的節(jié)點(diǎn)4和4559處存在邊面對(duì)面接觸的接觸問題。

 

 

 

讓我們來看看在一般接觸的邊緣。我們可以使用Abaqus/iewer在聯(lián)系域中可視化GENERAL CONTACT_EDGES 3。我們注意到對(duì)稱邊界上有不需要的邊。Abaqus/Standard中的一般接觸中有從接觸域中移除邊緣的選項(xiàng)。讓我們移除這些然后再試一次一旦整個(gè)模型運(yùn)行，我們就可以考慮恢復(fù)到靜態(tài)過程。一次只做一個(gè)改變效果最好，這樣程序就不會(huì)改變。

 

 

 

我們正在改變接觸，以消除對(duì)稱平面上的邊緣，并將第一步轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)過程。這給了我物理時(shí)間和粘彈性效應(yīng)。這也給了我們一個(gè)慣性效應(yīng)。這意味著我們必須密切關(guān)注這一步驟的時(shí)間。

 

我用的是0的時(shí)間。這一步和30秒的弛豫時(shí)間。由于這個(gè)小0形環(huán)的加載速率與松弛時(shí)間相比并不長(zhǎng)，0。似乎是一個(gè)很好的時(shí)間來使用這一步驟。

 

雖然步驟1成功，但模擬仍然失敗。我們完成了壓縮步驟，進(jìn)入了VISCO步驟，但是它失敗了。通過分析步驟二中的部分結(jié)果、動(dòng)畫和最后保存的結(jié)果，在縮小后的積分網(wǎng)格中觀察到變形模式。

 

 

 

海豹的變形形狀圖表明了C3D8RH元素的沙漏。這是需要毅力的地方。我們可以消除減少的集成元素，加入完全集成的元素，消除沙漏效應(yīng)。下一步是將brick元素切換到C3D8H，然后重試。重新運(yùn)行模擬提供了一個(gè)完整的結(jié)果。解決方案現(xiàn)在已經(jīng)成功。我們可以在閑暇時(shí)改進(jìn)模型。

 

 

 

我決定完善網(wǎng)格和圓的凹槽邊緣。通常，當(dāng)邊緣被圓角化時(shí)更容易獲得收斂。圓的半徑應(yīng)該足夠大，以使網(wǎng)格符合它如果你需要一個(gè)更鋒利的邊緣，使用更精致的網(wǎng)格。

 

 

 

一旦我們實(shí)現(xiàn)了這些更改，模擬就成功了。這個(gè)例子證明了堅(jiān)持和適應(yīng)在解決趨同挑戰(zhàn)方面的重要性。

 

有限元模型的通用調(diào)試技術(shù)和策略

調(diào)試Abaqus/standard收斂問題可能會(huì)令人望而生畏。清單對(duì)于識(shí)別和解決模型中的這些挑戰(zhàn)至關(guān)重要。

 

以下是在Abaqus/Standard中有效調(diào)試模型的關(guān)鍵步驟：

l 了解您的模型功能以及如何正確使用它們

l 識(shí)別您的模型功能可能導(dǎo)致的潛在缺陷

l 應(yīng)用所有可用的信息形成一個(gè)假設(shè)

l 部分結(jié)果是有益的。請(qǐng)記住在調(diào)試時(shí)不要人為地限制輸出。

l 讀取錯(cuò)誤/警告消息并分析消息文件

l 為假設(shè)的問題定義一個(gè)變通方法

l 最初的嘗試失敗并不罕見。毅力是完成分析的關(guān)鍵

l 最后要記住的是，通過培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)，人們可以了解特定功能的陷阱。培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)使用戶能夠提高假設(shè)和實(shí)施融合問題的實(shí)際解決方案的能力。

l 下面是推薦的培訓(xùn)班和進(jìn)一步學(xué)習(xí)的資源列表。

 

l 用Abaqus求收斂解

l 用Abaqus模擬接觸和再收斂

l Abaqus/顯式:高級(jí)主潁

l 用Abaqus進(jìn)行屈曲、后屈曲和束腰分析

l 任何訓(xùn)練課程都是有益的

 

這些教育資源可在SIMULIA網(wǎng)站上獲取。如果您希望在使用Abagus/Standard調(diào)試融合問題時(shí)提高解決問題的能力，我鼓勵(lì)您探索這些培訓(xùn)機(jī)會(huì)。

 

結(jié)論

總之，在Abaqus/Standard中調(diào)試收斂性問題是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要深入了解模型的特點(diǎn)和潛在的問題。培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)有助于準(zhǔn)確的假設(shè)制定，以實(shí)施成功的解決方案。牛頓-拉斐遜方法是求解器的核心，當(dāng)出現(xiàn)不收斂時(shí)，系統(tǒng)性的方法被用來診斷和補(bǔ)救問題。

 

在此過程中，部分結(jié)果、錯(cuò)誤消息和動(dòng)畫是極其寶貴的，可以避免修改以取得成功的結(jié)果

持續(xù)性是必需的，因?yàn)樽畛醯膰L試可能只是有時(shí)解決問題。

 

最終，一個(gè)系統(tǒng)化和知識(shí)化的方法，加上堅(jiān)持不懈的支持，對(duì)于掌握Abaqus/Standard中有限元模型的調(diào)試至關(guān)重要。

 

要了解更多關(guān)于掌握Abaqus/standard中的調(diào)試，我們邀請(qǐng)您訪問我們?cè)谶@里錄制的會(huì)話。