Abaqus FEA-Software

Abaqus verwendet ein flexibles Token-basiertes Lizenzierungssystem, um Rechenressourcen für Simulationen zuzuweisen. Die benötigte Anzahl an Tokens hängt vom Solver-Typ, der Anzahl der CPU-Kerne und der Nutzung von GPU-Beschleunigung ab. Nutzen Sie unseren Abaqus Token-Rechner, um herauszufinden, wie viele Tokens Sie benötigen. Wenn Sie verstehen möchten, wie das System funktioniert, werden im Folgenden Token-Pooling, Mindestanforderungen an Tokens und die Vorteile des Token-Systems erläutert:

Token-Pooling:

• Abaqus-Lizenzen basieren auf einem gemeinsamen Pool von Tokens, die für mehrere Produkte verwendet werden können, darunter Abaqus/Standard, Abaqus/Explicit, Tosca, fe-safe und Isight.
• Dieser vereinheitlichte Token-Pool erhöht die Effizienz, indem er Nutzern den Zugriff auf mehrere Tools ermöglicht, ohne separate Lizenzen für jedes einzelne zu benötigen.

Mindestanforderungen an Tokens:

• Mindestens 5 Tokens sind erforderlich, um eine Simulation auf einem einzelnen CPU-Kern auszuführen.
• Zusätzliche Tokens werden benötigt, wenn mehr CPU-Kerne oder GPUs hinzugefügt werden, um die Berechnungszeit zu reduzieren.
• Mit der erweiterten Token-Lizenzierung in Abaqus (eingeführt in Version 6.14) erhalten Benutzer Zugang zu zusätzlichen Tools wie Tosca Structure, Tosca Fluid, fe-safe und Isight, ohne separate Lizenzen zu benötigen. Die wichtigsten Vorteile sind:
  • Einheitlicher Zugriff auf alle Lösungstechnologien.
  • Erhöhte Effizienz durch die Nutzung eines einzigen Token-Pools.
  • Vereinfachter Kauf- und Verwaltungsprozess.
  • Mehrwert aus Simulationsinvestitionen durch die Nutzung des gesamten Portfolios.

Wenden Sie sich zunächst an einen lizenzierten Abaqus-Anbieter, um Ihre Anforderungen zu besprechen:

• Erläutern Sie Ihre Projektanforderungen und lassen Sie sich bezüglich der geeigneten Abaqus-Softwarepakete beraten.
• Erkundigen Sie sich nach Lizenzoptionen, Preisen und verfügbaren Support- oder Schulungsleistungen.

Abaqus-Software erwerben:

• Arbeiten Sie mit dem Anbieter zusammen, um die erforderlichen Abaqus-Lizenzen zu erwerben.
• Sie erhalten Anweisungen zum Herunterladen und Installieren der Abaqus-Software.

Richten Sie Ihre Abaqus-Umgebung ein:

• Installieren Sie die Abaqus-Software auf Ihrem Computer oder in einer High-Performance-Computing-Umgebung gemäß der Installationsanleitung des Anbieters.
• Stellen Sie sicher, dass Sie über die erforderliche Hardware und die Systemvoraussetzungen verfügen, um Abaqus effektiv auszuführen.
• Konfigurieren Sie alle erforderlichen Softwareintegrationen, z. B. mit Ihrem CAD-System (z. B. CATIA, SOLIDWORKS) über die assoziativen Abaqus-Schnittstellen.

Um Abaqus Subroutinen zu installieren, können Sie die folgenden Schritte ausführen:

1. Laden Sie Microsoft Visual Studio 2010 Professional herunter und installieren Sie es (Community, Professional oder Enterprise Edition sind zulässig, aber nicht die Express Edition). Visual Studio fungiert als Linker und verbindet Ihren kompilierten Code mit den erforderlichen Bibliotheken für den Abaqus Solver.
2. Laden Sie Intel® Parallel Studio XE Composer Edition für Fortran und C++ Windows herunter und installieren Sie es. Dieser Compiler übersetzt Ihre Text-Subroutine in Maschinencode, den der Computer verstehen kann.
3. Stellen Sie sicher, dass die korrekte Version von msmpi auf Ihrem Computer installiert ist. Diese Version wird normalerweise mit Ihren Abaqus Installationsmedien bereitgestellt und muss mit der Version von Abaqus übereinstimmen, die Sie verwenden. Wenn die falsche Version installiert ist, tritt ein Linker-Fehler auf.
4. Bevor Sie Ihre Simulation mit benutzerdefinierten Subroutinen starten, legen Sie die korrekten Umgebungsvariablen für Ihren Compiler und Linker fest. Dies kann durch Bearbeiten der Verknüpfung „Abaqus command“ für die Ausführung über die Befehlszeile oder der Verknüpfung „Abaqus/CAE“ für die Verwendung innerhalb der CAE-Umgebung erfolgen. Die genauen Befehle hängen von Ihrer Systemkonfiguration und den Installationspfaden der Software ab.

Wenn Sie diese Schritte befolgen, sollten Sie in der Lage sein, Abaqus Subroutinen erfolgreich zu installieren und für Ihre Simulationen zu verwenden. Nehmen Sie gerne Kontakt auf, wenn Sie auf Hindernisse stoßen.

Abaqus/CAE bietet eine umfassende Suite von Werkzeugen für die Nachbearbeitung von Ergebnissen der Finite-Elemente-Analyse. Diese Werkzeuge sind darauf ausgelegt, Benutzern zu helfen, die Ergebnisse ihrer Simulationen effektiv zu visualisieren und zu interpretieren. Die wichtigsten Funktionen zur Nachbearbeitung in Abaqus/CAE umfassen:

• Benutzer können die Anzeige verschiedener Variablen wie Spannung, Dehnung und Verschiebung manipulieren, um die Ergebnisse ihrer Analyse besser zu verstehen.
• Abaqus/CAE ermöglicht die Erstellung von Konturdiagrammen, die Variablenverteilungen über das Modell hinweg anzeigen können. Benutzer haben die Möglichkeit zu steuern, wie Abaqus/CAE Konturgrenzen berechnet, einschließlich automatisch berechneter Grenzen und manueller Anpassungen, um sich auf Bereiche von Interesse zu konzentrieren.
• Die Software kann Graphen erstellen, um die Entwicklung einer Variablen während der Analyse zu zeigen. Diese Funktion ist besonders nützlich, um Änderungen im Zeitverlauf oder über verschiedene Modellabschnitte hinweg zu verfolgen.
• Abaqus/CAE bietet Optionen zur Steuerung von Anzeigelisten über das Dialogfeld für Grafikoptionen, wodurch die Visualisierung von Ergebnissen durch Anpassung der Hardware- und Software-Rendering-Einstellungen verbessert wird.
• Benutzer können das Erscheinungsbild von Konturdiagrammen anpassen, einschließlich der Auswahl der anzuzeigenden Variablen, der Anpassung der Konturgrenzen und der Auswahl zwischen verschiedenen Diagrammtypen (z. B. Quilt-, Linien- oder Bandkonturen).
• Abaqus/CAE unterstützt verschiedene Methoden zur Ergebnisvisualisierung, einschließlich Diagrammen mit verformter Form und Symboldiagrammen, sodass Benutzer Einblicke in das physikalische Verhalten ihrer Modelle unter verschiedenen Bedingungen erhalten können.
• Die Software ermöglicht die Auswahl primärer Feldausgabevariablen für die detaillierte Analyse. Benutzer können die Variable, Invariante oder Komponente steuern, die in Konturdiagrammen, Modellprüfungen und Ansichtsschnitten basierend auf einer Isofläche angezeigt wird.
• Abaqus/CAE enthält einen Nachbearbeitungsrechner, der Berechnungen an Daten durchführt, die in die Ausgabedatenbank geschrieben wurden, wie z. B. die Extrapolation von Integrationspunktgrößen auf Knoten oder die Interpolation zum Schwerpunkt eines Elements.
• Benutzer haben die Möglichkeit, allgemeine Diagrammoptionen wie den Verformungsmaßstab anzupassen und Konturdiagramme anzupassen, um bestimmte Aspekte der Analyseergebnisse hervorzuheben.

Diese Werkzeuge sind integraler Bestandteil der Nachbearbeitungsphase in Abaqus/CAE und ermöglichen es Benutzern, aussagekräftige Erkenntnisse aus ihren Simulationsdaten zu gewinnen, ihre Modelle zu optimieren und fundierte Entscheidungen auf der Grundlage der Analyseergebnisse zu treffen.

Um ein neues Teil in Abaqus/CAE zu erstellen, befolgen Sie diese Schritte:

• Starten Sie Abaqus CAE.
• Wählen Sie den Typ der Analyse für Ihr Modell aus der Modelldatenbank aus, typischerweise Standard oder Explizit.
• Klicken Sie auf das Symbol ‚Teil erstellen‘ im CAE-Fenster.
• Geben Sie im angezeigten Dialogfeld den Namen des Teils ein, wählen Sie den Typ des Teils (Volumenkörper, Schale usw.) und legen Sie die ‚ungefähre Größe‘ fest, die die Größe des Skizzierrasters bestimmt.
• Verwenden Sie den Abaqus-Sketcher, der auf der linken Seite geometriebasierte Werkzeuge bereitstellt, um Ihr Teil im Hauptfenster zu skizzieren, ähnlich wie bei anderen CAD-Dienstprogrammen.
• Nach dem Skizzieren der Geometrie können Sie am unteren Rand des Skizzierfensters zusätzliche Details oder Merkmale hinzufügen.
• Drücken Sie die mittlere Maustaste, um die erstellte Geometrie zu bestätigen. Verlassen Sie den Sketcher, indem Sie erneut ‚FERTIG‘ oder die mittlere Maustaste drücken.
• Befolgen Sie alle zusätzlichen Anweisungen, um die Erstellung des Teils abzuschließen, z. B. das Definieren der Extrusionstiefe, wenn es sich bei dem Teil um eine Extrusion handelt.
• Das neu erstellte Teil wird im Modellbaum auf der linken Seite des Bildschirms mit allen seinen Merkmalen angezeigt, und die Volumenkörperdarstellung ist im Hauptdesignfenster sichtbar.

Denken Sie daran, Ihre Arbeit regelmäßig zu speichern, da Abaqus CAE Ihre Modelldatenbank nicht automatisch speichert. Detailliertere Anweisungen zur Verwendung der Skizzierwerkzeuge finden Sie im Benutzerhandbuch von Abaqus CAE.

Um ein vielseitiges Makro in Abaqus zu erstellen, das repetitive Aufgaben automatisieren oder Parameter für Optimierungsstudien variieren kann, befolgen Sie diese Schritte:

• Gehen Sie in Abaqus/CAE zu `Datei > Makro-Manager`, um das Makro-Manager-Fenster zu öffnen.
• Klicken Sie auf `Erstellen`, um die Makro-Aufzeichnung zu starten. Wählen Sie einen Namen für Ihr Makro und entscheiden Sie, wo es gespeichert werden soll. Sie können es im Standardverzeichnis `mome` speichern oder ein benutzerdefiniertes `Arbeitsverzeichnis` festlegen.
• Führen Sie die Abfolge von Aktionen aus, die Sie automatisieren möchten. Dies kann das Erstellen von Geometrie, das Definieren von Schritten, das Anwenden von Lasten, das Festlegen von Randbedingungen und vieles mehr umfassen. Jede Aktion, die Sie ausführen, wird aufgezeichnet.
• Sobald Sie die gewünschten Aktionen abgeschlossen haben, klicken Sie auf `Aufzeichnung beenden`. Die Aktionen sind nun als Python-Skript gespeichert.
• Greifen Sie über das Makro-Manager-Fenster auf das aufgezeichnete Makro zu, wann immer Sie die aufgezeichnete Abfolge von Aktionen ausführen müssen.
• Für eine erweiterte Anpassung können Sie die Datei `abaqusMacros.py` öffnen, um Ihren Python-Code zu kopieren, zu ändern oder weiterzuentwickeln. Dadurch können Sie das Makro für verschiedene Zwecke anpassen und es vielseitig einsetzbar machen.

Denken Sie daran, Makros sind leistungsstarke Werkzeuge in Abaqus, die Zeit sparen und die Produktivität steigern, indem sie komplexe oder repetitive Aufgaben automatisieren. Mit dem Makro-Manager können selbst Benutzer mit begrenzter Skripting-Erfahrung effektive Makros für eine Vielzahl von Anwendungen erstellen.

Um einen Abaqus High-Performance Computing (HPC)-Cluster einzurichten, gehen Sie wie folgt vor:

• Beginnen Sie mit einer Beowulf-Cluster-Konfiguration, die typischerweise einen Master-Knoten und mehrere Slave-Knoten umfasst. Für ein Budget-Setup können Sie veraltete Dual-Core-Maschinen, einen Monitor-Umschalter und einen Netzwerk-Switch verwenden.
• Wählen Sie Linux als Betriebssystem aus Kostengründen. Stellen Sie sicher, dass der Master-Knoten auf die Slaves zugreifen kann, typischerweise über SSH-Remote-Login. Vor der Installation von Abaqus sind keine zusätzlichen Voraussetzungen erforderlich, da es Dateifreigabe und MPI-Prozesse intern verwaltet.
• Installieren Sie Abaqus auf dem Master-Knoten und allen Slave-Knoten. Abaqus wird mit einer eigenen MPI-Bibliothek (Message Passing Interface) geliefert, sodass Sie die Open-Source-Version nicht verwenden müssen. Die MPI-Bibliothek ist für die Parallelverarbeitung unerlässlich und muss als Teil der Abaqus API auf jedem Knoten installiert werden.
• Um Abaqus auf dem Cluster auszuführen, reichen Sie einen Job mit mehr Kernen ein, als der Master lokal besitzt. Dadurch wird die Rechenlast auf die Slave-Knoten verteilt.
• Bearbeiten Sie die Umgebungsdatei auf dem Master-Knoten, um festzulegen, welche Computer Abaqus verwenden kann und wie viele Kerne auf jedem verfügbar sind. Dieser Schritt ist entscheidend, damit Abaqus die Cluster-Konfiguration erkennt.

Denken Sie daran, obwohl der Aufbau eines HPC-Clusters mit begrenztem Budget möglich ist, kann die Leistung durch die Hardware-Fähigkeiten begrenzt sein. Die Komplexität der Einrichtung des Clusters hängt von Ihrer Bereitschaft ab, die Software zu recherchieren und damit zu experimentieren. Das Ausführen von Abaqus auf einem Cluster ist unkompliziert, sobald die Umgebung korrekt konfiguriert ist. Überprüfen Sie immer die Systemanforderungen für die spezifische Version von Abaqus, die Sie verwenden, um die Kompatibilität sicherzustellen.

General Contact bietet einen optimierten und automatisierten Ansatz zur Definition von Interaktionen zwischen Oberflächen in einem Modell. Im Gegensatz zu traditionellen Kontaktpaaren, die eine manuelle Spezifikation einzelner interagierender Oberflächen erfordern, geht General Contact davon aus, dass jede Oberfläche mit jeder anderen Oberfläche innerhalb der definierten Kontaktdomäne interagieren kann. Dies macht es besonders nützlich für komplexe Modelle mit mehreren potenziellen Kontaktinteraktionen.

Zu den Hauptmerkmalen von General Contact gehören:

• Automatische Identifizierung und Verwaltung verschiedener Kontakttypen, wie z. B. Oberfläche-zu-Oberfläche-, Kante-zu-Oberfläche- und Kante-zu-Kante-Interaktionen, wodurch die Einrichtungszeit erheblich reduziert wird.
• Anwendbar auf starre und verformbare Körper, ideal für große Baugruppen oder Simulationen, die eine umfassende Kontaktermittlung erfordern.
• Die allumfassende Kontaktdomäne vereinfacht den Einrichtungsprozess, indem standardmäßig alle externen Oberflächen berücksichtigt werden. Benutzer können dies verfeinern, indem sie bestimmte Oberflächen ein- oder ausschließen, um die Leistung zu optimieren.

Solver-Kompatibilität:

• In Abaqus/Standard wird General Contact nur im ersten Schritt definiert und bleibt während der gesamten Analyse aktiv.
• In Abaqus/Explicit kann er in jedem Schritt angewendet werden, was mehr Flexibilität bietet.
• Während der allgemeine Kontakt den Prozess vereinfacht, kann er aufgrund umfassenderer Kontaktdefinitionen den Rechenaufwand erhöhen. Für Modelle, die eine präzise Steuerung spezifischer Interaktionen erfordern, sind traditionelle Kontaktpaare möglicherweise weiterhin vorzuziehen. Für die meisten Simulationen empfiehlt SIMULIA jedoch die Verwendung des allgemeinen Kontakts aufgrund seiner Effizienz und Anpassungsfähigkeit.

Die Netzsensitivitätsanalyse in Abaqus bewertet, wie sich die Ergebnisse einer FEA (Finite-Elemente-Analyse) mit unterschiedlichen Netzdichten verändern. Sie stellt sicher, dass die numerische Lösung mit zunehmender Verfeinerung des Netzes gegen ein genaues und zuverlässiges Ergebnis konvergiert. Dieser Prozess ist entscheidend für die Erzielung verlässlicher Simulationen ohne unnötige Rechenkosten.

In der FEA konvergiert die Lösung tendenziell gegen einen eindeutigen Wert, wenn die Netzdichte zunimmt. Ein „konvergiertes Netz“ ist ein Netz, bei dem eine weitere Verfeinerung nur noch vernachlässigbare Änderungen der Ergebnisse, wie z. B. Spannungen, Verschiebungen oder Energiewerte, bewirkt.

In einer CEL-Studie (gekoppelte Euler-Lagrange-Methode) mit einer Ball-Wasser-Interaktion führten beispielsweise unterschiedliche Netzdichten zu unterschiedlichen Ergebnissen, wie z. B. der Anzahl der Sprünge oder ob der Ball untergetaucht wurde. Dies verdeutlicht, wie stark die Netzdichte die Ergebnisse in dynamischen Simulationen beeinflussen kann.

Feinere Netze verbessern zwar die Genauigkeit, erhöhen aber auch die Rechenzeit und den Ressourcenverbrauch. Es muss ein Gleichgewicht zwischen Netzdichte und Recheneffizienz gefunden werden, indem die Verfeinerung auf kritische Bereiche (z. B. Bereiche mit hohen Spannungsgradienten) konzentriert wird.

Netzabhängigkeit in CEL-Studien

In CEL-Analysen, wie z. B. bei Problemen der Auswirkung oder der Fluid-Struktur-Interaktion, kann die Netzabhängigkeit die Energiedissipation und die Verformungsmuster beeinflussen. Die Verfeinerung des Netzes verbessert die Konvergenz, kann aber auch die in Simulationen beobachteten physikalischen Verhaltensweisen verändern.

Praktische Empfehlungen

• Führen Sie eine Netzkonvergenzstudie durch, indem Sie Simulationen mit zunehmend feineren Netzen durchführen, bis sich die Ergebnisse stabilisieren.
• Verwenden Sie grobe Netze für die Trendanalyse, verlassen Sie sich aber auf verfeinerte Netze für genaue Größen von Spannung oder Verschiebung.
• Wenden Sie eine lokale Verfeinerung in interessierenden Regionen (z. B. Spannungskonzentrationen) an, während Sie andernorts gröbere Netze beibehalten, um die Leistung zu optimieren.

Der Knoten-Oberfläche-Kontakt ist eine gängige Interaktionseinstellung in Abaqus, aber unsachgemäße Konfigurationen können zu Problemen wie unrealistischen Spannungskonzentrationen oder Master-Knoten, die die Slave-Oberfläche durchdringen, führen. Um genaue und stabile Ergebnisse zu gewährleisten, beachten Sie die folgenden wichtigen Punkte:

• Master-Slave-Oberflächen-Setup
  • Slave-Oberfläche: Weisen Sie die Slave-Oberfläche dem kleineren und weicheren Körper mit höherer Elementdichte zu. Dies stellt sicher, dass sich die Slave-Oberfläche besser an die Master-Oberfläche anpasst.
  • Master-Oberfläche: Ordnen Sie die Master-Oberfläche dem steiferen Körper zu (unter Berücksichtigung der Geometrie- und Materialeigenschaften) und stellen Sie sicher, dass sie im Vergleich zur Slave-Oberfläche ein gröberes Netz hat.
• Elementdichte
  • Die Elementdichte der Slave-Oberfläche sollte immer höher sein als die der Master-Oberfläche. Dies minimiert Probleme wie das Durchdringen der Slave-Oberfläche durch Master-Knoten oder Spannungsspitzen an Kontaktpunkten.
• Geometrie- und Materialeigenschaften
  • Priorisieren Sie die Zuweisung der Slave-Oberfläche zum kleineren Körper, da dies Rechenfehler reduziert und das Kontaktverhalten verbessert.
  • Wenn es nicht möglich ist, alle Kriterien zu erfüllen, priorisieren Sie bei der Definition von Master-Slave-Beziehungen die Netztdichte und -größe gegenüber der Materialsteifigkeit.
• Häufige Fehlerquellen
  • Master-Knoten, die die Slave-Oberfläche durchdringen: Dies tritt auf, wenn die Master-Oberfläche ein feineres Netz hat oder einem kleineren Körper zugeordnet ist. Dies kann zu unrealistischen Ergebnissen führen.
  • Spannungsspitzen: Konzentrierte Spannungen können auftreten, wenn aufgrund eines groben Slave-Netzes oder einer unsachgemäßen Einrichtung zu wenige interagierende Knoten vorhanden sind.
• Bewährte Verfahren
  • Verfeinern Sie das Netz auf der Master-Oberfläche entsprechend, wenn Kontaktspannungen von Interesse sind.
  • Verwenden Sie reibungslose „harte Kontakt“-Interaktionen für einfachere Setups, es sei denn, das Reibungsverhalten ist entscheidend.
  • Führen Sie Sensitivitätsstudien durch, um zu validieren, dass Ihr Setup stabile und realistische Ergebnisse liefert.

Der Flächenkontakt in Abaqus ist eine Diskretisierungsmethode, die die Genauigkeit und Stabilität von Kontaktsimulationen verbessert, indem Kontaktbedingungen über interagierende Flächen hinweg besser durchgesetzt werden. Im Gegensatz zum Knoten-Flächen-Kontakt werden hier die Durchschnittspositionen der Slave-Knoten verwendet, um Bedingungen zu berechnen, wodurch Probleme wie Spannungsunregelmäßigkeiten und unrealistische Durchdringungen reduziert werden. Zu den wichtigsten Überlegungen für den Flächenkontakt gehören:

Master-Slave-Beziehung

• Idealerweise sollte die Slave-Fläche zu dem kleineren, weicheren Körper mit höherer Elementdichte gehören.
• Die Master-Fläche sollte dem steiferen Körper mit einem gröberen Netz zugewiesen werden. Diese Konfiguration gewährleistet eine genaue Spannungsverteilung und vermeidet Probleme wie das Durchdringen der Slave-Fläche durch Master-Knoten.

Netzdichte

• Ein feineres Netz auf der Slave-Fläche verbessert die Genauigkeit, indem es Spannungsgradienten besser erfasst und eine ordnungsgemäße Bedingungserfüllung gewährleistet.
• Grobe Slave-Netze können zu längeren Verarbeitungszeiten und ungenauen Ergebnissen führen, wie in Fällen zu sehen ist, in denen Kantenlasten nicht richtig erfasst werden.

Spannungsverteilung

• Der Flächenkontakt reduziert Spannungsartefakte im Vergleich zu Knoten-Flächen-Methoden. Hochspannungsbereiche (z. B. Kantenlasten) werden jedoch weiterhin durch die Master-Slave-Beziehung und die Netzqualität beeinflusst.

Effizienz

• Während der Flächenkontakt robuster ist als der Knoten-Flächen-Kontakt, verbessert die Einhaltung korrekter Master-Slave-Zuweisungen die Berechnungseffizienz und Ergebniszuverlässigkeit weiter.

Bewährte Verfahren

• Verwenden Sie nach Möglichkeit den Flächenkontakt anstelle des Knoten-Flächen-Kontakts, um genauere Ergebnisse zu erzielen.
• Priorisieren Sie die Zuweisung der Slave-Fläche zu dem kleineren Körper mit höherer Netzdichte, wenn nicht alle Kriterien erfüllt werden können.
• Führen Sie Sensitivitätsanalysen durch, um zu validieren, dass Ihre Netzdichte und Master-Slave-Definitionen stabile Ergebnisse liefern.

Elemente zweiter Ordnung, wie z. B. C3D20R, können aufgrund ihres Verhaltens in bestimmten Diskretisierungsmethoden einzigartige Herausforderungen bei der Kontaktanalyse darstellen. Hier sind die wichtigsten Überlegungen:

1. Die Diskretisierungsmethode ist wichtig:
   • Bei der Verwendung von Elementen zweiter Ordnung beeinflusst die Wahl zwischen Knoten-zu-Oberfläche- und Oberfläche-zu-Oberfläche-Diskretisierung die Ergebnisse erheblich. Beispielsweise können Knoten-zu-Oberfläche-Kontakte zusätzliche Mittelflächenknoten einführen (z. B. Umwandlung von C3D20R in C3D27R), was die Verteilung der Knotenkraft verändern und die Rechenkomplexität erhöhen kann.
2. Verhalten der Kraftverteilung:
   • Elemente zweiter Ordnung können bei gleichmäßigem Druck tessellierte oder unregelmäßige Kraftverteilungen erzeugen (z. B. CNORMF-Werte). Dies liegt an der Art und Weise, wie Knotenkraft berechnet wird, insbesondere wenn keine Mittelflächenknoten vorhanden sind.
3. Leistung und Genauigkeit:
   • Elemente erster Ordnung (z. B. C3D8I) werden oft für Kontaktbereiche bevorzugt, da sie die Berechnungen vereinfachen, die Lösungszeit verkürzen und die Genauigkeit für Knotenkraftausgaben verbessern. Wenn Elemente zweiter Ordnung erforderlich sind, wird die Verwendung der Oberfläche-zu-Oberfläche-Diskretisierung empfohlen, um zusätzliche Mittelflächenknoten zu vermeiden.
4. Modellanforderungen:
   • Die Eignung von Elementen zweiter Ordnung hängt von Ihrem spezifischen Modell und Ihren Ausgabeanforderungen ab. Wenn präzise Knotenkraftwerte nicht entscheidend sind, können sich die Unregelmäßigkeiten in der Kraftverteilung nicht wesentlich auf andere Ausgaben wie Spannung oder Druck auswirken.
5. Für optimale Ergebnisse:
   • Verwenden Sie Elemente erster Ordnung für Slave-Oberflächen im Kontakt.
   • Entscheiden Sie sich für die Oberfläche-zu-Oberfläche-Diskretisierung, wenn Elemente zweiter Ordnung unvermeidlich sind.
   • Bewerten Sie, ob das CNORMF-Verhalten Ihre Analyseziele beeinflusst.

Das Hashin-Schädigungsmodell in Abaqus ist eine weit verbreitete Versagenstheorie, die entwickelt wurde, um die Initiierung und Entwicklung von Schäden in faserverstärkten Verbundwerkstoffen vorherzusagen. Es bietet eine detaillierte Aufschlüsselung der Versagensmechanismen, indem es zwischen Faser- und Matrixversagen unter verschiedenen Belastungsbedingungen unterscheidet. Dies macht es besonders geeignet, um das komplexe Verhalten von Verbundwerkstoffen genau zu simulieren.

Hauptmerkmale des Hashin-Schädigungsmodells:

1. Schädigungsinitiierungskriterien:
   Basierend auf der Hashin-Theorie identifiziert das Modell vier primäre Versagensarten:
   • HSNFTCRT (Faserzug): Bruch von Fasern unter Zugspannung.
   • HSNFCCRT (Faserkompression): Knicken oder Knicken von Fasern unter Druckspannung.
   • HSNMTCRT (Matrixzug): Rissbildung in der Matrix aufgrund von transversaler Zugspannung und Scherung.
   • HSNMCCRT (Matrixkompression): Zerstörung der Matrix unter transversaler Druckspannung und Scherung.
   • Diese Kriterien werden mit ebenen Spannungselementen wie Schalen-, Kontinuumsschalen- und Membranelementen implementiert. Für 3D-Volumenelemente sind alternative Modelle wie LaRC05 oder benutzerdefinierte VUMAT-Subroutinen erforderlich.
2. Schädigungsentwicklung:
   • Nach der Schädigungsinitiierung verwendet Abaqus einen energiebasierten Ansatz, um den fortschreitenden Materialabbau zu modellieren. Die Bruchenergie (Gf) für jede Versagensart bestimmt die Geschwindigkeit, mit der die Steifigkeit reduziert wird, wodurch eine realistische Simulation des Verhaltens nach der Schädigung gewährleistet wird.
3. Elementlöschung:
   • Abaqus ermöglicht das Entfernen von Elementen, sobald alle Materialpunkte innerhalb eines Elements vollständig abgebaut sind, wodurch ein vollständiges Materialversagen simuliert wird. Diese Funktion ist besonders nützlich für die Analyse von großflächigen Ausfällen wie Delamination oder Bolzenlagerungsschäden in Verbundverbindungen.
4. Anwendungen in der Verbundanalyse:
   • Das Hashin-Schädigungsmodell wird häufig verwendet, um das Versagen auf Lagen-Ebene in laminierten Verbundwerkstoffen wie CFK (kohlenstofffaserverstärkte Polymere) zu simulieren. Es kann lokalisierte Schäden in der Nähe von Spannungskonzentrationen (z. B. Bolzenlöchern) vorhersagen und die Gesamtstrukturintegrität unter komplexen Belastungsbedingungen beurteilen.
   • In verschraubten Verbundverbindungen ermöglicht es die genaue Modellierung von Zwischenlagenspannungen und Lagenversagen und liefert Einblicke in Faktoren wie die Auswirkungen der Klemmkraft und die Verschlechterung der Verbindungsfestigkeit.
5. Einschränkungen und Empfehlungen:
   • Das Hashin-Modell ist auf ebene Spannungsformulierungen beschränkt und kann 3D-Spannungszustände nicht direkt verarbeiten. Für Anwendungen, die eine Spannungsanalyse durch die Dicke erfordern (z. B. Druckbehälter), sollten Benutzer LaRC05 oder benutzerdefinierte Subroutinen wie VUMAT in Betracht ziehen.
   • Genaue Ergebnisse erfordern detaillierte Eingabeparameter, einschließlich Zug-/Druckfestigkeiten und Schereigenschaften für sowohl Fasern als auch die Matrix. Eine Studie zur Netzkonvergenz wird ebenfalls empfohlen, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen.