Abaqus - oprogramowanie FEA

Abaqus wykorzystuje elastyczny system licencjonowania oparty na tokenach do przydzielania zasobów obliczeniowych do symulacji. Liczba wymaganych tokenów zależy od typu solwera, liczby rdzeni CPU i tego, czy wykorzystywana jest akceleracja GPU. Proszę skorzystać z naszego kalkulatora tokenów Abaqus, aby dowiedzieć się, ile tokenów będzie potrzebnych. Jeśli chcesz zrozumieć, jak działa system, poniżej wyjaśniono zasady łączenia tokenów, minimalne wymagania dotyczące tokenów i korzyści płynące z systemu tokenów:

Łączenie tokenów:

• Licencje Abaqus są oparte na współdzielonej puli tokenów, które mogą być używane w wielu produktach, w tym Abaqus/Standard, Abaqus/Explicit, Tosca, fe-safe i Isight.
• Ta ujednolicona pula tokenów zwiększa wydajność, umożliwiając użytkownikom dostęp do wielu narzędzi bez konieczności posiadania oddzielnych licencji dla każdego z nich.

Minimalne wymagania dotyczące tokenów:

• Do uruchomienia symulacji na jednym rdzeniu procesora wymagane jest co najmniej 5 tokenów.
• Dodatkowe tokeny są potrzebne w miarę dodawania kolejnych rdzeni CPU lub GPU w celu skrócenia czasu obliczeń.
• Dzięki rozszerzonemu licencjonowaniu tokenów w Abaqus (wprowadzonemu w wersji 6.14) użytkownicy uzyskują dostęp do dodatkowych narzędzi, takich jak Tosca Structure, Tosca Fluid, fe-safe i Isight, bez konieczności posiadania oddzielnych licencji. Kluczowe korzyści obejmują:
  • Ujednolicony dostęp do wszystkich technologii rozwiązań.
  • Zwiększona wydajność dzięki wykorzystaniu jednej puli tokenów.
  • Uproszczony proces zakupu i zarządzania.
  • Zwiększona wartość z inwestycji w symulację poprzez wykorzystanie całego portfela.

Po pierwsze, skontaktuj się z licencjonowanym dostawcą Abaqus, aby omówić swoje potrzeby:

• Wyjaśnij wymagania projektu, aby uzyskać wskazówki dotyczące odpowiedniego pakietu oprogramowania Abaqus.
• Zapytaj o opcje licencjonowania, ceny i wszelkie dostępne usługi wsparcia lub szkolenia.

Zakup oprogramowania Abaqus:

• Współpraca z dostawcą w celu zakupu niezbędnych licencji Abaqus.
• Otrzymasz instrukcje dotyczące pobierania i instalowania oprogramowania Abaqus.

Skonfiguj środowisko Abaqus:

• Zainstaluj oprogramowanie Abaqus na swoim komputerze lub w środowisku obliczeniowym o wysokiej wydajności, zgodnie z instrukcją instalacji dostarczoną przez dostawcę.
• Upewnij się, że posiadasz niezbędne wymagania sprzętowe i systemowe do efektywnego działania oprogramowania Abaqus.
• Skonfiguruj wszelkie wymagane integracje oprogramowania, takie jak z systemem CAD (np. CATIA, SOLIDWORKS) za pomocą interfejsów asocjacyjnych Abaqus.

Aby zainstalować podprogramy Abaqus, wykonaj następujące kroki:

1. Pobierz i zainstaluj Microsoft Visual Studio 2010 Professional (dopuszczalne są edycje Community, Professional lub Enterprise, ale nie Express). Visual Studio działa jako ogniwo, łącząc skompilowany kod z niezbędnymi bibliotekami dla solwera Abaqus.
2. Pobierz i zainstaluj Intel® Parallel Studio XE Composer Edition for Fortran and C++ Windows. Ten program tłumaczy Twój podprogram tekstowy na kod maszynowy zrozumiały dla komputera.
3. Upewnij się, że na komputerze zainstalowana jest prawidłowa wersja msmpi. Wersja ta jest zazwyczaj dostarczana z nośnikiem instalacyjnym Abaqus i musi być zgodna z używaną wersją Abaqus. Jeśli zainstalowana jest niewłaściwa wersja, wystąpi błąd łączenia.
4. Przed uruchomieniem symulacji z podprogramami użytkownika należy ustawić odpowiednie zmienne środowiskowe dla kompilatora i ogniwa. Można to zrobić poprzez edycję skrótu „Abaqus command” do wykonywania poleceń z linii poleceń lub skrótu „Abaqus/CAE” do użycia w środowisku CAE. Dokładne polecenia będą zależeć od konfiguracji systemu i ścieżek instalacji oprogramowania.

Postępując zgodnie z tymi krokami, powinieneś być w stanie pomyślnie zainstalować i używać podprogramów Abaqus do swoich symulacji. Jeśli napotkasz jakiekolwiek przeszkody, prosimy o kontakt.

Abaqus/CAE oferuje kompleksowy zestaw narzędzi do post-processingu wyników analizy metodą elementów skończonych. Narzędzia te zostały zaprojektowane, aby pomóc użytkownikom skutecznie wizualizować i interpretować wyniki ich symulacji. Kluczowe funkcje przetwarzania końcowego w Abaqus/CAE obejmują:

• Użytkownicy mogą zarządzać wyświetlaniem różnych zmiennych, takich jak naprężenie, odkształcenie i przemieszczenie, aby lepiej zrozumieć wyniki analizy.
• Abaqus/CAE pozwala na tworzenie wykresów konturowych, które mogą wyświetlać zmienne rozkłady w całym modelu. Użytkownicy mają możliwość kontrolowania sposobu, w jaki Abaqus/CAE oblicza granice konturów, w tym automatycznie obliczane granice i ręczne korekty w celu skupienia się na obszarach zainteresowania.
• Oprogramowanie może wykreślać wykresy, aby pokazać ewolucję zmiennej w trakcie analizy. Ta funkcja jest szczególnie przydatna do śledzenia zmian w czasie lub w różnych sekcjach modelu.
• Abaqus/CAE zapewnia opcje kontrolowania list wyświetlania za pomocą okna dialogowego opcji graficznych, poprawiając wizualizację wyników poprzez dostosowanie ustawień renderowania sprzętu i oprogramowania.
• Użytkownicy mogą dostosowywać wygląd wykresów konturowych, w tym wybierać zmienne do wyświetlenia, dostosowywać granice konturów i wybierać między różnymi typami wykresów (np. kontury, linie lub kontury pasmowe).
• Abaqus/CAE obsługuje różne metody wizualizacji wyników, w tym odkształcone wykresy kształtu i wykresy symboli, pozwalając użytkownikom uzyskać wgląd w fizyczne zachowanie ich modeli w różnych warunkach.
• Oprogramowanie umożliwia wybór podstawowych zmiennych wyjściowych do szczegółowej analizy. Użytkownicy mogą kontrolować zmienną, niezmiennik lub składową wyświetlaną na wykresach konturowych, sondować modele i wyświetlać przekroje na podstawie izopowierzchni.
• Abaqus/CAE zawiera kalkulator przetwarzania końcowego, który wykonuje obliczenia na danych zapisanych w wyjściowej bazie danych, takie jak ekstrapolacja wielkości punktu całkowania do węzłów lub interpolacja do środka ciężkości elementu.
• Użytkownicy mają możliwość dostosowania typowych opcji wykresów, takich jak skala deformacji, i dostosowania wykresów konturowych w celu podkreślenia określonych aspektów wyników analizy.

Narzędzia te są integralną częścią fazy przetwarzania końcowego w Abaqus/CAE, umożliwiając użytkownikom wyodrębnienie istotnych informacji z danych symulacyjnych, optymalizację modeli i podejmowanie świadomych decyzji na podstawie wyników analizy.

Aby utworzyć nową część w Abaqus/CAE, wykonaj następujące kroki:

• Uruchom Abaqus CAE.
• Wybierz typ analizy dla swojego modelu, zazwyczaj standardowy lub jawny, z bazy danych modeli.
• Kliknij ikonę „utwórz część” w oknie CAE.
• W wyświetlonym oknie dialogowym wprowadź nazwę części, wybierz typ części (bryła, powłoka itp.) i ustaw „przybliżony rozmiar”, który określa rozmiar siatki szkicownika.
• Użyj szkicownika Abaqus, który zapewnia narzędzia oparte na geometrii po lewej stronie, aby naszkicować część w oknie głównym, podobnie jak w przypadku innych narzędzi CAD.
• Po naszkicowaniu geometrii można dodać dodatkowe szczegóły lub funkcje w dolnej części okna szkicownika.
• Naciśnij środkowy przycisk myszy, aby potwierdzić utworzoną geometrię. Opuścić szkicownik, naciskając „DONE” lub ponownie środkowy przycisk myszy.
• Postępuj zgodnie z dodatkowymi instrukcjami, aby sfinalizować tworzenie części, np. zdefiniować głębokość wytłaczania, jeśli część jest wytłaczana.
• Nowo utworzona część pojawi się w drzewie modelu po lewej stronie ekranu wraz ze wszystkimi jej cechami, a reprezentacja bryły będzie widoczna w głównym oknie projektu.

Pamiętaj o regularnym zapisywaniu swojej pracy, ponieważ Abaqus CAE nie zapisuje automatycznie bazy danych modelu. Aby uzyskać bardziej szczegółowe instrukcje dotyczące korzystania z narzędzi szkicownika, zapoznaj się z podręcznikiem użytkownika Abaqus CAE.

Aby utworzyć wielofunkcyjne makro w Abaqus, które może zautomatyzować powtarzalne zadania lub zmieniać parametry do badań optymalizacyjnych, wykonaj następujące kroki:

• Przejdź do `file > macro manager` w Abaqus/CAE, aby otworzyć okno menadżera makr.
• Kliknij `create`, aby rozpocząć nagrywanie makra. Wybierz nazwę dla swojego makra i zdecyduj, gdzie ma zostać zapisane. Możesz je zapisać w domyślnym katalogu `mome` lub ustawić niestandardowy katalog `work`.
• Wykonaj sekwencję działań, które mają zostać zautomatyzowane. Może to obejmować tworzenie geometrii, definiowanie kroków, stosowanie obciążeń, ustawianie warunków brzegowych i inne. Każda podjęta czynność zostanie zarejestrowana.
• Po wykonaniu żądanych czynności, kliknij `stop recording`. Działania są teraz zapisane jako skrypt Python.
• Dostęp do nagranego makra można uzyskać z okna menedżera makr, gdy trzeba wykonać nagraną sekwencję działań.
• W celu bardziej zaawansowanego dostosowania można otworzyć plik `abaqusMacros.py`, aby skopiować, zmodyfikować lub dalej rozwijać kod Pythona. Pozwala to dostosować makro do różnych celów i uczynić je wielofunkcyjnym.

Należy pamiętać, że makra są potężnymi narzędziami w Abaqus, które oszczędzają czas i zwiększają produktywność poprzez automatyzację złożonych lub powtarzalnych zadań. Dzięki menedżerowi makr nawet użytkownicy z ograniczonym doświadczeniem w tworzeniu skryptów mogą tworzyć efektywne makra dla szerokiego zakresu zastosowań.

Aby skonfigurować klaster Abaqus High-Performance Computing (HPC), wykonaj następujące kroki:

• Rozpocznij od konfiguracji klastra Beowulf, która zazwyczaj obejmuje jeden węzeł główny i wiele węzłów podrzędnych. W przypadku konfiguracji budżetowej można użyć przestarzałych maszyn dwurdzeniowych, przełącznika monitorów i przełącznika sieciowego.
• Wybierz Linux jako system operacyjny, aby obniżyć koszty. Upewnij się, że węzeł nadrzędny ma dostęp do węzłów podrzędnych, zazwyczaj poprzez zdalne logowanie SSH. Przed instalacją oprogramowania Abaqus nie są wymagane żadne dodatkowe wymagania wstępne, ponieważ obsługuje ono wewnętrznie udostępnianie plików i procesy MPI.
• Zainstaluj Abaqus na węźle głównym i wszystkich węzłach podrzędnych. Abaqus posiada własną bibliotekę MPI (message passing interface), więc nie musisz korzystać z wersji open-source. Biblioteka MPI jest niezbędna do przetwarzania równoległego i musi być zainstalowana jako część interfejsu API Abaqus na każdym węźle.
• Aby uruchomić program Abaqus w klastrze, należy przesłać zadanie z większą liczbą rdzeni niż lokalnie posiada jednostka główna. Spowoduje to rozłożenie obciążenia obliczeniowego na węzły slave.
• Edytuj plik środowiska na węźle głównym, aby określić komputery, z których może korzystać Abaqus oraz liczbę rdzeni dostępnych na każdym z nich. Ten krok jest kluczowy, aby Abaqus rozpoznał konfigurację klastra.

Pamiętaj, że choć zbudowanie klastra HPC przy ograniczonym budżecie jest możliwe, jego wydajność może być ograniczona możliwościami sprzętowymi. Złożoność konfiguracji klastra zależy od Twoich chęci do badania i eksperymentowania z oprogramowaniem. Uruchomienie Abaqus na klastrze jest proste po prawidłowym skonfigurowaniu środowiska. Zawsze sprawdzaj wymagania systemowe dla konkretnej wersji Abaqus, której używasz, aby zapewnić kompatybilność.

Ogólny kontakt zapewnia usprawnione i zautomatyzowane podejście do definiowania interakcji między powierzchniami w modelu. W przeciwieństwie do tradycyjnych par kontaktowych, które wymagają ręcznego określenia poszczególnych powierzchni wchodzących w interakcje, kontakt ogólny zakłada, że każda powierzchnia może wchodzić w interakcje z każdą inną powierzchnią w zdefiniowanym obszarze kontaktu. Jest to szczególnie przydatne w przypadku złożonych modeli z wieloma potencjalnymi interakcjami kontaktowymi.

Kluczowe cechy kontaktu ogólnego obejmują:

• Automatyczną identyfikacja i zarządzanie różnymi typami styków, takimi jak interakcje powierzchnia-powierzchnia, krawędź-powierzchnia i krawędź-krawędź, co znacznie skraca czas konfiguracji.
• Ma zastosowanie zarówno do ciał sztywnych, jak i odkształcalnych, jest idealny do dużych zespołów lub symulacji wymagających kompleksowego wykrywania kontaktu.
• Domena styków all-inclusive upraszcza proces konfiguracji poprzez domyślne uwzględnienie wszystkich powierzchni zewnętrznych. Użytkownicy mogą to doprecyzować, włączając lub wyłączając określone powierzchnie w celu optymalizacji wydajności.

Kompatybilność Solvera:

• W Abaqus/Standard kontakt ogólny jest definiowany tylko w kroku początkowym i pozostaje aktywny przez cały czas trwania analizy.
• W Abaqus/Explicit można go zastosować na dowolnym etapie, co zapewnia większą elastyczność.
• Podczas gdy ogólny kontakt upraszcza proces, może zwiększyć wysiłek obliczeniowy ze względu na szersze definicje kontaktu. W przypadku modeli wymagających precyzyjnej kontroli nad określonymi interakcjami, tradycyjne pary kontaktów mogą być nadal preferowane. Jednak w przypadku większości symulacji SIMULIA zaleca korzystanie z ogólnego kontaktu ze względu na jego wydajność i zdolność adaptacji.

Analiza wrażliwości siatki w Abaqus ocenia, w jaki sposób wyniki analizy elementów skończonych (MES) zmieniają się wraz ze zmianą gęstości siatki. Zapewnia to, że rozwiązanie numeryczne zbiega się do dokładnego i wiarygodnego wyniku w miarę udoskonalania siatki. Proces ten ma kluczowe znaczenie dla uzyskania niezawodnych symulacji bez zbędnych kosztów obliczeniowych.

W metodzie elementów skończonych rozwiązanie ma tendencję do zbiegania się do unikalnej wartości wraz ze wzrostem gęstości siatki. „Zbieżna siatka” to taka, w której dalsze udoskonalanie powoduje nieistotne zmiany w wynikach, takich jak naprężenia, przemieszczenia lub wartości energii.

Na przykład, w badaniu CEL (sprzężonym Eulerian-Lagrangian) obejmującym interakcję piłki z wodą, różne gęstości siatki dały różne wyniki, takie jak liczba odbić lub to, czy piłka była zanurzona. Podkreśla to, jak gęstość siatki może drastycznie wpływać na wyniki symulacji dynamicznych.

Podczas gdy drobniejsze siatki poprawiają dokładność, zwiększają również czas obliczeń i zużycie zasobów. Należy znaleźć równowagę między gęstością siatki a wydajnością obliczeniową, koncentrując udoskonalenia na krytycznych regionach (np. obszarach o dużych gradientach naprężeń).

Zależność siatki w badaniach CEL

W analizach CEL, takich jak uderzenia lub problemy interakcji płyn-struktura, zależność siatki może wpływać na rozpraszanie energii i wzorce deformacji. Udoskonalenie siatki poprawia zbieżność, ale może również zmienić fizyczne zachowania obserwowane w symulacjach.

Zalecenia praktyczne

• Przeprowadź badanie zbieżności siatki, uruchamiając symulacje z coraz drobniejszymi siatkami, aż wyniki się ustabilizują.
• Użyj grubych siatek do analizy trendów, ale polegać na siatkach rafinowanych w celu uzyskania dokładnych wielkości naprężeń lub przemieszczeń.
• Zastosowanie lokalnego udoskonalenia w regionach zainteresowania (np. koncentracje naprężeń) przy jednoczesnym zachowaniu grubszych siatek w innych miejscach w celu optymalizacji wydajności.

Kontakt węzła z powierzchnią jest powszechną konfiguracją interakcji w Abaqus, ale niewłaściwe konfiguracje mogą prowadzić do takich problemów, jak nierealistyczne koncentracje naprężeń lub węzły nadrzędne przechodzące przez powierzchnię podrzędną. Aby zapewnić dokładne i stabilne wyniki, przestrzegaj poniższych zasad:

• Konfiguracja powierzchni master-slave
  • Powierzchnia podrzędna: Pprzypisz powierzchnię podrzędną do mniejszego i bardziej miękkiego korpusu o większej gęstości elementów. Zapewni to lepsze dopasowanie powierzchni podrzędnej do powierzchni głównej.
  • Powierzchnia główna: Przydziel powierzchnię główną do sztywniejszego ciała (biorąc pod uwagę zarówno geometrię, jak i właściwości materiału) i upewnić się, że ma ona grubszą siatkę w porównaniu do powierzchni podrzędnej.
• Gęstość elementów
  • Gęstość elementów na powierzchni podrzędnej powinna być zawsze wyższa niż na powierzchni nadrzędnej. Minimalizuje to takie problemy, jak węzły nadrzędne przechodzące przez powierzchnię podrzędną lub osobliwości naprężeń w punktach styku.
• Geometria i właściwości materiału
  • Priorytetem jest przypisanie powierzchni podrzędnej do mniejszego ciała, ponieważ zmniejsza to błędy obliczeniowe i poprawia zachowanie styku.
  • Jeśli nie jest możliwe spełnienie wszystkich kryteriów, podczas definiowania relacji master-slave należy nadać priorytet gęstości i rozmiarowi siatki, a nie sztywności materiału.
• Najczęstsze pułapki
  • Węzły nadrzędne przechodzące przez powierzchnię podrzędną: Dzieje się tak, gdy powierzchnia nadrzędna ma drobniejszą siatkę lub jest przypisana do mniejszej bryły. Może to prowadzić do nierealistycznych wyników.
  • Osobliwości naprężeń: Skoncentrowane naprężenia mogą pojawić się, jeśli jest zbyt mało oddziałujących węzłów z powodu grubej siatki podrzędnej lub niewłaściwej konfiguracji.
• Najlepsze praktyki
  • Odpowiednio doprecyzuj siatkę na powierzchni wzorcowej, jeśli interesujące są naprężenia kontaktowe.
  • W prostszych konfiguracjach należy stosować interakcje beztarciowe typu „twardy kontakt”, chyba że tarcie ma krytyczne znaczenie.
  • Przeprowadź badania wrażliwości, aby potwierdzić, że Twoje konfiguracja daje stabilne i realistyczne wyniki.

Kontakt powierzchnia-powierzchnia w Abaqus to metoda dyskretyzacji, która zwiększa dokładność i stabilność symulacji kontaktu poprzez lepsze egzekwowanie ograniczeń kontaktowych na oddziałujących powierzchniach. W przeciwieństwie do styku węzeł-powierzchnia, wykorzystuje ona średnie pozycje węzłów podrzędnych do obliczania ograniczeń, redukując takie problemy jak nieregularności naprężeń i nierealistyczna penetracja. Kluczowe kwestie dotyczące kontaktu powierzchnia-powierzchnia obejmują:

Relacja master-slave

• Idealnie byłoby, gdyby powierzchnia podrzędna należała do mniejszego, bardziej miękkiego korpusu o większej gęstości elementów.
• Powierzchnia główna powinna być przypisana do sztywniejszego korpusu z grubszą siatką. Taka konfiguracja zapewnia dokładny rozkład naprężeń i pozwala uniknąć sytuacji, w których węzły główne przechodzą przez powierzchnię podrzędną.

Gęstość siatki

• Drobniejsza siatka na powierzchni podrzędnej poprawia dokładność, lepiej wychwytując gradienty naprężeń i zapewniając właściwe egzekwowanie ograniczeń.
• Grube siatki podrzędne mogą prowadzić do dłuższego czasu przetwarzania i niedokładnych wyników, jak widać w przypadkach, w których obciążenia krawędziowe nie są prawidłowo rejestrowane.

Rozkład naprężeń

• Kontakt powierzchnia-powierzchnia zmniejsza artefakty naprężeń w porównaniu do metod węzeł-powierzchnia. Jednak na obszary o wysokim naprężeniu (np. obciążenia krawędziowe) nadal ma wpływ relacja master-slave i jakość siatki.

Wydajność

• Podczas gdy kontakt powierzchnia-powierzchnia jest bardziej niezawodny niż kontakt węzeł-powierzchnia, przestrzeganie poprawnych przypisań master-slave dodatkowo poprawia wydajność obliczeniową i wiarygodność wyników.

Najlepsze praktyki

• Aby uzyskać dokładniejsze wyniki, należy w miarę możliwości używać kontaktu powierzchnia-powierzchnia zamiast węzeł-powierzchnia.
• Priorytetowe przypisanie powierzchni podrzędnej do mniejszego ciała o większej gęstości siatki, jeśli wszystkie kryteria nie mogą zostać spełnione.
• Proszę przeprowadzić analizy wrażliwości, aby sprawdzić, czy gęstość siatki i definicje master-slave dają stabilne wyniki.

Elementy drugiego rzędu, takie jak C3D20R, mogą stanowić wyjątkowe wyzwanie w analizie kontaktu ze względu na ich zachowanie w niektórych metodach dyskretyzacji. Zwróć uwagę na kluczowe kwestie:

1. Metoda dyskretyzacji ma znaczenie:
   • W przypadku korzystania z elementów drugiego rzędu, wybór między dyskretyzacją węzeł-powierzchnia i powierzchnia-powierzchnia znacząco wpływa na wyniki. Na przykład styki węzeł-powierzchnia mogą wprowadzać dodatkowe węzły środkowej powierzchni (np. konwersja C3D20R na C3D27R), co może zmieniać rozkłady sił węzłowych i zwiększać złożoność obliczeniową.
2. Zachowanie rozkładu sił:
   • Elementy drugiego rzędu mogą generować teselowane lub nieregularne rozkłady sił (np. wartości CNORMF), gdy są poddawane równomiernemu ciśnieniu. Wynika to ze sposobu obliczania sił węzłowych, zwłaszcza w przypadku braku węzłów środkowych.
3. Wydajność i dokładność:
   • Elementy pierwszego rzędu (np. C3D8I) są często preferowane dla obszarów styku, ponieważ upraszczają obliczenia, skracają czas rozwiązywania i poprawiają dokładność danych wyjściowych siły węzłowej. Jeśli konieczne są elementy drugiego rzędu, zaleca się stosowanie dyskretyzacji powierzchnia-powierzchnia, aby uniknąć dodatkowych węzłów środkowej powierzchni.
4. Wymagania dotyczące modelu:
   • Przydatność elementów drugiego rzędu zależy od konkretnego modelu i potrzeb wyjściowych. Jeśli dokładne wartości sił węzłowych nie są krytyczne, nieregularności w rozkładzie sił mogą nie wpływać znacząco na inne dane wyjściowe, takie jak naprężenie lub ciśnienie.
5. Aby uzyskać optymalne wyniki:
   • Użyj elementów pierwszego rzędu dla stykających się powierzchni podrzędnych.
   • Wybierz dyskretyzację powierzchnia-powierzchnia, gdy elementy drugiego rzędu są nieuniknione.
   • Oceń, czy zachowanie CNORMF wpływa na Twoje cele analizy.

Model uszkodzeń Hashin w Abaqus jest szeroko stosowaną teorią uszkodzeń zaprojektowaną do przewidywania inicjacji i ewolucji uszkodzeń w materiałach kompozytowych wzmocnionych włóknami. Zapewnia on szczegółowy podział mechanizmów uszkodzeń poprzez rozróżnienie między uszkodzeniami włókien i matrycy w różnych warunkach obciążenia. To sprawia, że jest ona szczególnie odpowiednia do dokładnej symulacji złożonego zachowania kompozytów.

Kluczowe cechy modelu uszkodzeń Hashin:

1. Kryteria inicjacji uszkodzenia:
   W oparciu o teorię Hashina, model identyfikuje cztery podstawowe tryby uszkodzenia:
   • HSNFTCRT (rozciąganie włókien): pęknięcie włókien pod wpływem naprężenia rozciągającego.
   • HSNFCCRT (ściskanie włókien): Wyboczenie lub załamanie włókien pod wpływem naprężenia ściskającego.
   • HSNMTCRT (rozciąganie matrycy): pękanie matrycy spowodowane poprzecznym naprężeniem rozciągającym i ścinaniem.
   • HSNMCCRT (ściskanie matrycy): kruszenie matrycy pod wpływem poprzecznego naprężenia ściskającego i ścinającego.
   • Kryteria te są implementowane przy użyciu płaskich elementów naprężeniowych, takich jak powłoki, powłoki ciągłe i elementy membranowe. W przypadku elementów bryłowych 3D wymagane są alternatywne modele, takie jak LaRC05 lub niestandardowe podprogramy VUMAT.
2. Ewolucja uszkodzeń:
   • Po zainicjowaniu uszkodzenia, Abaqus wykorzystuje podejście oparte na energii do modelowania postępującej degradacji materiału. Energia pękania (Gf) dla każdego trybu uszkodzenia reguluje szybkość, z jaką sztywność jest zmniejszana, zapewniając realistyczną symulację zachowania po uszkodzeniu.
3. Usunięcie elementu:
   • Abaqus pozwala na usunięcie elementu, gdy wszystkie punkty materiału w elemencie są w pełni zdegradowane, symulując całkowite uszkodzenie materiału. Funkcja ta jest szczególnie przydatna do analizy uszkodzeń na dużą skalę, takich jak rozwarstwienie lub uszkodzenia łożysk śrubowych w połączeniach kompozytowych.
4. Zastosowania w analizie kompozytów:
   • Model uszkodzeń Hashin jest powszechnie stosowany do symulacji uszkodzeń na poziomie warstwy w laminowanych kompozytach, takich jak CFRP (polimery wzmacniane włóknem węglowym). Może on przewidywać zlokalizowane uszkodzenia w pobliżu koncentracji naprężeń (np. otworów na śruby) i oceniać ogólną integralność strukturalną w złożonych warunkach obciążenia.
   • W skręcanych połączeniach kompozytowych umożliwia dokładne modelowanie naprężeń międzywarstwowych i uszkodzeń warstw, zapewniając wgląd w czynniki takie jak wpływ siły zacisku i degradacja wytrzymałości połączenia.
5. Ograniczenia i zalecenia:
   • Model Hashin jest ograniczony do formuł naprężeń płaskich i nie może bezpośrednio obsługiwać stanów naprężeń 3D. W przypadku aplikacji wymagających analizy naprężeń na całej grubości (np. zbiorników ciśnieniowych), użytkownicy powinni rozważyć LaRC05 lub niestandardowe podprogramy, takie jak VUMAT.
   • Dokładne wyniki wymagają szczegółowych parametrów wejściowych, w tym wytrzymałości na rozciąganie/ściskanie i właściwości ścinania zarówno dla włókien, jak i matrycy. Aby zapewnić niezawodność, zaleca się również przeprowadzenie badania zbieżności siatki.