Abaqus FEA-programvara

Abaqus använder ett flexibelt system för tokenbaserad licensiering för att tilldela beräkningsresurser för simuleringar. Antalet tokens som krävs beror på vilken typ av solver som används, antalet CPU-kärnor och om GPU-acceleration används. Använd vår Abaqus-tokenkalkylator för att ta reda på hur många tokens du behöver. Om du vill förstå hur systemet fungerar kan du nedan läsa om tokenpool, minimikrav för token och fördelarna med token-systemet:

Token pooling:

• Abaqus-licenser är baserade på en delad pool av tokens som kan användas i flera produkter, inklusive Abaqus/Standard, Abaqus/Explicit, Tosca, fe-safe och Isight.
• Denna enhetliga tokenpool ökar effektiviteten genom att användarna får tillgång till flera verktyg utan att behöva separata licenser för varje.

Minimikrav för token:

• Minst 5 tokens krävs för att köra en simulering på en enda CPU-kärna.
• Ytterligare tokens behövs när fler CPU-kärnor eller GPU:er läggs till för att minska beräkningstiden.
• Med utökad token-licensiering i Abaqus (introducerades i version 6.14) får användare tillgång till ytterligare verktyg som Tosca Structure, Tosca Fluid, fe-safe och Isight utan att kräva separata licenser. Viktiga fördelar inkluderar:
  • Enhetlig åtkomst till all lösningsteknik.
  • Ökad effektivitet genom att använda en enda tokenpool.
  • Förenklad inköps- och hanteringsprocess.
  • Ökat värde från investeringar i simuleringar genom att utnyttja hela portföljen.

Kontakta först en licensierad Abaqus-leverantör för att diskutera dina behov:

• Förklara dina projektkrav och få vägledning om vilket eller vilka av Abaqus programvarupaket som är lämpliga.
• Fråga om licensiering, prissättning och eventuella support- eller utbildningstjänster.

Köpa programvaran Abaqus:

• Samarbeta med leverantören för att köpa de nödvändiga licenserna för Abaqus.
• Få instruktioner om hur du laddar ner och installerar programvaran Abaqus.

Konfigurera din Abaqus-miljö:

• Installera programvaran Abaqus på din dator eller i en högpresterande datormiljö genom att följa leverantörens installationsguide.
• Se till att du har de nödvändiga hårdvaru- och systemkraven för att köra Abaqus effektivt.
• Konfigurera alla nödvändiga systemintegrationer, t.ex. med ditt CAD-system (t.ex. CATIA, SOLIDWORKS) med hjälp av Abaqus associativa gränssnitt.

För att installera Abaqus subrutiner kan du följa dessa steg:

1. Hämta och installera Microsoft Visual Studio 2010 Professional (Community-, Professional- eller Enterprise-utgåvorna accepteras, men inte Express-utgåvan). Visual Studio fungerar som länkare och kopplar samman din kompilerade kod med de bibliotek som behövs för Abaqus-lösaren.
2. Hämta och installera Intel® Parallel Studio XE Composer Edition för Fortran och C++ Windows. Den här kompilatorn översätter din text-subrutin till maskinkod som datorn kan förstå.
3. Kontrollera att rätt version av msmpi är installerad på din dator. Denna version tillhandahålls vanligtvis med Abaqus installationsmedia och måste matcha den version av Abaqus som du använder. Om fel version är installerad kommer du att stöta på ett länkningsfel.
4. Innan du startar din simulering med användarsubrutiner ska du ställa in rätt miljövariabler för kompilatorn och länkaren. Detta kan göras genom att redigera genvägen ”Abaqus command” för kommandoradskörning eller genvägen ”Abaqus/CAE” för användning i CAE-miljön. De exakta kommandona beror på systemkonfigurationen och installationssökvägarna för programvaran.

Genom att följa dessa steg bör du framgångsrikt kunna installera och använda Abaqus subrutiner för dina simuleringar. Hör gärna av dig om du stöter på några hinder.

Abaqus/CAE erbjuder en omfattande uppsättning verktyg för post-processing av resultat från finita elementanalyser. Dessa verktyg är utformade för att hjälpa användarna att visualisera och tolka resultaten av sina simuleringar på ett effektivt sätt. De viktigaste funktionerna för post-processing i Abaqus/CAE inkluderar:

• Användarna kan manipulera visningen av olika variabler, t.ex. spänning, töjning och förskjutning, för att bättre förstå resultaten av sina analyser.
• Abaqus/CAE gör det möjligt att skapa konturplottar (contour plots), som kan visa variabelfördelningar över hela modellen. Användarna har möjlighet att styra hur Abaqus/CAE beräknar konturgränser, inklusive automatiskt beräknade gränser och manuella justeringar för att fokusera på intressanta områden.
• Programmet kan rita grafer för att visa hur en variabel utvecklas under hela analysen. Denna funktion är särskilt användbar för att spåra förändringar över tid eller mellan olika modellsektioner.
• Abaqus/CAE tillhandahåller alternativ för att styra tabeller via dialogrutan för grafikalternativ (graphics options dialog box), vilket förbättrar visualiseringen av resultat genom att justera renderingsinställningar för maskinvara och programvara.
• Användarna kan anpassa utseendet på konturplottarna, bland annat genom att välja vilka variabler som ska visas, justera konturgränserna och välja mellan olika diagramtyper (t.ex. quilt, line, eller banded contours).
• Abaqus/CAE stöder olika metoder för resultatvisualisering, inklusive deformed shape plots och symbol plots, så att användarna kan få insikt i modellernas fysiska beteende under olika förhållanden.
• Programvaran gör det möjligt att välja primära fältvariabler för detaljerad analys. Användarna kan styra vilken variabel, invariant eller komponent som ska visas i konturplotten, extrahera resultatvärde (model probing) och vyskärningar baserade på en isoyta.
• Abaqus/CAE innehåller en post-processing calculator som utför beräkningar på data som skrivs till utdatabasen, t.ex. extrapolering av integrationspunkter till noder eller interpolering till ett elements centroid.
• Användarna har möjlighet att justera vanliga plottalternativ, t.ex. deformationsskala, och anpassa konturplottar för att belysa specifika aspekter av analysresultaten.

Dessa verktyg är en integrerad del av efterbearbetningsfasen i Abaqus/CAE och gör det möjligt för användarna att få fram meningsfulla insikter från simuleringarna, optimera modellerna och fatta välgrundade beslut baserat på analysresultaten.

Följ dessa steg för att skapa en ny Part i Abaqus/CAE:

• Starta Abaqus/CAE.
• Välj typ av analys för din modell, vanligtvis standard eller explicit, från modelldatabasen.
• Klicka på ikonen ”Create Part” i Part module.
• I dialogrutan som visas anger du namnet på din Part, välj typ av Part (Solid, Shell etc.) och ställer in ”Approximate size”, som bestämmer storleken på Sketcher grid.
• Använd Abaqus Sketcher, som innehåller geometribaserade verktyg på vänster sida, för att skissa din Part i huvudfönstret, på samma sätt som andra CAD-verktyg.
• När du har skissat geometrin kan du lägga till ytterligare detaljer eller funktioner längst ned i skissfönstret.
• Tryck på musens mittknapp för att bekräfta den geometri som du har skapat. Avsluta Sketcher genom att trycka på ”Done” eller den mellersta musknappen igen.
• Följ eventuella ytterligare uppmaningar för att slutföra skapandet av din Part, t.ex. att definiera Extrusion depth om din Part är en Extrusion.
• Din nyskapade Part visas i modellträdet till vänster på skärmen, med alla dess funktioner, och den solida representationen kommer att synas i huvudfönstret.

Kom ihåg att spara ditt arbete regelbundet, eftersom Abaqus/CAE inte automatiskt sparar din modelldatabas. För mer detaljerade instruktioner om hur du använder Sketcher Tool kan du läsa användarhandboken för Abaqus/CAE.

Följ dessa steg för att skapa ett multifunktionellt makro i Abaqus som kan automatisera repetitiva uppgifter eller variera parametrar för optimeringsstudier:

• Gå till `File > Macro Manager` i Abaqus/CAE för att öppna fönstret för makrohanteraren.
• Klicka på `Create…` för att börja spela in makrot. Välj ett namn för ditt makro och bestäm var du vill spara det. Du kan spara det i standardkatalogen `Home` eller ange en anpassad katalog `Work`.
• Utför den sekvens av åtgärder som du vill automatisera. Detta kan inkludera att skapa geometri, definiera steg, applicera laster, ställa in gränsvillkor och mycket mer. Varje åtgärd du vidtar kommer att sparas.
• När du har utfört de önskade åtgärderna klickar du på ”Stop Recording”. Åtgärderna sparas nu som ett Python-skript.
• Öppna det inspelade makrot, från Macro Manager fönstret, när du vill utföra den inspelade sekvensen av åtgärder.
• För mer avancerad anpassning kan du öppna filen `abaqusMacros.py` för att kopiera, ändra eller vidareutveckla din Python-kod. På så sätt kan du skräddarsy makrot för olika ändamål och göra det multifunktionellt.

Kom ihåg att makron är kraftfulla verktyg i Abaqus som sparar tid och ökar produktiviteten genom att automatisera komplexa eller repetitiva uppgifter. Med makrohanteraren kan även användare med begränsad skripterfarenhet skapa effektiva makron för en mängd olika tillämpningar.

Följ dessa steg för att konfigurera ett Abaqus HPC-kluster (High-Performance Computing):

• Börja med en Beowulf-klusterkonfiguration, som vanligtvis innehåller en masternod och flera slavnoder. För en budgetinstallation kan du använda föråldrade dubbelkärniga datorer, en bildskärmsväxlare och en nätverksswitch.
• Välj Linux som operativsystem av kostnadseffektivitetsskäl. Se till att masternoden kan komma åt slavarna, vanligtvis via SSH-fjärrinloggning. Inga ytterligare förutsättningar behövs innan du installerar Abaqus eftersom det hanterar fildelning och MPI-processer internt.
• Installera Abaqus på masternoden och alla slavnoder. Abaqus levereras med sitt eget MPI-bibliotek (Message Passing Interface), så du behöver inte använda open source-versionen. MPI-biblioteket är nödvändigt för parallellbearbetning och måste installeras som en del av Abaqus API, på alla noder.
• För att köra Abaqus i klustret ska du skicka in ett jobb med fler kärnor än vad mastern har lokalt. Detta kommer att fördela beräkningsbelastningen över slavnoderna.
• Redigera miljöfilen på masternoden för att ange vilka datorer Abaqus kan använda och antalet kärnor som är tillgängliga på varje dator. Detta steg är avgörande för att Abaqus ska känna igen klusterkonfigurationen.

Kom ihåg att det är möjligt att bygga ett HPC-kluster med en stram budget, men prestandan kan begränsas av maskinvarans kapacitet. Hur komplicerat det är att konfigurera klustret beror på din vilja att undersöka och experimentera med programvaran. Det är enkelt att köra Abaqus i ett kluster när miljön är korrekt konfigurerad. Kontrollera alltid systemkraven för den specifika version av Abaqus som du använder för att säkerställa kompatibilitet.

Allmän kontakt ger en strömlinjeformad och automatiserad metod för att definiera interaktioner mellan ytor i en modell. Till skillnad från traditionella kontaktpar, som kräver manuell specifikation av enskilda interagerande ytor, förutsätter allmän kontakt att alla ytor kan interagera med alla andra ytor inom den definierade kontaktdomänen. Detta gör den särskilt användbar för komplexa modeller med flera potentiella kontaktinteraktioner.

Viktiga egenskaper för allmän kontakt är bland annat:

• Automatisk identifiering och hantering av olika kontakttyper, t.ex. yta-mot-yta, kant-mot-yta och kant-mot-kant, vilket avsevärt minskar installationstiden.
• Den kan användas för både stela och deformerbara kroppar och är idealisk för stora enheter eller simuleringar som kräver omfattande kontaktdetektering.
• Den heltäckande kontaktdomänen förenklar installationsprocessen genom att alla externa ytor beaktas som standard. Användare kan förfina detta genom att inkludera eller exkludera specifika ytor för att optimera prestanda.

Stöd för Abaqus/CAE:

• I Abaqus/Standard definieras den allmänna kontakten endast i det inledande steget och förblir aktiv under hela analysen.
• I Abaqus/Explicit kan den tillämpas i vilket steg som helst, vilket ger större flexibilitet.
• Även om allmän kontakt förenklar processen kan den öka beräkningsinsatsen på grund av bredare kontaktdefinitioner. För modeller som kräver exakt kontroll över specifika interaktioner kan traditionella kontaktpar fortfarande vara att föredra. För de flesta simuleringar rekommenderar SIMULIA dock att man använder allmän kontakt på grund av dess effektivitet och anpassningsförmåga.

Meshkänslighetsanalys i Abaqus utvärderar hur resultaten av en FEA (Finita Element Analys) förändras med varierande meshdensiteter. Den säkerställer att den numeriska lösningen konvergerar mot ett korrekt och tillförlitligt resultat när elementen förfinas. Den här processen är avgörande för att uppnå tillförlitliga simuleringar utan onödiga beräkningskostnader.

I FEA tenderar lösningen att konvergera mot ett unikt värde när meshdensiteten ökar. Ett “konvergerat nät” är ett nät där ytterligare förfining ger försumbara förändringar i resultaten, t.ex. spänningar, förskjutningar eller energivärden.

I en CEL-studie (Coupled Eulerian-Lagrangian) med en boll-vatteninteraktion gav till exempel olika mesh-densiteter olika resultat, till exempel antalet studsar eller om bollen var nedsänkt. Detta visar hur mesh-densiteten drastiskt kan påverka resultaten i dynamiska simuleringar.

Finare mech ger visserligen bättre noggrannhet, men de ökar också beräkningstiden och resursanvändningen. Man måste hitta en balans mellan meshdensitet och beräkningseffektivitet genom att fokusera förfiningen på kritiska områden (t.ex. områden med höga spänningsgradienter).

Mesh-beroende i CEL-studier

I CEL-analyser, t.ex. problem med stötar eller interaktion mellan vätska och struktur, kan meshberoendet påverka energidissipation och deformationsmönster. Förfining av nätet förbättrar konvergensen, men kan också förändra de fysiska beteenden som observeras i simuleringarna.

Praktiska rekommendationer

• Utför en konvergensstudie av meshstorleken genom att köra simuleringar med gradvis finare element tills resultaten stabiliseras.
• Använd grov mesh för trendanalys, men förlita dig på förfinad mesh för exakta storlekar på spänning eller förskjutning.
• Tillämpa lokal förfining i intressanta områden (t.ex. spänningskoncentrationer) och behåll grövre mesh på andra ställen för att optimera prestandan.

Kontakt mellan noder och ytor är en vanlig interaktionsinställning i Abaqus, men felaktiga konfigurationer kan leda till problem som orealistiska spänningskoncentrationer eller att huvudnoder penetrerar slavytan. För att säkerställa korrekta och stabila resultat ska du följa dessa viktiga synpunkter:

• Huvud-slav ytinställning
  • Slavyta: Tilldela slavytan till den mindre och mjukare kroppen med högre elementtäthet. Detta säkerställer att slavytan anpassar sig bättre till huvudytan.
  • Huvudyta: Tilldela huvudytan till den styvare kroppen (med hänsyn till både geometri och materialegenskaper) och se till att den har en grövre mesh jämfört med slavytan.
• Elementdensitet
  • Elementtätheten för slavytan bör alltid vara högre än för huvudytan. Detta minimerar problem som att huvudnoder passerar genom slavytan eller spänningssingulariteter vid kontaktpunkter.
• Geometri och materialegenskaper
  • Prioritera att tilldela slavytan till den mindre kroppen, eftersom detta minskar beräkningsfelen och förbättrar kontaktbeteendet.
  • Om det inte är möjligt att uppfylla alla kriterier ska du prioritera meshdensitet och -storlek framför materialstyvhet när du definierar huvud-slav-förhållanden.
• Vanliga fallgropar
  • Huvud-noder som passerar genom slavytan: Detta inträffar när huvudytan har ett finare mesh eller är tilldelad en mindre kropp. Det kan leda till orealistiska resultat.
  • Singulariteter i spänningar: Koncentrerade spänningar kan uppstå om det finns för få interagerande noder på grund av en alltför grov mesh på slavytan.
• Bästa praxis
  • Förfina meshstorleken på huvudytan på lämpligt sätt om kontaktspänningar är av intresse.
  • Använd friktionsfria interaktioner med ”hard contact” för enklare uppställningar om inte friktionsbeteendet är kritiskt.
  • Genomför känslighetsstudier för att validera att din interaktion ger stabila och realistiska resultat.

Yta-till-yta-kontakt i Abaqus är en diskretiseringsmetod som förbättrar noggrannheten och stabiliteten i simuleringar av kontakt genom att bättre upprätthålla kontaktbegränsningar över interagerande ytor. Till skillnad från kontakt från nod till yta används slavnodernas genomsnittliga positioner för att beräkna begränsningarna, vilket minskar problem som oregelbunden spänning och orealistisk penetration. Viktiga överväganden för yta-till-yta-kontakt inkluderar:

Förhållandet mellan huvud och slav

• Helst bör slavytan tillhöra den mindre, mjukare kroppen med högre elementtäthet.
• Huvudytan bör tilldelas den styvare kroppen med ett grövre nät. Denna inställning säkerställer korrekt spänningsfördelning och undviker problem som att huvudnoder passerar genom slavytan.

Meshtäthet

• En finare mesh på slavytan förbättrar noggrannheten genom att bättre fånga upp spänningsgradienter och säkerställa korrekt tillämpning av begränsningar.
• Grov slavmesh kan leda till längre bearbetningstider och felaktiga resultat, som i de fall där kantbelastningar (edge loads) inte fångas upp på rätt sätt.

Spänningsfördelning

• Yta-till-yta-kontakt minskar spänningsdefekter jämfört med nod-till-yta-metoder. Regioner med hög belastning (t.ex. kantbelastningar) påverkas dock fortfarande av huvud-slav-förhållandet och meshkvaliteten.

Effektivitet

• Även om yta-till-yta-kontakt är mer robust än nod-till-yta-kontakt, förbättrar korrekta huvud-slav-tilldelningar beräkningseffektiviteten och resultatets tillförlitlighet ytterligare.

Bästa praxis

• Använd yta-till-yta-kontakt i stället för nod-till-yta-kontakt när så är möjligt för att få mer exakta resultat.
• Prioritera att tilldela slavytan till den mindre kroppen med högre meshdensitet om alla kriterier inte kan uppfyllas.
• Utför känslighetsanalyser för att validera att din meshdensitet och dina huvud-slav-definitioner ger stabila resultat.

Andra ordningens element, t.ex. C3D20R, kan innebära unika utmaningar vid kontaktanalys på grund av deras beteende i vissa diskretiseringsmetoder. Här är de viktigaste övervägandena:

1. Diskretiseringsmetoden har betydelse:
   • Vid användning av andra ordningens element påverkar valet mellan diskretisering av nod-till-yta och yta-till-yta resultaten avsevärt. Till exempel kan kontakter mellan noder och ytor medföra ytterligare noder i mitten av ytan (t.ex. konvertering av C3D20R till C3D27R), vilket kan ändra kraftfördelningen i noderna och öka beräkningskomplexiteten.
2. Kraftfördelningsbeteende:
   • Andra ordningens element kan producera tessellerade eller oregelbundna kraftfördelningar (t.ex. CNORMF-värden) när de utsätts för ett enhetligt tryck. Detta beror på hur nodkrafterna beräknas, särskilt när det inte finns några noder i mitten av elementet.
3. Prestanda och noggrannhet:
   • Element av första ordningen (t.ex. C3D8I) är ofta att föredra för kontaktområden eftersom de förenklar beräkningarna, minskar lösningstiden och förbättrar noggrannheten för utdata för nodalkraft. Om andra ordningens element är nödvändiga rekommenderas diskretisering från yta till yta för att undvika ytterligare noder i mitten av ytan.
4. Krav på modell:
   • Lämpligheten av andra ordningens element beror på din specifika modell och dina behov av utdata. Om exakta nodalkraftvärden inte är kritiska, kanske oregelbundenheterna i kraftfördelningen inte påverkar andra utdata som spänning eller tryck i någon större utsträckning.
5. För optimalt resultat:
   • Använd första ordningens element för slavytor i kontakt.
   • Välj diskretisering yta-till-yta när andra ordningens element är oundvikliga.
   • Utvärdera om CNORMF-beteendet påverkar dina analysmål.

Hashins skademodell i Abaqus är en allmänt använd teori för att förutsäga skadeinitiering och skadeutveckling i fiberförstärkta kompositmaterial. Den ger en detaljerad uppdelning av felmekanismer genom att skilja mellan fiber- och matrisfel under olika belastningsförhållanden. Detta gör den särskilt lämplig för exakt simulering av kompositers komplexa beteende.

Hashin skademodellens viktigaste egenskaper:

1. Skadeinitieringskriterier:
   Baserat på Hashins teori identifierar modellen fyra primära felmoder:
   • HSNFTCRT (fibertension): brott av fibrer under dragspänning.
   • HSNFCCRT (fiberkompression): Buckling eller knäckning av fibrer under tryckpåkänning.
   • HSNMTCRT (matrix tension): sprickbildning i matrisen på grund av tvärgående dragspänning och skjuvning.
   • HSNMCCRT (matrix compression): krossning av matrisen under tvärgående tryck- och skjuvspänning.
   • Dessa kriterier implementeras med hjälp av plana spänningselement som skal-, kontinuumskal- och membranelement. För solida 3D-element krävs alternativa modeller som LaRC05 eller anpassade VUMAT-underrutiner.
2. Skadeutveckling:
   • Efter skadeinitiering använder Abaqus ett energibaserat tillvägagångssätt för att modellera progressiv materialnedbrytning. Brottenergin (Gf) för varje brottläge styr hur snabbt styvheten minskar, vilket ger en realistisk simulering av beteendet efter skadan.
3. Borttagning av element:
   • Abaqus gör det möjligt att ta bort element när alla materialpunkter i ett element är helt degraderade, vilket simulerar fullständigt materialbrott. Denna funktion är särskilt användbar för att analysera storskaliga brott som delaminering eller skador på bultlager i kompositförband.
4. Tillämpningar inom kompositanalys:
   • Hashins skademodell används ofta för simulering av brott på lagernivå i laminerade kompositer, t.ex. CFRP (kolfiberförstärkta polymerer). Den kan förutsäga lokala skador nära spänningskoncentrationer (t.ex. bulthål) och bedöma den övergripande strukturella integriteten under komplexa belastningsförhållanden.
   • I skruvförband av kompositmaterial möjliggör den noggrann modellering av interlaminära spänningar och lagerbrott, vilket ger insikter om faktorer som klämkrafteffekter och nedbrytning av förbandets hållfasthet.
5. Begränsningar och rekommendationer:
   • Hashin-modellen är begränsad till plana spänningsformuleringar och kan inte direkt hantera 3D-spänningstillstånd. För applikationer som kräver spänningsanalys genom tjockleken (t.ex. tryckkärl) bör användarna överväga LaRC05 eller anpassade subrutiner som VUMAT.
   • För att få exakta resultat krävs detaljerade ingångsparametrar, inklusive drag- och tryckhållfasthet samt skjuvegenskaper för både fibrer och matris. En studie av nätkonvergens rekommenderas också för att säkerställa tillförlitligheten.