ABAQUS建模如何施加预应力(残余应力)

ABAQUS模拟预应力筋的方法1.降温法这是目前很多人采用的方法。

即在预应力筋施加温度荷载（降温），使预应力筋收缩，从而使混凝土获得预应力。

2.ABAQUS自带的初始应力法直接用*Initial conditions, type=stress可以直接模拟先张法，能获得预应力筋和混凝土的后期应力增量，但无法获得预应力筋的真实应力。

3.Rebar element single 法利用ABAQUS提供的rebar功能，模拟预应力束，给出rebar与相关实体单元的信息，通过在rebar上施加初始应力即可模拟先张法和后张法。

4. MPC法分别定义预应力筋（比如truss单元）和混凝土，采用MPC将预应力筋与混凝土联系起来，对预应力筋施加初始应力，即可模拟预应力效应。

5.Rebar Layer法利用ABAQUS提供的rebar layer功能，将rebar layer定义到surface，membrane或shell基上，通过对rebar施加初始应力，即可模拟先张法和后张法。

经过一段时间的使用和尝试，发现实体内施加预应力还存在不少缺陷：1.无法模拟早期的预应力损失，如摩擦损失，锚具回弹损失等；2.无法准确模拟后张法中在张拉阶段净截面参与计算的问题，这在截面高度较小，预应力筋较多时，对计算结果影响会比较大；3.无法模拟换算截面的问题，尽管帮助文件中多次提到rebarlayer的刚度被添加到surface section等中，由于surface section没有内在刚度，多次测试发现rebar layer的刚度无法添加到结构中。

后尝试用shell section的方式来实现。

帮助文件中没有直接提到用shell section带rebar layer埋于solid 单元的方式可以模拟预应力。

经多次测试发现是可以考虑shell 和rebar layer的附加刚度，但结算结果不稳定。

几个要点：1>.shell section能自动采用换算截面，其但换算系数为N而不是N-1。

基于Abaqus的法兰盘的感应淬火的残余应力场仿真载运工具运用工程1001班吴越S1004105一．仿真对象的提出与建模要点：表面感应淬火是一种常见的热处理工艺，其原理是使用感应器来对工件的局部进行加热，然后迅速冷却，从而使工件表面产生残余压应力（residual stress），抵消工件在工作中的载荷所产生的一部分拉应力。

表面淬火可显著提高工件弯曲疲劳抗力和扭转疲劳抗力，工件表面产生的马氏体具有良好的耐磨性。

本例中，法兰盘经过表面感应淬火后，淬硬层如图-1所示，由试验测得法兰盘的内援交表面残余压应力约为-420MPa。

法兰盘的一端固定，另一端的整个端面受到向下的面载荷p=100MPa。

法兰盘内孔直径24mm，材料的弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3，线胀系数为1.35e-5/℃。

要求模拟感应淬火所产生的残余应力场，并分析此残余应力在缓和应力集中方面所起的作用。

图-1 淬硬层由红色区域180°扫略生成使用Abaqus可以模拟感应淬火的完整过程，即通过分析工件和感应器之间以及工件和冷却液之间的传热过程来确定工件的温度场，从而得到相应的塑性应变场和冷却后的残余应力场。

但是这一模拟过程比较复杂，我们选择一种模拟残余应力场的简化方法：设置整个模型的初始温度为20℃，在分析步（Step）中令淬硬层区域的温度升高至某个温度值T high（如120℃），其余区域的温度仍保持在20℃。

这种温度差异会使高温区域产生压应力，相当于所要模拟的残余压应力。

经过几次试算，就可以找到合适的T high，使法兰盘的内圆角的表面压应力与试验结果大致吻合。

施加工作载荷时，仍保持上述温度场不变，就可以模拟在残余应力作用下的应力场。

上述方法的优点是比较简便，不必进行复杂的传热分析和热弹塑性分析，并且通用性强，可以用于模拟各种不同工艺所产生残余应力场，但其缺点是模拟精度不高，通过选择T high 只能保证工件局部区域的压应力值较准确，一种改进方法是为淬硬层的不同区域设定不同的温度值T high，从而得到与试验结果更加接近的残余应力场。

abaqus预应力降温法如何使用ABAQUS软件进行预应力降温计算引言：预应力是一种常用于工程结构中的施工技术，主要通过施加预先加载的压力，在结构中产生压应力，以提高结构的强度和稳定性。

然而，在实际使用中，预应力材料会因为温度和环境等因素的影响而发生变形，进而影响结构的工作性能。

因此，了解预应力降温效应并进行相应的计算分析是非常重要的。

ABAQUS软件是一种常用于有限元分析的工程模拟软件，其中包括了有限元建模和分析、材料力学模型等功能。

本文将以ABAQUS软件为工具，介绍如何使用预应力降温法进行预应力计算。

一、建立有限元模型在进行预应力降温计算之前，首先需要建立一个合适的有限元模型。

ABAQUS 提供了多种建模方法，例如基于零件的建模、基于零件装配的建模等。

根据实际情况选择合适的建模方法，并进行合理的网格划分和约束条件设置。

在建模过程中，需要考虑材料的力学性质、结构的几何形状、预应力的加载方式等因素。

根据具体的预应力降温计算需求，选择合适的材料模型和加载方式，并在有限元模型中进行相应的设置。

二、设定预应力加载在建立有限元模型之后，需要设定预应力的加载方式。

ABAQUS提供了多种预应力加载方法，例如将预应力材料作为节点施加位移、将预应力材料作为节点施加力等。

根据实际情况选择合适的加载方式，并进行相应的参数设定。

在设定预应力加载过程中，需要考虑预应力的大小、方向、施加位置等因素。

根据具体的预应力降温计算需求，进行相应的加载设置，并在有限元模型中进行相应的绑定和连接。

三、设置材料模型在进行预应力降温计算之前，需要设置合适的材料模型。

ABAQUS提供了多种材料模型，例如线弹性模型、非线性弹性模型等。

根据实际情况选择合适的材料模型，并进行相应的参数设定。

在设置材料模型过程中，需要考虑材料的力学性质、温度变化对材料性能的影响等因素。

根据具体的预应力降温计算需求，进行相应的材料模型设置，并在有限元模型中进行相应的材料绑定和材料连接。

学习要点通过实例分析，学习如何进行热应力分析，并掌握ABAQUS/CAE 的以下功能：1）在Material 功能模块中，定义线胀系数；2）在Load 功能模块中，使用预定义场（predefined field）来定义温度场；定义材料属性——Property Property——Material——Edit——steelMechanical——Elastic, 输入弹性模量和泊松比定义材料属性——Property Property——Material——Edit——steelMechanical——Expansion, 输入线胀系数定义边界条件——Load定义边界条件——Load定义边界条件——Load固支边界条件使用预定义场定义初始温度Load——PredefinedField Manager使用预定义场使模型温度升高至120℃网格划分——Mesh结果分析——Visualization小结在ABAQUS中进行热应力分析的基本步骤：⏹定义线胀系数⏹定义初始温度场⏹定义分析步中的温度场实例2：法兰盘感应淬火的残余应力场模拟问题描述：◆表面感应淬火是一种工程中常用的热处理工艺，其原理是使用感应器来对工件的局部进行加热，然后迅速冷却，从而使工件表面产生残余压应力，抵消工作载荷所产生的一部分拉应力。

◆表面感应淬火可显著提高工件弯曲疲劳抗力和扭转疲劳抗力，工件表面产生的马氏体具有良好的耐磨性。

实例2：法兰盘感应淬火的残余应力场模拟 本例中的法兰盘经淬火后，由试验测得法拉盘的内圆角表面残余压应力约为-420MPa。

法拉盘的一端固定，另一端的整个端面受向下的面载荷p=100MPa，法拉盘内孔直径为24mm，材料的弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3，线胀系数为1.35e-5/ ℃。

要求：模拟分析感应淬火所产生的残余应力场，并分析此残余应力场在缓和应力集中方面所起的作用。

建模要点说明☐使用ABAQUS可以模拟感应淬火的完整过程，即通过分析工件与感应器之间以及工件和冷却液之间的传热过程来确定工件的温度场，从而得到相应的塑性应变场和冷却后的残余应力场。

v1.0可编写可改正ABAQUS中预应力 Truss 单元的两种实现方法例题：100 m 长钢缆水平搁置从x = 0 到 x = 100 。

两头固定。

无初始拉力，计算下垂量。

截面； A = m 2，Density: r =7800 kg/m3, g = m/s 2,E=+11 N/m2Analytical solution of maximum displacement (u 2 ) at x = 50m :U2_max = -((3*r*g*L^4)/(64*E))^(1/3) = m方法一 .沿truss element加沿长度方向初始拉应力(see此文件中使用了initial condition, type = stress方法加初始拉应力。

因工程上无此初应力 , 更好的方法是使用降温法。

算完后再升温。

用降温法。

算完后再升温。

NOTE: 降温法施加预应力（激活钢绞线）。

温度=- 力 / （膨胀系数 * 弹模 * 钢绞线面积）1、第一步，在 truss单元中施加一个初始应力，让计算处于初始均衡状态；初始应力设置过小，可能不收敛，应多次试算，找到一个合理的应力值。

一般状况下，这个初始值对最后值的影响不大，能够忽视。

2、第二步，施加truss单元的自重荷载，翻开非线性开关（nlgeom=YES ）考虑几何非线性问题；3、本例中初始值采纳。

自重作用下缆索的拉应力约为80Mpa。

最大位移为m，与理论计算值符合得很好。

*HeadingCable appling gravity load with initail stressThe maximum Analytical displacement without initail stress (at x = 50 m) U2 = meter****Method 1. Using * initial condition,type = stress method***Preprint, echo=NO, model=NO, history=NO,contact=NO *Node1,0.,0.101, 100., 0.*NGEN, NSET = NALL1, 101, 1*Element, type=T2D21, 1, 2*ELGEN, elset = ELALL1, 100, 1*ELSET,ELSET=EL_OUT1, 51, 100*Solid Section, elset=ELALL, material=steel,***Nset, nset=Left1,*Nset, nset=right101,*Nset, nset=mid51,****MATERIALS***Material, name=steel*Density7800.,*Elastic+11,*initial condition, type = stress**Note: the solution will not converge as the initial stress < 100,000N/m^2ELALL, 100000*Boundary Left,1, 2 Right, 1,2*Step, name=Step-0, inc=1000Initial stress equilibrium*Static1, 1., 1e-05, 1.*Output, field, variable=PRESELECT*Output, history, variable=PRESELECT*Node print, nset = mid, freq = 1000U,*EL PRINT, ELSET=EL_OUT, freq = 1000S*END STEP**---------------------------------------------------------------- ****STEP: Step-1***Step, name=Step-1, nlgeom=YES, inc=1000Apply gravity load*Static, 1., 1e-05, 1.** Name: GRAVITY-1Type: Gravity*DloadELALL, GRAV, , 0., -1.****OUTPUT REQUESTS***Restart, write, number interval=1, timemarks=NO *Output, field, variable=PRESELECT*Output, history, variable=PRESELECT*Node print, nset = mid, freq = 1000 U,*EL PRINT, ELSET=EL_OUT, freq = 1000S*End Step方法二 . 使用 STABILIZE parameter on the *STATIC.(see“stabilization ”在构造上附带 artificial viscous damping（粘滞阻尼），使得计算结果 to go beyond the instability point 。

ABAQUS建模如何施加预应力1.第一种方法是在模型建立阶段施加初始的预应力。

假设我们需要在一个弹性杆上施加预应力，可以选择一个适合的初始几何形状，然后在ABAQUS中建立一个非线性静力分析模型。

在模型中创建一个新的材料属性，并将该属性的引伸模量设置为预应力下的值。

然后，在加载步骤中施加适当的载荷以实现所需的预应力。

这种方法需要提前了解预应力的大小和方向。

2.第二种方法是使用一维元素（例如梁或弹簧元素）来模拟预应力的效果。

这种方法在模拟螺旋弹簧或拉索等情况下特别有用。

首先，在ABAQUS中创建一个线性静力分析模型，并将相应的材料属性分配给模型。

然后，在模型中创建一维梁或弹簧元素，并将其与表面节点相连。

在加载步骤中设置合适的载荷以利用这些元素施加预应力。

这种方法可以更加自由地控制预应力的大小和方向。

3.第三种方法是使用INITIALCONDITIONS卡来施加初始的预应力。

首先，在ABAQUS的输入文件中的合适位置添加一个INITIALCONDITIONS卡。

然后，在该卡中通过修改合适的变量和属性定义施加所需的预应力。

INITIALCONDITIONS卡的使用可以灵活地定义各种初始条件，但需要对ABAQUS的输入文件格式有一定的了解。

无论使用哪种方法，施加预应力时需要考虑一些因素。

首先，需要确定预应力的大小和方向，以便正确定义材料的属性和加载条件。

其次，需要注意预应力的影响范围，以便选择合适的单元类型和网格划分方式。

最后，需要进行适当的验证和调试，以确保模型的准确性和稳定性。

在使用ABAQUS进行建模时，建议先进行一些小规模的验证和参数敏感性分析，以确保所施加的预应力是可靠和合理的。

此外，在模拟中施加预应力时，需要根据具体情况和问题的要求选择合适的方法。

ABAQUS建模如何施加预应力残余应力在ABAQUS中，可以通过几种方法施加预应力残余应力。

下面将详细介绍两种常用的方法：二层法和热加载法。

1. 二层法（Two Layer Method）：二层法是一种模拟材料加工过程中产生的预应力方法。

基本思路是在模拟之前的一部分载荷历史之后，在初始状态下施加一些预应力。

其步骤如下：（1）准备一个加载步（Apply Load Step），在此步骤中定义预应力载荷的初始状态。

（2）定义载荷历史。

（3）在载荷历史的一部分之后，将模型还原为初始状态，并在此状态下施加预应力。

（4）在预应力载荷下继续加载模型。

（5）根据需要将数据保存。

例如，在ABAQUS/Standard中，可以在步骤中使用命令`STATIC`定义预应力载荷以施加预应力。

以下是一个使用二层法施加预应力的示例代码：```python*Step, name=initial step, nlgeom=yes*Static*End Step*Step, name=loading step, nlgeom=yes*Static*End Step```上述代码中，第一个步骤定义了预应力载荷的初始状态，并保持模型为非线性几何模型。

第二个步骤中的载荷历史定义了加载模型时施加的载荷。

预应力在两个步骤之间施加。

2. 热加载法（Thermal Loading Method）：热加载法是一种在模拟焊接过程等应用中施加预应力的方法。

基本思路是通过施加热载荷引起温度梯度，从而产生预应力。

其步骤如下：（1）定义一个温度场，可以使用定义节点温度或通过导入温度场施加。

（2）应用热加载，在模型中引入相应的热载荷。

（3）在热载荷下，施加机械载荷以保持平衡。

（4）根据需要将数据保存。

例如，在ABAQUS/Explicit中，可以使用`*Temperature`和`*Amplitude`命令定义温度场。

下面是一个使用热加载法施加预应力的示例代码：```python*Amplitude, name=temperature, definition=SMOOTH STEP, smooth=ON*Initial Conditions, type=TEMPERATUREAll NSET*Temperatureall, type=AMP, amplitude=temperature, fixed=OFF*Step, name=loading step, nlgeom=yes*Static*End Step```上述代码中，首先定义了一个温度场，并将其应用于所有节点。

基于ABAQUS的镍基合金加工表面残余应力有限元模拟郭世杰，胡志勇，范斌，刘磊，张学伟，陈星【摘要】摘要：利用非线性有限元技术研究高速切削镍基合金残余应力分布，通过Abaqus/Explict分析直角三维切削过程热力耦合作用。

采用拉格朗日方法对有限元关键技术处理，建立镍基合金材料本构方程、施加边界条件和网格划分模型。

在不同本构参数、切削深度以及切削速度条件下对镍基合金切削过程进行模拟残余应力变化规律，并通过试验验证。

结论表明速度是影响镍基合金残余应力数值大小主要因素，材料初始屈服应力和初始强度大小决定应力幅值特征。

为优化切削参数，提高表面质量提供科学的理论依据。

【期刊名称】组合机床与自动化加工技术【年(卷),期】2013(000)009【总页数】4【关键词】高速切削;有限元模拟;切削参数;残余应力0 引言高温镍基合金能够在高温氧化以及燃气腐蚀条件下工作，具有优良的热稳定性以及热疲劳性能，被广泛应用于航空、航天、船舶工业。

镍基合金导热率及比热容小［1］，高温强度高和粘性大、高剪切应力的特点使其在进行切削加工中表现出切削温度高［2］，加工硬化严重，塑性变形大和残余应力导致的表面质量不易保证等特点。

切削过程中已加工表面在机械应力和热应力耦合作用下使金属表面层和内部产生维持平衡的残余应力，残余应力容易使零件发生变形和畸变，通过切削参数优化可使残余应力大小和分布合理化，从而提高零件表面硬度和疲劳强度，延长零件使用寿命［3-4］。

本文通过利用非线性有限元Abaqus/explict模拟高速切削不同型号镍基合金切削过程，通过材料建立本构方程［5］、分析不同切削参数和材料参数对残余应力分布的影响，深入研究残余应力形成机理和分布规律，验证三维切削模型合理性，为提高镍基合金加工表面质量提供依据。

1 Lagrange弹塑性变形理论金属切削过程产生大位移和高应变率，除需考虑材料变形的非线性还需考虑位移和应变之间的几何非线性关系［6］，被加工工件不发生刚体转动，用Lagrange方法定义应力——应变和位移关系［7］：上式v是求解域;s是应力边界;pi是面力;Fi是体力;σij是应力张量;δsi是质点虚位移张量是需应变速率。

基于ABAQUS法兰盘感应淬火残余应力场仿真摘要：表面感应淬火是一种工程中常用的热处理工艺，使用感应器来对工件的局部进行加热、迅速冷却，从而使工件表面产生残余应力，抵消工作载荷所产生的部分拉应力。

本文就不同淬火温度下产生的残余应力大小的合理性及残余应力对缓解应力集中的作用两方面进行了分析，分析就过对提高产品质量、疲劳寿命及减少安全隐患有很大帮助。

关键字：法兰盘；残余应力；感应淬火；温度场；ABAQUS法兰盘在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响且其影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。

法兰盘是使管子与管子相互连接的零件，法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。

在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛，法兰盘的作用就是使得管件连接处固定并密封，法兰连接是管道施工的重要连接方式。

1、问题的提出残余应力是一个不稳定的应力状态，构建受外力时，与残余应力相互作用，使构件某些局部呈现塑性变形。

在实际工况中，法兰盘经过表面感应淬火后，淬硬层将会产生残余应力，影响着法兰的强度、寿命。

本文就法兰盘不同淬火温度的残余应力场进行仿真分析，并分析此残余应力在缓和应力集中方面所起的作用，最后针对模型得出合理的淬火温度及产生的残余应力。

2、研究思路及内容2.1 思路设定整个模型的初始温度20 o C，在分析步中令淬硬层区域的温度升高至某个温度值T high，其余区域的温度保持20o C。

这种温度差异会使高温区域产于压应力，相当于所要模拟的残余压应力。

经过几次运算，就可以找到合适的T high，使法兰盘内圆角表面压应力与试验结果大致吻合。

施加工作载荷时，保持上述温度场不变，就可以模拟在残余应力作用下应力场。

2.2 主要研究内容①对淬硬层不同温度所产生的残余应力分析；②对在相同外载荷，残余应力对缓和应力集中的作用进行分析。

3、力学模型本文以内孔直径为24mm，材料的弹性模量为2.1e5MPa，泊松比为0.3，线胀系数为1.35e-5o C的法兰盘进行建模，其一端固定，另一端的整个端面受到向下的面载荷p=100MPa。

小弟最近做了一个加固的模拟，对于预应力钢筋的建模稍有体会，因此分享一贴分为两个大类进行阐述：1.CAE流首先建立一个分析步，对truss单元施加bolt那啥的力（忘记具体名字了，在寝室的电脑，没有装abaqus，抱歉），然后进行后续的分析布分析。

需要注意的是truss单元必须在中间分割，以便有一个中间点来施加这个力。

由于我不是采用这种方法，仅仅做了一个小东西验证下面的方法的正确性，因此也不好意思多说，具体参见分析手册29-5-1" p2 I2 L- F/ W- V; g 2.INP流（直接修改INP文件）; O5 _' }# v/ y: ]: _7 |2 ~& ?首先强调：模型中应该有需要施加预应力的单元信息，无论是B31或者是T3D2，后面自行处理9 u# X( U! u- w/ k在*element章节与*node章节之间，加入*node1000XX,0,0,0(XX是编号，因为我一共有16个点需要施加预应力，因此XX就是1~16，而前面的1000是为了避免与已有node号码重复）+ S7 Q9 b/ u9 R8 c*PRE-TENSION SECTION, ELEMENT=XX, NODE=1000XX1 Z: Z2 p: x0 O8 {& C: c9 {; U' b4 @& e 1 z 然后在 \% X" g" p6 C- I" D# _*element章节把需要施加预应力的杆系单元改为T3D2单元，这个应该都会改吧$ f1 [$ S0 a: x/ G& i' w; R另外，如果模型中没有truss单元的截面信息，需要自行加入,如下6 j$ Z1 R5 A R7 y% z, _*SOLID SECTION, ELSET=EL-pretension, MATERIAL=rebar6 `9 O* L6 a/ z5 }5 o! I1 D0.002965然后加入预应力的分析工况，用*CLOAD写入即可。