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线性静态分析第二讲L2.2IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit概述•线性和非线性过程•线性静态分析和多工况•多工况应用•例子•习题2：悬臂梁的线性静态分析线性和非线性过程L2.4IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit线性和非线性过程•一般的，Abaqus将分析过程分解为多个分析步.•每一步都是分析过程的一个阶段—瞬态热传导分析,蠕变,瞬态动态分析等.•Initssimplestformastepcanbejustastaticanalysisofaloadchangefromonemagnitudetoanother.•对一个每一步都要定义分析类型.•分析类型可定义为:静力学分析,动力学分析,特征值屈曲,热传导分析等.•载荷，边界条件和输出可以在分析步中定义或修改.L2.5IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit线性和非线性过程•例子,弓箭的释放过程分析，此分析包括四步:•分析步1:预拉伸(staticresponse).•分析步2:回拉(staticresponse).•分析步3:提取自然频率.•分析步4:释放弓箭(dynamicresponse).Step3=NaturalfrequencyextractionL2.6IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit线性和非线性过程•Abaqus有两种分析步类型:•通用分析步*•响应可以是线性的或者非线性的.•通用分析步的起始状态是前一个通用分析步的结束状态•线性摄动分析步•响应只能是线性的.•线性分析是基状态（初始构型或当前构型）的线性摄动.•基状态之前的响应可以是非线性的.*在Abaqus/Explicit中，只有通用分析步.L2.7IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit•在Abaqus/Standard中，纯的线性摄动过程包括：*BUCKLE(特征值屈曲分析)*FREQUENCY(特征值提取)*MODALDYNAMIC(瞬态线性动力学分析)*RANDOMRESPONSE(随机激励的结构响应)*RESPONSESPECTRUM(动载荷的峰值线性响应)*STEADYSTATEDYNAMICS(谐波激励下的稳态动力学响应)•*STATIC分析步可以是线性摄动或通用过程。•下面有详细的讨论。线性和非线性过程L2.8IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit线性和非线性过程•默认的幅值引用•不同的分析过程有不同的默认值•对于没有自然时间度量的过程AMPLITUDE=RAMP*STATIC*HEATTRANSFER,STEADYSTATE*COUPLEDTEMPERATURE-DISPLACEMENT,STEADYSTATE*SOILS,STEADYSTATE*COUPLEDTHERMAL-ELECTRICAL,STEADYSTATE*STEADYSTATETRANSPORTL2.9IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit•对于有自然时间度量的过程AMPLITUDE=STEP*DYNAMIC*VISCO*HEATTRANSFER(瞬态)*COUPLEDTEMPERATURE-DISPLACEMENT(瞬态)*DYNAMICTEMPERATURE-DISPLACEMENT,EXPLICIT*COUPLEDTHERMAL-ELECTRICAL(瞬态)*SOILS,CONSOLIDATION*STEADYSTATEDYNAMICS*RANDOMRESPONSE*MODALDYNAMIC•在显式动力学过程(*DYNAMIC,EXPLICIT)中，预定的非零边界条件必须引用幅值选项。线性和非线性过程注释：频域过程幅值引用定义了载荷和频率之间的关系。线性静态分析和多工况L2.11IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit•静态分析是唯一既可以包含通用分析步，又可以包含摄动分析步的过程：*STEP*STATIC或*STEP,PERTURBATION*STATIC•当研究结构在不同载荷集和边界条件集的线性响应时，在单个摄动分析步中使用多工况分析比多摄动步分析更方便。•载荷工况包括载荷和边界条件。线性静态分析和多工况L2.12IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit多工况应用•下面的过程支持多工况分析：*STEP,PERTURBATION*STATIC*STEADYSTATEDYNAMICS,DIRECT•工况中可以包含下面的载荷类型：•集中力和分布力•边界条件(不同的工况可以有不同的边界条件)•惯性解除L2.13IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit线性静态分析和多工况•当被分析的组件承受多种不同类型的载荷时，多工况分析将非常有用。•在许多工业领域非常常见。•例如，飞机在起飞、爬升、巡航、俯冲、着陆和滑行过程中经历的不同载荷。•每个工况独立施加。•如果在载荷历程中的所有阶段假定结构的刚度为常数（线性假设），多工况分析可以辅助确定载荷包络线。L2.14IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit线性静态分析和多工况Multiple*LOADCASEMultiple*STEP,PERTURBATIONElementloop(stiffness/multipleRHS)Primaryfactorization(withpossiblymultiplesmallfactorizations)SimultaneousbacksubstitutionElementloop(simultaneousrecovery)Elementloop(stiffness/singleRHS)Factorization(orreadfactorizedmatrixfrom.fctfile)BacksubstitutionElementloop(recovery)Next*STEPL2.15IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit线性静态分析和多工况•例子：农用工具•下图是农用工具，它通过三点挂钩连接到拖拉机，并拖在拖拉机之后。•挂钩的目的是用于向工具传递拖动载荷，但是不允许工具浮动，或工具的运动独立于拖拉机。L2.16IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit线性静态分析和多工况•三个工况•连接件非常柔软，工具上的载荷没有明确指出，但是可能是多种不同类型载荷的组合。垂直载荷侧向载荷向前载荷多工况应用L2.18IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit多工况应用...*Step,perturbation*Static*LoadCase,name=BendingA*Boundaryright,1,6*Cloadleft,3,1.*EndLoadCase*LoadCase,name=BendingB*Boundaryleft,1,6*Cloadright,3,1.*EndLoadCase*EndStepNodesetleftNodesetrightBendingABendingBL2.19IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit多工况应用•附加规则•工况名(*LOADCASE,name=name)必须唯一•在工况之外指定的载荷选项对所有工况都有效•基状态边界条件传播到所有的工况•使用OP=NEW的规则•如果在工况步内的任意位置使用该选项，则必须在相应的分析步的每个工况中都要使用该选项•如果在工况步中使用任何的*BOUNDARY，则所有从历史步中传播的边界条件将被删除•不同*LOADCASE选项定义的载荷或者边界条件不会相互影响L2.20IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit多工况应用•为不同的工况改变边界条件•当只是改变边界条件的大小时，对求解性能不会造成影响。•从工况到工况之间，尽量减小边界条件位置变化的数量。•如果改变位置的边界条件的分布和数量变化很大，多工况分析可能会明显的慢于等效的多步骤分析（与问题非常相关）。•如果对此怀疑，运行datacheck分析（多步骤vs多工况），比较求解器中的求解器信息数据（.dat）文件（比如，内存需求，浮点操作的数量，等等）。L2.21IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit多工况应用•问题大小•合并的自由度个数和工况个数决定了“问题大小”。•多工况分析可能需要更多的：•内存（相对于等效的多步骤分析）。在回代的过程中，方程的右手边必须保留在内存中。•硬盘空间（单元和节点数据库）。•在可能的情况下，设置：•standard_memory为最小的I/O(请察看数据文件)。•standard_memory_policy为MAXIMUM。•如果必要，将不同的工况散布到几个分析步中，用以减小每个分析步中内存和硬盘的使用量。•最坏情况：回到多摄动步分析（在这里，还可以比较数据文件中的求解器信息）。L2.22IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit多工况应用•输出•按每个分析步输出(不是每个工况)•可以输出到输出数据库(.odb)和打印输出文件(.dat)•对于输出数据库文件：•工况的所有输出变量被映射到帧•同增量映射到帧类似•帧包含工况名•只有场输出(没有历程输出)L2.23IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit多工况应用•Abaqus/Viewer的后处理•支持在整个帧中进行操作•对于选定的帧，可以创建：•线性合并(比如，工况的线性组合)•最大/最小包络线(比如，在所有工况中找出最大应力)L2.24IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit多工况应用Misesstress:BendingAMisesstress:BendingBMaxvalueofMisesstressoverbothframes例子L2.26IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit例子•方板基准程序•工况的个数：8和16–*Static,perturbation•改变角点处边界条件的位置•默认输出改变边界条件模型#节点/边#变量(#DOF)11016120622012424063501150600647513384006L2.27IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit例子•执行结果：全部CPU时间0.E+001.E+042.E+043.E+044.E+040.E+001.E+062.E+063.E+064.E+06NumberofvariablesCPUtime(sec)8Steps8LoadCases16Steps16LoadCasesL2.28IntroductiontoAbaqus/StandardandAbaqus/Explicit例子•执行：751751模型的细节相对CPU时间–3.4Mvariablecase8Steps/8Loadcases16Steps/16LoadcasesSolver7.5214.3Total5.047.48L2.