Abaqus 非線性力學(xué)的功能增強(qiáng)（材料更新）

Valanis-Landel 超彈性材料

通過指定單軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)和可選的體積試驗(yàn)數(shù)據(jù)（v2022新增選項(xiàng)）來定義Valanis-Landel 超彈性模型，該模型能精確地復(fù)現(xiàn)給定的數(shù)據(jù)，類似Marlow模型，但與Marlow模型的不同之處在于它允許同時(shí)給定拉伸和壓縮數(shù)據(jù)。

?

材料屬性定義為材料狀態(tài)的函數(shù)

大多數(shù)Abaqus材料屬性可以定義為場(chǎng)變量的函數(shù)，在模擬過程中可以隨時(shí)間和空間變化，現(xiàn)在可以直接將一個(gè)場(chǎng)變量與材料狀態(tài)聯(lián)系起來。例如：定義拉伸和壓縮不同塑性行為的材料模型，如左圖：

?

聚合物固化過程

用于分析膠粘劑和其他聚合物的固化過程，預(yù)測(cè)固化條件（如溫度大小/曲線、熱邊界條件）對(duì)殘余應(yīng)力、失效和翹曲的影響。包括固化動(dòng)力學(xué)、固化收縮率、固化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量?？捎糜跓峁恬詈戏治?。

?

Abaqus/Explicit中無拉伸/無壓縮

以前在Abaqus/Standard中提供的無拉伸/無壓縮彈性模型，現(xiàn)在AbaqusV2022X的 Explicit求解器中可以支持使用。能夠?qū)]有壓縮剛度的電纜和膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。

使用Beam混凝土損傷塑性

Abaqus中的混凝土損傷塑性模型為混凝土和其他準(zhǔn)脆性材料在低圍壓下的單調(diào)、循環(huán)和/或動(dòng)態(tài)加載提供了通用的建模能力。該模型可用在空間梁?jiǎn)卧?(例如B31單元)，目前Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit都可以使用。

?

壓力相關(guān)的各向異性塑性的功能增強(qiáng)

以下與壓力相關(guān)的塑性模型已經(jīng)功能增強(qiáng)，以支持使用Hill的各向異性塑性。提高了多尺度材料（如分層復(fù)合材料材料結(jié)構(gòu)）校準(zhǔn)的靈活性。

?

?

屈服應(yīng)力外推法

當(dāng)屈服應(yīng)力超出指定范圍時(shí)，用戶可以指定屈服應(yīng)力是保持不變（默認(rèn)）還是在指定的數(shù)據(jù)范圍之外線性外推。該功能適用于以表格形式指定的各向異性硬化曲線。只影響屈服應(yīng)力相對(duì)于等效塑性應(yīng)變的外推，對(duì)其他獨(dú)立變量（例如TEMP、FVs）仍采用恒定外推法。

基于時(shí)間的應(yīng)變率濾波

Abaqus/Explicit提供了兩個(gè)選項(xiàng)來過濾應(yīng)變率，應(yīng)變率用于評(píng)估速率相關(guān)材料的本構(gòu)響應(yīng)。Abaqus2022中新引入選項(xiàng)定義基于時(shí)間的過濾，提供了一個(gè)更穩(wěn)健的濾波器。

塑性修正

針對(duì)塑性變形發(fā)生在結(jié)構(gòu)小區(qū)域內(nèi)的模型，使用各向同性的純彈性材料，進(jìn)行塑性解的估算。評(píng)估塑性修正由專門的輸出請(qǐng)求變量來表征。

?

?

材料多尺度的功能增強(qiáng)

對(duì)于具有非線性組成特性的短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，需要采用平均場(chǎng)均質(zhì)法（MFH）來更好地預(yù)測(cè)材料的性能，在原來Abaqus/Standard基礎(chǔ)上，AbaqusV2022新增了Explicit求解器中的使用。目前僅考慮一個(gè)基體和一個(gè)纖維成分，只支持集體的彈塑性材料行為，纖維必須是彈性的。僅支持*DYNAMIC,EXPLICIT分析步。主要應(yīng)用于高科技行業(yè)的跌落測(cè)試。

?

順序工作流的功能增強(qiáng)

注塑成型Moldflow到結(jié)構(gòu)Abaqus的順序工作流

增強(qiáng)了腳本，由Moldflow創(chuàng)建的XML輸出文件生成ODB & SIM文件。是替代傳統(tǒng)的Abaqus與Moldflow間轉(zhuǎn)換器的一種解決方案。以前的Abaqus Moldflow translator直接映射彈性剛度張量，新的方法是映射纖維方向張量。材料響應(yīng)是使用MFH計(jì)算的。

殼單元仿真結(jié)果的映射功能

針對(duì)均質(zhì)殼，可沿厚度方向進(jìn)行仿真結(jié)果的映射，能夠映射的變量包括：displacement, orientation, stress, plastic strain等，數(shù)據(jù)導(dǎo)入通過初始條件和帶有子選項(xiàng)*EXTERNAL FIELD的分布來完成：*INITIAL CONDITIONS和*DISTRIBUTION

針對(duì)復(fù)合殼，也可沿著厚度方向進(jìn)行仿真結(jié)果的映射。但要求映射前后的源網(wǎng)格和目標(biāo)網(wǎng)格必須具有相同的鋪層，在源網(wǎng)格和目標(biāo)網(wǎng)格之間積分規(guī)則和積分點(diǎn)可以不同。

子程序的功能增強(qiáng)

?

Abaqus/Explicit增加用戶子程序VUGENS

根據(jù)廣義截面量直接定義殼截面的（非線性）力學(xué)行為，類似于/Standard中的UGENS。用戶可直接用膜應(yīng)變和曲率變化來定義殼的截面行為；可以定義一個(gè)損傷變量，應(yīng)用于截面的（彈性）橫向剪切剛度；針對(duì)具有用戶自定義截面行為的通用殼截面定義如下：

Abaqus/Explicit增加用戶子程序VSDVINI

可在特定的材料點(diǎn)和殼截面點(diǎn)上用于初始化與解相關(guān)的狀態(tài)變量。允許定義復(fù)雜的初始狀態(tài)，狀態(tài)可以由坐標(biāo)、單元數(shù)等決定。類似于/Standard中的SDVINI

Abaqus/Standard中子程序UVARM可以用于線性攝動(dòng)靜力學(xué)分析

用戶現(xiàn)在可以在線性攝動(dòng)靜力學(xué)分析的用戶子程序UVARM中定義輸出，與已支持的通用分析步的方式完全相同?？梢哉{(diào)用實(shí)用程序GETVRM來訪問材料點(diǎn)攝動(dòng)輸出變量。而且支持多個(gè)載荷工況。用戶子程序UVARM將在每個(gè)載荷工況被調(diào)用。

關(guān)鍵字的用戶界面（與通用分析步相同）:

Abaqus/Explicit技術(shù)更新

CEL增強(qiáng)了對(duì)顆粒堆積物形成的模擬作用

實(shí)際工程中一般要求，仿真能夠模擬一個(gè)虛擬的顆粒堆積建立和回收。能夠在堆積的全生命周期上跟蹤材料的分布(例如，包括來源和/或成分信息)。CEL功能增強(qiáng)，支持更靈活地將流入/流出條件引入歐拉域，而且能夠以用戶定義的足跡和用戶定義的初始速度/加速度，向歐拉域添加材料（或從歐拉域移除材料）。

?

粒子技術(shù)的改進(jìn)—SPH、DEM、LKM

對(duì)Abaqus/Explicit中的粒子技術(shù)進(jìn)行了顯著的架構(gòu)改進(jìn)：

• 粒子方法的統(tǒng)一架構(gòu)

• 提升了一般穩(wěn)定性和性能

• 通過粒子生成器的新生成序列算法提高穩(wěn)定性

• 提高了多步驟和重啟動(dòng)分析的穩(wěn)健性

?

分析時(shí)間估算

Abaqus/Explicit提供了一種新的分析時(shí)間預(yù)測(cè)方法，該方法使用趨勢(shì)時(shí)間序列方法。仿真計(jì)算成本低，易于解釋簡(jiǎn)要的輸出，輸出文件可由3DX中App讀取，對(duì)分析類型沒有限制，而且可以使用不同的時(shí)間序列技術(shù)。但當(dāng)仿真計(jì)算的歷史趨勢(shì)不能反應(yīng)未來趨勢(shì)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致不好的效果。

?

其他更新

電池工程功能增強(qiáng)

Abaqus2021xFD05新增了可用于電池工程方面的熱-電化學(xué)耦合分析功能，使用*COUPLED THERMAL-ELECTROCHEMICAL關(guān)鍵字行來定義。現(xiàn)在Abaqus2022xGA又新增了熱-結(jié)構(gòu)-電化學(xué)耦合分析功能，使用*COUPLED TEMPERATURE-DISPLACEMENT, ELECTROCHEMICAL。此分析功能是基于擴(kuò)展的三維多孔電極理論（PET）Newman模型，實(shí)現(xiàn)了完全耦合的多尺度、多物理學(xué)分析，可以同時(shí)解決了以下高度耦合的場(chǎng)：

• Displacements, (DOFs 1-3)

• Temperature, (DOF 11)

• Electric potentials in the solid and electrolyte phases, (DOFs 9, 32)

• Ion concentration in the electrolyte, (DOF 33) and

• Concentration of solid particles in the electrodes (microscale).

并提供專門的單元類型 (QEC3D8) 一階六面體單元。

典型的電池仿真過程，需要四個(gè)分析步：

• STEP-1：充電過程 – 恒定電流。UAMP和傳感器監(jiān)測(cè)電壓，在4.2V時(shí)結(jié)束這一步

• STEP-2：恒定電壓保持。UAMP和傳感器監(jiān)測(cè)反應(yīng)電流，并在反應(yīng)電流低于極值時(shí)結(jié)束該步驟

• STEP-3：自由保持。沒有電流或電壓，自由保持一個(gè)小時(shí)以達(dá)到平衡

• STEP-4：放電過程 - 恒定電流。UAMP和傳感器監(jiān)測(cè)電壓，在2.7V時(shí)結(jié)束該步驟

?

?

電池多物理場(chǎng)仿真的實(shí)例：選擇全圓柱形電池模型進(jìn)行分析。幾何模型的特點(diǎn)是在金屬殼內(nèi)，有一個(gè)浸在電解液中的凝膠卷（陽極集電器、陽極、分離器、陰極、陰極集電器）。該模型很復(fù)雜，可以包括頂蓋、絕緣層、通風(fēng)口、標(biāo)簽等。根據(jù)標(biāo)簽的位置、應(yīng)力和由于顆粒膨脹造成的電解液移動(dòng)、熱效應(yīng)等，對(duì)電池性能進(jìn)行深入了解。

?

全剛度耦合的通用截面Beam單元功能增強(qiáng)

目前定義網(wǎng)格劃分的B31和B32梁?jiǎn)卧耐ㄓ昧航孛鏁r(shí)，將六個(gè)梁截面的力和力矩與六個(gè)梁截面的應(yīng)變聯(lián)系起來，這種功能增強(qiáng)能夠更準(zhǔn)確地表征復(fù)合梁的彈性響應(yīng)（應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)或直升機(jī)轉(zhuǎn)子葉片），其中剛度值可以直接定義，也可以通過帶有3-DOF翹曲單元的二維梁截面分析來產(chǎn)生。目前應(yīng)力恢復(fù)通過Abaqus/CAE支持。

?

Connector塑性的功能增強(qiáng)

連接單元塑性，用于模擬實(shí)際連接裝置部件的塑性/不可恢復(fù)變形。如果汽車車架上的點(diǎn)焊和飛機(jī)上的鉚釘所受的力大于預(yù)期，它們就會(huì)發(fā)生非彈性變形。這類連接器的非彈性響應(yīng)對(duì)裝置中法向力和剪切力的比率表現(xiàn)出中度或強(qiáng)烈相關(guān)，而混合模式就是測(cè)量連接器中法向力和剪切力的相對(duì)比例。連接器的硬化反應(yīng)已得到加強(qiáng)，已包括混合模式的相關(guān)性。目前，僅適用于以表格形式定義的具有各向同性硬化行為的耦合塑性。

?

伴隨設(shè)計(jì)靈敏性的功能增強(qiáng)

伴隨靈敏度計(jì)算現(xiàn)在可以仿真三維線性模型的慣性釋放載荷。應(yīng)用于線性擾動(dòng)分析，有/無多種載荷工況。且適用于所有優(yōu)化類型：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、形貌、起筋和尺寸。適合于三維模型。而且新的用戶子程序，UELEMDRESP，用于指定用戶定義的單元設(shè)計(jì)響應(yīng)。新的單元設(shè)計(jì)響應(yīng)方面，基于彈性求解，Neuber和Glinka估算等效塑性變形。起筋和形貌敏感度將被支持用于瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化。

?

?

多工況分析中溫度加載

多載荷工況分析中可定義*TEMPERATURE。支持線性靜力學(xué)分析。這類分析，比等效的多個(gè)攝動(dòng)分析更高效，能應(yīng)用到支持溫度載荷的所有單元類型:，例如一維、二維和三維的連續(xù)體單元，殼單元，梁?jiǎn)卧S對(duì)稱單元，殼和連續(xù)體，以及膜單元等等。溫度也可以在工況定義之外進(jìn)行定義，在這個(gè)情況下，溫度適用于當(dāng)前步驟中的所有載荷工況。

斷裂和疲勞的功能增強(qiáng)

新功能包括XFEM功能增強(qiáng)，疲勞裂紋擴(kuò)展增強(qiáng)，以及傳統(tǒng)圍線積分的功能增強(qiáng)。

首先，XFEM功能增強(qiáng)包括線性靜態(tài)攝動(dòng)分析中的XFEM增強(qiáng)（例如非線性基狀態(tài)下的裂紋；允許定義不同的載荷工況；在攝動(dòng)分析步中沒有進(jìn)一步裂紋擴(kuò)展等），子結(jié)構(gòu)生成分析中的XFEM增強(qiáng)（例如支持包含裂紋的大型結(jié)構(gòu)的線性響應(yīng)，避免了與單個(gè)重復(fù)使用的線性結(jié)構(gòu)相關(guān)的大量計(jì)算成本），以及非局部平均算法擴(kuò)展到富集區(qū)域單元的線彈性斷裂力學(xué)的裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則。

其次，疲勞裂紋擴(kuò)展方面，增加新的疲勞裂紋生長(zhǎng)方法，包括基于應(yīng)力強(qiáng)度因子的 Irwin 裂紋生長(zhǎng)法，基于應(yīng)力強(qiáng)度因子的表格裂紋生長(zhǎng)法，以及通過用戶子程序定義基于應(yīng)力強(qiáng)度因子的裂紋生長(zhǎng)法。通過基于損傷的容差來控制單元的斷裂，且改進(jìn)了富集區(qū)域單元?dú)堄嗔Φ南陆?，因此提高了仿真的?zhǔn)確度和性能改進(jìn)。

而傳統(tǒng)圍線積分的功能增強(qiáng)，可使用二階四面體單元的線積分法。傳統(tǒng)的方法是基于六面體單元的域積分方法，新的開發(fā)旨在解決更廣泛的問題，可以使用基于四面體網(wǎng)格。