基于ABAQUS 吸声尖劈模型抑振效果仿真分
析
郑律,从刚
（哈尔滨工程大学 船舶工程学院 哈尔滨 150001）
摘 要：本文基于有限元方法开展了吸声尖劈模型对声纳平台的抑振效果的影响研究.通过有限元模型的数值仿真计算表明：敷设吸声尖劈后声纳平台表面振动速度幅值在多数频点处有较大下降，但在某些频点处其振动响应则在增大；同时，声纳平台典型部位的振动响应随考核部位的不同而各有不同；对比敷设尖劈前后典型部位的振速可以看出敷设吸声尖劈后，声纳平台的振动明显降低；而对于整个声纳平台而言，吸声尖劈对于舷侧的抑振效果最为明显。因此，总体上讲吸声尖劈的敷设，对于声纳平台的的振动起到了一定的抑制作用。
关键字：吸声尖劈；声纳平台；有限元；抑振
中图分类号：TB53 文献标识码：A 文章编号：
Simulative analysis of the vibration suppression effect of sound
absorption wedge base on ABAQUS
Lv Zheng, Shuai Lv, Gang Cong
(Harbin Engineering University, Harbin, 150001, China)
Abstract ：The paper made a research of the vibration suppression effect of sound absorption wedge on the impact of sonar platform based on the method of finite element. Through the numerical simulation of the finite element model showed that: while put the sound absorption wedge on the surface of sonar platform, the vibration velocity amplitude will have a significant reduction in the majority of frequency point, but in certain frequency vibration response increased; at the same time, the typical position of the sonar platform vibration response will vary with the different assessment typical site; Contrasting typical site vibration velocity before and after putting the sound absorption wedge on sonar platform, the conclusion can be seen that after putting the sound absorption wedge on sonar platform, the vibration velocity significantly reduced; But to the whole sonar platform, the sound absorption wedge had the most obvious effect on shipboard. Overall, the sound absorption wedge played a certain extent role on the vibration suppression of sonar platform.
Keywords ：sound absorption wedge; sonar platform; finite element;
0 引言
1
收稿日期：2012-02-25
声纳平台自噪声一直是声纳设计及建造部门十分关注的问题。为保障声纳系统的正常工作，提高声纳系统的性能，常要求声纳平台半混响区的声学环境最优。为此，声纳平台区域常敷设吸声尖劈材料。由于声纳平台多是由上平台、下平台、支撑圆筒及导流罩透声窗等组成的混响空间，吸声尖劈的实际抑振降噪效果与声纳平台的结构参数将密切相关，为此，本文针对新型吸声尖劈结构开展了敷设吸声尖劈的声纳平台抑振降噪效果数值仿真研究。通过对比敷设吸声尖劈前后声纳平台的典型位置的振速变化，给出了吸声尖劈的实际抑振效果。
作者简介：郑 律(1988-), 男,硕士研究生。研究方向：船舶与海洋工程结构物设计制造。E-mail:272460406@https://www.doczj.com/doc/fd7307995.html, ；
1 声纳平台计算模型简介
声纳平台试验模型为左右对称结构，其主要由上下平台、后壁及支撑圆柱壳等组成；支撑圆柱位于上下平台中心，主要用于支撑整体结构并固定声纳探测设备；上下平台及后壁结构用于区划其它结构，并保证声纳设备不受外界因素的干扰。其结构如图1所示。
图1 声纳平台模型实际结构图
1.1 吸声尖劈计算模型
由于声纳平台结构的复杂性，理论分析吸声尖劈的实际抑振效果具有较大的困难，为此，本文采用有限元方法分析了吸声尖劈的实际抑振降效果。
为便于对比分析，本文以声纳平台为对象，通过对比敷设尖劈前后声纳平台的振动水平，进行了吸声尖劈的抑振降效果分析。
计算中分声纳平台内表面不敷设吸声尖劈、敷设吸声尖劈两种状态，通过分别施加振动激励载荷（激励频率分别为20Hz、25Hz、31.5Hz、40Hz、50Hz、63Hz、80Hz、100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz）及声激励载荷开展了吸声尖劈的实际抑振降性能研究。各计算状态下声纳平台的激励载荷情况见表1所示，吸声尖劈敷设方式如图2所示。
表1 各计算状态下声纳平台激励载荷工况表
a. 吸声尖劈上下平台敷设示意图
b. 吸声尖劈后壁敷设示意图
图2 吸声尖劈敷设方式示意图
声纳平台试验模型分析结构如图3所示，不敷设吸声尖劈时声纳平台结构模型网格共计26825个；敷设吸声尖劈时，模型网格103595个。
a. 声纳平台结构有限元模型和吸声尖劈结构模型
c.吸声尖劈及声纳平台结构模型 图3 声纳平台结构声场分析模型图
1.2 考核点布置
为便于考察结果，分析中设置了部分考核点，由于声纳平台各结构的振动加速度大小均不相同，因此，分析时考察声纳平台上下平台、后壁、舷侧加强筋等处的振动响应。在分析时在支撑圆柱0°、90°、180°方向处设置了声压考核点。声纳平台振动考核点如图4所示。
(a) 侧面
(b) 上平台
(c) 后壁
(d) 下平台
图4声纳平台加速度考核点布置图
2 吸声尖劈抑振指标
为便于讨论，现定义如下指标： （1）振动加速度级
为表征声纳平台结构振动的大小，定义声纳平台结构的振动加速度级a L [1]-[2]020lg(/)a L a a =：
(1)
式中：a —结构的振动加速度响应，62
110 m/s o a ?=×。
（2）抑振系数VR
吸声尖劈的抑振系数VR 的定义为：在相同载荷及边界条件下，敷设吸声尖劈前后，声纳平台结构振动加速度比值取以10为底的对数，再乘以20，其单位为dB 。它主要反映吸声
尖劈对声纳平台结构的抑振效果[3]-[4]
20lg(/)b c VR a a =。
（2）
式中：b a —敷设吸声尖劈前声纳平台结构的振动加速度；
c a —敷设吸声尖劈后声纳平台结构的振动加速度。
3 吸声尖劈抑振性能分析
为便于分析，吸声尖劈抑振性能仿真分低频抑振性能及高频性能两种情况进行考虑。 单频激励时，由于激振器性能的不同，单频激振时各激励频率下的激励力大小不尽相同，此时如直接采用测量数据分析得到吸声尖劈的抑振降噪较为困难。因此，此处可通过多对比敷设吸声尖劈前后模型在单位激扰力下的振动指标得到吸声尖劈的抑振效果[5]3.1典型部位振速响应分析
。
为进一步分析吸声尖劈对声纳平台振动的影响，图5给出了敷设吸声尖劈前声纳平台典型部位振动加速度。
（a ）敷设吸声尖劈前声纳平台上平台考核点振动加
（b ）敷设吸声尖劈前声纳平台舷侧考核点振动加速
度级变化曲线
（c ）敷设吸声尖劈前声纳平台下平台考核点振动加
速度级变化曲线 （d ）敷设吸声尖劈前声纳平台后壁考核点振动加速
度级变化曲线
图5 敷设吸声尖劈前声纳平台典型部位振动加速度
可以看出：一方面，声纳平台典型部位的振动响应随考核部位的不同而各有不同，在多
数频点处后壁、舷侧结构的振动响应较大，上平台结构的振动响应次之，下平台结构的振动响应最小；另一方面，声纳平台结构的振动响应随激励频率的变化也有较大改变，在f=100～400Hz频段附近，舷侧结构的振动相对较大，而在其他频点附近，后壁等结构的振动则相对较大。
3.2 声纳平台敷设吸声尖劈前后的振动分布云图
经仿真计算，可以得到声纳平台敷设吸声尖劈前后的振动分布，通过对比声纳平台结构振动变化，可以得到吸声尖劈对声纳平台的抑振效果。图6给出了敷设吸声尖劈前后声纳平台典型频率下的振动速度分布情况。
a1 敷设前f=20Hz a2 敷设后f=20Hz
b1 敷设前f=50Hz b2 敷设后f=50Hz
c1 敷设前f=100Hz c2 敷设后f=100Hz
d1 敷设前f=400 Hz d2 敷设后f=400 Hz
图6 敷设吸声尖劈前后声纳平台结构振动速度的分布情况
可以看出，敷设吸声尖劈前后声纳平台的振动分布特性发生了一定改变：敷设吸声尖劈后声纳平台表面振动速度幅值在多数频点处有较大下降，但在某些频点处其振动响应则在增大。
3.3 吸声尖劈抑振效果分析
为进一步分析吸声尖劈的减振效果, 表2 给出了吸声尖劈对声纳平台典型部位的抑振系数。
表2 敷设吸声尖劈对声纳平台典型部位的抑振系数VR
值；另一方面，吸声尖劈对对不同考核点的抑振效果也各不相同，对于上平台而言，其对1#、3#测点的平均抑振系数可达6.2dB和4.9dB，对于舷侧结构而言，其对8#、9#测点的平均抑振系数可达10.1dB和8.9dB，对于下平台而言，其对11#、12#测点的平均抑振系数可达5.2dB和5.5dB，对于后壁而言，其对13#、15#测点的平均抑振系数可达4.6dB和11.1dB。
结论
本文对吸声尖劈声纳平台模型试验的抑振效果进行研究，分析了吸声尖劈敷设前后的振动变化，通过上述研究可以看出：
（1）敷设吸声尖劈前后声纳平台振动将发生改变。一方面，声纳平台结构的振动沿空间发生改变；另一方面，声纳平台结构振动幅值也将发生改变。
（2）吸声尖劈具有较好的抑振效果。敷设吸声尖劈后，声纳平台的振动明显降低；而对于整个声纳平台而言，吸声尖劈对于舷侧的抑振效果最为明显。
（3）而对于个别频点，吸声尖劈的抑振效果不明显，由于共振现象导致其抑振效果反而下降。
参考文献
[1]尼基福罗夫．船舶结构声学设计[M]．谢信，王轲，译. 北京：国防工业出版社，1998．
[2]陆鑫森、金咸定、刘涌康．船体振动学[M]．北京：国防工业出版社，1980．
[3]商德江．复杂弹性壳体水下结构振动和声场特性研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，
1999．
[4]陈越澎．加筋柱壳的声学设计方法研究[D]．武汉：华中理工大学，1999．
[5]Ramesh T C, Ganesan N. Finite element analysis of cylindrical shells with a
constrained viscoelastic layer[J]. J. Sound. V ib., 1994. 172(3): 359-370
第二章 ABAQUS 基本使用方法 [2](pp15)快捷键：Ctrl+Alt+左键来缩放模型；Ctrl+Alt+中键来平移模型；Ctrl+Alt+右键来旋转模型。 ②(pp16)ABAQUS/CAE 不会自动保存模型数据，用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外丢失。 [3](pp17)平面应力问题的截面属性类型是Solid（实心体）而不是Shell（壳）。 ABAQUS/CAE 推荐的建模方法是把整个数值模型（如材料、边界条件、载荷等）都直接定义在几何模型上。载荷类型Pressure 的含义是单位面积上的力，正值表示压力，负值表示拉力。 [4](pp22)对于应力集中问题，使用二次单元可以提高应力结果的精度。 [5](pp23)Dismiss 和Cancel 按钮的作用都是关闭当前对话框，其区别在于：前者出现在包含只读数 据的对话框中；后者出现在允许作出修改的对话框中，点击Cancel 按钮可关闭对话框，而不保存 所修改的内容。 [6](pp26)每个模型中只能有一个装配件，它是由一个或多个实体组成的，所谓的“实体”（instance） 是部件（part）在装配件中的一种映射，一个部件可以对应多个实体。材料和截面属性定义在部件上，相互作用（interaction）、边界条件、载荷等定义在实体上，网格可以定义在部件上或实体上，对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。 [7](pp26) ABAQUS/CAE 中的部件有两种：几何部件（native part）和网格部件（orphan mesh part）。 创建几何部件有两种方法：（1）使用Part 功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样等特征来直 接创建几何部件。（2）导入已有的CAD 模型文件，方法是：点击主菜单File→Import→Part。网格部件不包含特征，只包含节点、单元、面、集合的信息。创建网格部件有三种方法：（1）导入ODB 文件中的网格。（2）导入INP 文件中的网格。（3）把几何部件转化为网格部件，方法是：进入Mesh 功能模块，点击主菜单Mesh→Create Mesh Part。 [8](pp31)初始分析步只有一个，名称是initial，它不能被编辑、重命名、替换、复制或删除。在初始分析步之后，需要创建一个或多个后续分析步，主要有两大类：（1）通用分析步（general analysis step）可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包含以下类型： —Static, General: ABAQUS/Standard 静力分析 —Dynamics, Implicit: ABAQUS/Standard 隐式动力分析 —Dynamics, Explicit: ABAQUS/ Explicit 显式动态分析 （2）线性摄动分析步（linear perturbation step）只能用来分析线性问题。在ABAQUS/Explicit 中 不能使用线性摄动分析步。在ABAQUS/Standard 中以下分析类型总是采用线性摄动分析步。 —Buckle: 线性特征值屈曲。 —Frequency: 频率提取分析。 —Modal dynamics: 瞬时模态动态分析。 —Random response: 随机响应分析。 —Response spectrum: 反应谱分析。 —Steady-state dynamics: 稳态动态分析。 [9]（pp33）在静态分析中，如果模型中不含阻尼或与速率相关的材料性质，“时间”就没有实际的物 理意义。为方便起见，一般都把分析步时间设为默认的 1。每创建一个分析步，ABAQUS/CAE 就会自动生成一个该分析步的输出要求。 [10] （pp34）自适应网格主要用于ABAQUS/Explicit 以及ABAQUS/Standard 中的表面磨损过程 模拟。在一般的ABAQUS/Standard 分析中，尽管也可设定自适应网格，但不会起到明显的作用。 Step 功能模块中，主菜单Other→Adaptive Mesh Domain 和Other→Adaptive Mesh Controls 分别 设置划分区域和参数。 [11]（pp37）使用主菜单Field 可以定义场变量（包括初始速度场和温度场变量）。有些场变量与分析步有关，也有些仅仅作用于分析的开始阶段。使用主菜单Load Case 可以定义载荷状况。载荷状况由一系列的载荷和边界条件组成，用于静力摄动分析和稳态动力分析。
复合材料不只是几种材料的混合物。它具有普通材料所没有的一些特性。它在潮湿和高温环境，冲击，电化学腐蚀，雷电和电磁屏蔽环境中具有与普通材料不同的特性。 复合材料的结构形式包括层压板，三明治结构，微模型，编织预成型件等。 复合材料的结构和材料具有同一性，并且可以在结构形成时同时确定材料分布。它的性能与制造过程密切相关，但是制造过程很复杂。由于复合结构不同层的材料特性不同，复合结构在复杂载荷作用下的破坏模式和破坏准则是多种多样的。 在ABAQUS中，复合材料的分析方法如下 1，造型 它的结构形式决定了它的建模方法，并且可以使用基于连续体的壳单元和常规壳单元。复合材料被广泛使用，但是复合材料的建模是一个困难。铺设复杂的结构光需要一个月 2，材料
使用薄片类型（层材料）建立材料参数。材料参数可以工程参数的形式给出，或者材料强度数据可以通过子选项给出。这种材料仅使用平面应力问题。 ABAQUS可以通过两种方式定义层压板：复合截面定义和复合层压板定义 复合截面定义对每个区域使用相同的图层属性。这样，我们只需要建立壳体组合即可将截面属性分配给二维（在网格中定义的常规壳体元素）或三维（三维的大小应与壳体中给定的厚度一致）。基于网格中定义的连续体的壳单元） ABAQUS复合材料分析方法介绍 复合叠加定义是由复合布局管理器定义的，它主要用于在模型的不同区域中构造不同的层。因此，应在定义之前对区域进行划分，并且应将不同的层分配给不同的区域。可以根据常规外壳的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义了每个层的厚度，并将其分配给二维模型。应该给基于连续体的壳单元或实体单元提供3D模型（厚度是相对于单元长度的系数，因此厚度方向可以分为一层单元）。
《现代机械设计方法》课程结业论文 （ 2011 级） 题目：ABAQUS 实例分析 学生姓名XXXX 学号XXXXX 专业机械工程 学院名称机电工程与自动化学院 指导老师XX 2013 年 5 月8 日
目录 第一章Abaqus 简介 (1) 一、Abaqus 总体介绍 (1) 二、Abaqus 基本使用方法 (2) 1.2.1Abaqus 分析步骤 (2) 1.2.2Abaqus/CAE 界面 (3) 1.2.3Abaqus/CAE 的功能模块 (3) 第二章基于Abaqus 的通孔端盖分析实例 (4) 一、工作任务的明确 (4) 二、具体步骤 (4) 2.2.1启动Abaqus/CAE (4) 2.2.2导入零件 (5) 2.2.3创建材料和截面属性 (6) 2.2.4定义装配件 (7) 2.2.5定义接触和绑定约束（tie） (10) 2.2.6定义分析步 (14) 2.2.7划分网格 (15) 2.2.8施加载荷 (19) 2.2.9定义边界条件 (20) 2.2.10提交分析作业 (21) 2.2.11后处理 (22) 第三章课程学习心得与作业体会 (23)
第一章： Abaqus 简介 一、 Abaqus 总体介绍 Abaqus 是功能强大的有限元分析软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟非常庞大的模型，处理高度非线性问题。Abaqus 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以完成系统级的分析和研究。 Abaqus 使用起来十分简便，可以很容易的为复杂问题建立模型。Abaqus 具备十分丰富的单元库，可以模拟任意几何形状，其丰富的材料模型库可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、橡胶、聚合物、复合材料、钢筋混泥土、可压缩的弹性泡沫以及地质材料（例如土壤、岩石）等。 Abaqus 主要具有以下分析功能： 1.静态应力/位移分析 2.动态分析 3.非线性动态应力/位移分析 4.粘弹性/粘塑性响应分析 5.热传导分析 6.退火成形过程分析 7.质量扩散分析 8.准静态分析 9.耦合分析 10.海洋工程结构分析 11.瞬态温度/位移耦合分析 12.疲劳分析 13.水下冲击分析 14.设计灵敏度分析 二、 Abaqus 基本使用方法 1.2.1Abaqus 分析步骤 有限元分析包括以下三个步骤： 1.前处理（Abaqus/CAE）:在前期处理阶段需要定义物理问题的模型，并生 成一个 Abaqus 输入文件。提交给 Abaqus/Standard 或 Abaqus/Explicit。 2.分析计算（Abaqus/Standard 或 Abaqus/Explicit）:在分析计算阶段， 使用 Abaqus/Standard 或Abaqus/Explicit 求解输入文件中所定义的
材料本构模型及编程-ABAQUS-UMAT 材料本构模型及编程实现：简介 1、什么时候用用户定义材料（User-defined material, UMAT）？ 很简单，当ABAQUS没有提供我们需要的材料模型时。所以，在决定自己定义一种新的材料模型之前，最好对ABAQUS已经提供的模型心中有数，并且尽量使用现有的模型，因为这些模型已经经过详细的验证，并被广泛接受。 2、好学吗？需要哪些基础知识？ 先看一下ABAQUS手册（ABAQUS Analysis User's Manual）里的一段话： Warning: The use of this option generally requires considerable expertise. The user is cautioned that the imple mentation of any realistic constitutive model requires extensive development and testing. Initial testing on a s ingle element model with prescribed traction loading is strongly recommended. 但这并不意味着非力学专业，或者力学基础知识不很丰富者就只能望洋兴叹，因为我们的任务不是开发一套完整的有限元软件，而只是提供一个描述材料力学性能的本构方程（Constitutive equation）而已。当然，最基本的一些概念和知识还是要具备的，比如 应力(stress),应变（strain）及其分量；volumetric part和deviatoric part；模量（modulus）、泊松比(Poisson’s ratio)、拉美常数(Lame constant)；矩阵的加减乘除甚至求逆；还有一些高等数学知识如积分、微分等。 3、UMAT的基本任务？ 我们知道，有限元计算（增量方法）的基本问题是： 已知第n步的结果（应力，应变等），；然后给出一个应变增量, 计算新的应力。UMAT要完成这一计算，并要计算Jacobian矩阵DDSDDE(I,J) =。是应力增量矩阵（张量或许更合适），是应变增量矩阵。DDSDDE(I,J) 定义了第J个应变分量的微小变化对第I 个应力分量带来的变化。该矩阵只影响收敛速度，不影响计算结果的准确性（当然，不收敛自然得不到结果）。 4、怎样建立自己的材料模型？ 本构方程就是描述材料应力应变（增量）关系的数学公式，不是凭空想象出来的，而是根据实验结果作出的合理归纳。比如对弹性材料，实验发现应力和应变同步线性增长，所以用一个简单的数学公式描述。为了解释弹塑性材料的实验现象，又提出了一些弹塑性模型，并用数学公式表示出来。 对各向同性材料（Isotropic material）,经常采用的办法是先研究材料单向应力-应变规律（如单向拉伸、压缩试验），并用一数学公式加以描述，然后把讲该规律推广到各应力分量。这叫做“泛化“(generalization)。 5、一个完整的例子及解释 下面这个UMAT取自ABAQUS手册，是一个用于大变形下的弹塑性材料模型。希望我的注释能帮助初学者理解。需要了解J2理论。SUBROUTINE UMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,RPL,DDSDDT, 1 DRPLDE,DRPLDT,STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED, 2 CMNAME,NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,COORDS,DROT, 3 PNEWDT,CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC) STRESS--应力矩阵，在增量步的开始，保存并作为已知量传入UMAT ；在增量步的结束应该保存更新的应力； STRAN--当前应变，已知。 DSTRAN—应变增量，已知。 STATEV--状态变量矩阵，用来保存用户自己定义的一些变量，如累计塑性应变，粘弹性应变等等。增量步开始时作为已知量传入，增量步结束应该更新； DDSDDE=。需要更新 DTIME—时间增量dt。已知。 NDI—正应力、应变个数,对三维问题、轴对称问题自然是3（11,22,33），平面问题是2(11,22)；已知。 NSHR —剪应力、应变个数，三维问题时3(12,13,23)，轴对称问题是1(12)；已知。
各向同性材料损伤本构模型 SUBROUTINE UMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD, + RPL,DDSDDT,DRPLDE,DRPLDT, + STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED,CMNAME, + NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,COORDS,DROT,PNEWDT, + CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC) INCLUDE 'ABA_PARAM.INC' CHARACTER*80 CMNAME DIMENSION STRESS(NTENS),STATEV(NSTATV), + DDSDDE(NTENS,NTENS),DDSDDT(NTENS), + DRPLDE(NTENS),STRAN(NTENS),DSTRAN(NTENS), + TIME(2),PREDEF(1),DPRED(1),PROPS(NPROPS), + COORDS(3),DROT(3,3),DFGRD0(3,3),DFGRD1(3,3) DIMENSION STRANT(6),TSTRANT(4),PT(1) DIMENSION OLD_STRESS(6) DIMENSION DOLD_STRESS(6),D_STRESS(6) DIMENSION C(6,6),CD(6,6),DSTRESS(6),BSTRESS(6),ROOT(3), + DFMNDE(6),DDMDE(6),DCDDM(6,6),ATEMP1(6), ATEMP2(6) PARAMETER (ZERO=0.D0,ONE=1.D0,TWO=2.D0,FOUR=4.D0,HALF = 0.5D0) C start C IF (NPROPS.LT.2) THEN C WRITE(7,*) '** ERROR: UMAT REQUIRES *NPROPS=2' C STOP C EN D IF E11 =PROPS(1) V12 =PROPS(2) G12 =PROPS(1)/TWO/(ONE+PROPS(2)) C Critical values of stresses XT=PROPS(3) XC=PROPS(4) XS=PROPS(5) GX=PROPS(6) !Fracture energy in matrix ETA=0.001 C Current strain DO I = 1, NTENS STRANT(I) = STRAN(I) + DSTRAN(I) END DO C Stiffness DO I = 1, 6 DO J = 1, 6 C(I,J)=ZERO END DO END DO ATEMP = (1+V12)*(1-TWO*V12) C(1,1) = E11*(1-V12)/ATEMP C(2,2) = E11*(1-V12)/ATEMP C(3,3) = E11*(1-V12)/ATEMP C(1,2) = E11*V12/ATEMP
ABAQUS材料库_POLARIS基础材料库 【壹讲壹插件】作者：星辰-北极星 第一部分：基础材料库说明 1.1概要 ABAQUS拥有强大的非线性处理能力，但是不提供材料库，每次都需要去查找、并重复输入，大大降低了工作效率，考虑到这一点，ABAQUS提供了材料库接口，以*.lib文件形式进行存储。 POLARIS_MAT_BASE是星辰-北极星团队开发的一款基础材料库插件，共包含318种材料，主要涉及材料密度、弹性模量、塑性、热膨胀系数、比热、热传导率。参数由网络资源转换而来，避免不了可能存在的错误，还请查证后使用。如您发现错误，请及时提醒作者，避免错误进一步传播。 1.2 ABAQUS材料库使用 打开软件后，进入Property模块，左侧将增加ABAQUS材料库使用界面，如下图所示：
1.3 POLARIS基础材料库 1.3.1 POLARIS_MAT_BASE基础材料库下载 网盘地址：https://www.doczj.com/doc/fd7307995.html,/s/1jIDAoAi 1.3.2 文件说明 压缩包共包含两个lib文件，分布为：POLARIS_MAT_BASE_SI_m.lib和POLARIS_MAT_BASE_SI_mm.lib，分别表示国际_米制（Kg-m-s）和（T-mm-s）两种单位制的材料，相互之间的转换关系请查看：《有限元的单位》。 1.3.3 材料库安装 解压下载的压缩包后，将lib文件放置到%homepath%\abaqus_plugins 重新打开软件，即可在ABAQUS材料库下调用。 1.4 材料库命名法则 1、材料库名称为： POLARIS_MAT_BASE_SI_m.lib和 POLARIS_MAT_BASE_SI_mm.lib，分布为 国际_米制（Kg-m-s）和（T-mm-s）两种单 位制的材料库； 2、大类为英文标题，括号内为汉语拼 音； 3、材料名称由三部分组成： 单位制+参数类型+材料名称； 4、参数类型由六位有效数字组成，前 到后六位分别表示：密度-弹性参数-塑性参 数-热膨胀系数-热传导系数-比热；其中1 表示包含某种材料属性，0表示不包含某种 材料属性，3表示塑性包含强化部分；
【最新整理，下载后即可编辑】 材料本构模型及编程-ABAQUS-UMAT 材料本构模型及编程实现：简介 1、什么时候用用户定义材料（User-defined material, UMAT）？ 很简单，当ABAQUS没有提供我们需要的材料模型时。所以，在决定自己定义一种新的材料模型之前，最好对ABAQUS已经提供的模型心中有数，并且尽量使用现有的模型，因为这些模型已经经过详细的验证，并被广泛接受。 2、好学吗？需要哪些基础知识？ 先看一下ABAQUS手册（ABAQUS Analysis User's Manual）里的一段话： Warning: The use of this option generally requires considerable experti se. The user is cautioned that the implementation of any realistic consti tutive model requires extensive development and testing. Initial testing on a single element model with prescribed traction loading is strongly r ecommended. 但这并不意味着非力学专业，或者力学基础知识不很丰富者就只能望洋兴叹，因为我们的任务不是开发一套完整的有限元软件，而只是提供一个描述材料力学性能的本构方程 （Constitutive equation）而已。当然，最基本的一些概念和知识 还是要具备的，比如 应力(stress),应变（strain）及其分量； volumetric part和deviatoric part；模量（modulus）、泊松比(Poisson’s ratio)、拉美常数(Lame constant)；矩阵的加减乘除甚至求逆；还有一些高等数学知识如积分、微分等。 3、UMAT的基本任务？ 我们知道，有限元计算（增量方法）的基本问题是： 已知第n步的结果（应力，应变等），；然后给出一个应变增量, 计算新的应力。 UMAT要完成这一计算，并要计算Jacobian 矩阵DDSDDE(I,J) =。是应力增量矩阵（张量或许更合适），是应变增量矩阵。DDSDDE(I,J) 定义了第J个应变分量的微小变化
1、为何需要使用用户材料子程序（User-Defined Material, UMAT ）？ 很简单，当ABAQUS 没有提供我们需要的材料模型时。所以，在决定自己定义一种新的材料模型之前，最好对ABAQUS 已经提供的模型心中有数，并且尽量使用现有的模型，因为这些模型已经经过详细的验证，并被广泛接受。 UMAT 子程序具有强大的功能，使用UMAT 子程序： (1)可以定义材料的本构关系，使用ABAQUS 材料库中没有包含的材料进行计算，扩充程序功能。 (2) 几乎可以用于力学行为分析的任何分析过程，几乎可以把用户材料属性赋予ABAQU S 中的任何单元。 (3) 必须在UMAT 中提供材料本构模型的雅可比（Jacobian ）矩阵，即应力增量对应变增量的变化率。 (4) 可以和用户子程序“USDFLD ”联合使用，通过“USDFLD ”重新定义单元每一物质点上传递到UMAT 中场变量的数值。 2、需要哪些基础知识？ 先看一下ABAQUS 手册（ABAQUS Analysis User's Manual ）里的一段话： Warning: The use of this option generally requires considerable expertise(一定的专业知识). The user is cautioned that the implementation （实现） of any realistic constitutive （基本） model requires extensive （广泛的） development and testing. Initial testing on a single eleme nt model with prescribed traction loading （指定拉伸载荷） is strongly recommended. 但这并不意味着非力学专业，或者力学基础知识不很丰富者就只能望洋兴叹，因为我们的任务不是开发一套完整的有限元软件，而只是提供一个描述材料力学性能的本构方程（Constitutive equation ）而已。当然，最基本的一些概念和知识还是要具备的，比如： 应力(stress),应变（strain ）及其分量； volumetric part 和deviatoric part ；模量（modul us ）、泊松比(Poisson’s ratio)、拉梅常数(Lame constant)；矩阵的加减乘除甚至求逆；还有一些高等数学知识如积分、微分等。 3、UMAT 的基本任务？ 我们知道，有限元计算（增量方法）的基本问题是： 已知第n 步的结果（应力，应变等）n σ，n ε，然后给出一个应变增量1+n d ε，计算新的应力1+n σ。UMAT 要完成这一计算，并要计算Jacobian 矩阵DDSDDE(I,J) =εσΔ?Δ?/。σΔ是应力增量矩阵（张量或许更合适），εΔ是应变增量矩阵。DDSDDE(I,J) 定义了第J 个应变分量的微小变化对
ABAQUS/CAE典型例题 我们将通过ABAQUS/CAE完成上面模型图的建模及分析过程。 首先我们创建几何体 一、创建基本特征： 1、首先运行ABAQUS/CAE，在出现的对话框内 选择Create Model Database。 2、从Module列表中选择Part，进入Part模块 3、选择Part→Create来创建一个新的部件。在 提示区域会出现这样一个信息。 4、CAE弹出一个如右图的对话框。将这个部件 命名为Hinge-hole，确认Modeling Space、Type和Base Feature的选项如右图。 5、输入0.3作为Approximate size的值。点击 Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。 ６、在工具栏选择Create Lines: Rectangle(4 Lines) ，在提示栏出现如下的提示后，输入（0.02,0.02）和 （-0.02,-0.02），然后点击３键鼠标的中键（或滚珠）。 ７、在提示框点击OK按钮。CAE弹出 Edit Basic Extrusion对话框。 ８、输入0.04作为Depth的数值，点击 OK按钮。 二、在基本特征上加个轮缘 １、在主菜单上选择Shape→Solid→Extrude。 ２、选择六面体的前表面，点击左键。 ３、选择如下图所示的边，点击左键。
４、如右上图那样利用图标创建三条线段。 ５、在工具栏中选择Create Arc: Center and 2 Endpoints ６、移动鼠标到(0.04,0.0)，圆心，点击左键，然后将鼠标移到(0.04,0.02)再次点击鼠标左键，从已画好区域的外面将鼠标移到(0.04,-0.02)，这时你可以看到在这两个点之间出现一个半圆，点击左键完成这个半圆。 ７、在工具栏选择Create Circle: Center and Perimeter ８、将鼠标移动到(0.04,0.0)点击左键，然后将鼠标移动到(0.05,0.0)点击左键。 ９、从主菜单选择Add→Dimension→Radial，为刚完成的圆标注尺寸。 10、选择工具栏的Edit Dimension Value图标 11、选择圆的尺寸(0.01)点击左键，在提示栏输入0.012，按回车。再次点击Edit Dimension Value，退出该操 作。 12、点击提示栏上的Done按钮。 13、在CAE弹出的Edit Extrusion对话框内输入0.02作为深度的值。CAE以一个箭头表示拉伸的方向，点击Clip可改变这个方向。点击OK，完成操作。 三、创建润滑孔 １、进入Sketch模块，从主菜单选择Sketch→Create， 命名为Hole，设置0.2为Approximate Size的值，点击Continue。 ２、创建一个圆心在(0,0)，半径为0.003的圆，然后点击 Done，完成这一步骤。 ３、回到Part模块，在Part下拉菜单中选择Hinge-hole。 ４、在主菜单中选择Tools→Datum，按右图所示选择对 话框内的选项，点击Apply。 ５、选择轮缘上的一条边，见下图，参数的值是从0到１， 如果，箭头和图中所示一样就输入0.25，敲回车，否则就输入 0.75。ABAQUS/CAE在这条边的1/4处上创建一个点。 ６、创建一个基线，在Create Datum对话框内选择Axis， 在Method选项中选择2 Points，点击Apply。选择圆的中心点和刚才创建的基点，ABAQUS/CAE将创建如右上图所示的基线。 ７、在Create Datum对话框内选择Plane，在Method中选择Point and normal，点击OK，选择刚才创建的基点
Workshop 1 Importing and Editing an Orphan Mesh: Pump Model 这个实例中要用到的cad模型文件和脚本文件都可以在 abaqus的sample文件夹（或者那个*.zip文件）里找到。这个实例涉及到了用abaqus进行分析的整个流程中的各个细节，是入门的好帮手。像我这样的新手一定会喜欢的：） 部件：泵体+垫片+底盖+螺栓 荷载条件：螺栓预紧+内压 Introduction The structural response of the pump assembly shown in Figure W3–1 will be determined. The assembly components include the pump housing (imported as an orphan mesh), a gasket, a cover, and eight bolts (all imported as CAD geometry). The analysis involves application of pre-tensioning loads in the bolts followed by internal pressure. pump housing bolts gasket cover Figure W3–1. Pump assembly In this workshop, you will create the parts of the model. Use the Part module of ABAQUS/CAE to import the mesh of a pump housing. Some modifications of its geometric features follow. The other components of the pump assembly (cover, gasket, and bolts) will be imported as CAD geometry. All of the parts will be halved to take advantage of symmetry.
abaqus材料子程序
各向同性材料损伤本构模型 SUBROUTINE UMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD, + RPL,DDSDDT,DRPLDE,DRPLDT, + STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED,CMN AME, + NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,COORDS,DROT,PNEW DT, + CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC ) INCLUDE 'ABA_PARAM.INC' CHARACTER*80 CMNAME DIMENSION STRESS(NTENS),STATEV(NSTATV), + DDSDDE(NTENS,NTENS),DDSDDT(NTENS), + DRPLDE(NTENS),STRAN(NTENS),DSTRAN(NTENS), + TIME(2),PREDEF(1),DPRED(1),PROPS(NPROPS), + COORDS(3),DROT(3,3),DFGRD0(3,3),DFGRD1(3,3) DIMENSION STRANT(6),TSTRANT(4),PT(1)
DIMENSION OLD_STRESS(6) DIMENSION DOLD_STRESS(6),D_STRESS(6) DIMENSION C(6,6),CD(6,6),DSTRESS(6),BSTRESS(6),ROOT(3), + DFMNDE(6),DDMDE(6),DCDDM(6,6),ATEMP1(6), ATEMP2(6) PARAMETER (ZERO=0.D0,ONE=1.D0,TWO=2.D0,FOUR=4.D0,HALF = 0.5D0) C start C IF (NPROPS.LT.2) THEN C WRITE(7,*) '** ERROR: UMAT REQUIRES *NPROPS=2' C STOP C EN D IF E11 =PROPS(1) V12 =PROPS(2) G12 =PROPS(1)/TWO/(ONE+PROPS(2)) C Critical values of stresses XT=PROPS(3) XC=PROPS(4) XS=PROPS(5)
一、有限单元法的基本原理 有限单元法（The Finite Element Method）简称有限元（FEM），它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。它在工程技术领域中的应用十分广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问题都可用它求得满意的数值结果。 有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为整。即应用有限元法求解任意连续体时，应把连续的求解区域分割成有限个单元，并在每个单元上指定有限个结点，假设一个简单的函数（称插值函数）近似地表示其位移分布规律，再利用弹塑性理论中的变分原理或其他方法，建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程组，从而求解结点的位移分量. 进而利用插值函数确定单元集合体上的场函数。由位移求出应变, 由应变求出应力 二、ABAQUS有限元分析过程 有限元分析过程可以分为以下几个阶段 1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型――有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。 2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计
算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处 理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。 下列的功能模块在ABAQUS/CAE操作整个过程中常常见到，这个表简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块。 “Part（部件） 用户在Part模块里生成单个部件，可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部件。 Property（特性） 截面（Section）的定义包括了部件特性或部件区域类信息，如区域的相关材料定义和横截面形状信息。在Property模块中，用户生成截面和材料定义，并把它们赋于(Assign)部件。 Assembly（装配件） 所生成的部件存在于自己的坐标系里，独立于模型中的其它部件。用户可使用Assembly模块生成部件的副本（instance），并且在整体坐标里把各部件的副本相互定位，从而生成一个装配件。 一个ABAQUS模型只包含一个装配件。 Step（分析步骤）