1 Abaqus新提出的擴(kuò)展有限元法在解決裂紋擴(kuò)展問(wèn)題時(shí)有何優(yōu)點(diǎn)?如何在Abaqus/CAE中設(shè)置?

　　對(duì)于裂紋擴(kuò)展問(wèn)題，傳統(tǒng)的有限元法一般采用預(yù)先埋設(shè)裂紋路徑或網(wǎng)格重新劃分的方法，讓其沿網(wǎng)格擴(kuò)展，這對(duì)模型網(wǎng)格的要求非常高.XFEM能克服以上弊端，在應(yīng)力集中或裂紋尖端等高應(yīng)力區(qū)域自動(dòng)將每個(gè)單元剖分為2個(gè)單元，在模擬裂紋生長(zhǎng)時(shí)無(wú)須重新剖分網(wǎng)格.

　　XFEM在計(jì)算精度上可滿足要求，且在劃分網(wǎng)格時(shí)無(wú)須考慮裂紋界面，在裂紋尖端應(yīng)力奇異場(chǎng)附近不要求過(guò)密的網(wǎng)格，當(dāng)裂紋擴(kuò)展時(shí)不必重新劃分網(wǎng)格，允許單元斷開(kāi)，可解決傳統(tǒng)裂紋擴(kuò)展分析中網(wǎng)格須重新劃分的難題，適于模擬任意裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展問(wèn)題.XFEM在Abaqus的設(shè)置也很簡(jiǎn)單，用戶設(shè)定好材料等相關(guān)參數(shù)后，對(duì)模型進(jìn)行XFEM的相關(guān)設(shè)置即可.所有定義可很方便地在Abaqus/CAE中完成，與XFEM的相關(guān)設(shè)置有：

　　(1)切換到Interaction模塊，在主菜單欄中選擇Special→Crack→Create，彈出Create Crack對(duì)話框(見(jiàn)圖1)，選擇XFEM，單擊Continue后選擇裂紋區(qū)域，確定后進(jìn)入Edit Crack 對(duì)話框(見(jiàn)圖2)，用戶可設(shè)置允許裂紋擴(kuò)展、裂紋位置和contact property等參數(shù).

　　圖1 Create Crack對(duì)話框

　　圖2 Edit Crack對(duì)話框

　　(2)在Step模塊中定義場(chǎng)輸出時(shí)，需定義XFEM狀態(tài)變量STATUSXFEM，以便在View后處理器中查到裂紋的相關(guān)結(jié)果。在Edit field output request 對(duì)話框中可選擇變量STATUSXFEM(見(jiàn)圖3)

　　圖3 Edit Field Output Request對(duì)話框(部分)

　　2 如何在Abaqus/CAE中實(shí)現(xiàn)流固耦合分析?

　　DS SIMULIA公司于2010年開(kāi)發(fā)出第3個(gè)求解器——計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)求解器Abaqus/CFD.它基于混合間斷有限元法/有限體積法和有限元法，可解決與層流和湍流相關(guān)的流體力學(xué)問(wèn)題.

　　在Abaqus/CAE中，用戶可盡可能地使用現(xiàn)有工具進(jìn)行定義，使得不管是計(jì)算流體力學(xué)專(zhuān)家還是初學(xué)者都感覺(jué)像使用為實(shí)現(xiàn)流固耦合而建立的CFD前后處理工具的功能一樣.用戶不用通過(guò)第三方軟件就可以在Abaqus/CAE中方便地實(shí)現(xiàn)Abaqus/Standard，Abaqus/Explicit與Abaqus/CFD的耦合，實(shí)現(xiàn)真正意義上的流固耦合.操作過(guò)程為：

　　(1)用戶需要定義2個(gè)模型的屬性，一個(gè)定義為Standard/Explicit模型，另一個(gè)定義為CFD模型.在Abaqus/CAE的模型樹(shù)中雙擊Models，出現(xiàn)定義模型屬性的對(duì)話框(見(jiàn)圖4)，選擇模型類(lèi)型即可.

　　圖4 定義模型屬性的對(duì)話框

　　(2)定義2個(gè)模型各自的部件、材料屬性、分析步、載荷和邊界條件等.

　　(3)耦合2個(gè)模型.具體操作為，激活其中1個(gè)模型，雙擊模型樹(shù)中的Interaction，進(jìn)入Create Interaction對(duì)話框(見(jiàn)圖5)，選擇Step以及Fluid—Structure Co—simulation Boundary，點(diǎn)擊Continue并選擇耦合面后，進(jìn)入Edit Interaction對(duì)話框，點(diǎn)擊OK完成定義.另一個(gè)模型亦按照上述方法定義.

　　圖5 create Interaction對(duì)話框

　　(4)建立耦合Job.在模型樹(shù)中雙擊Coexecution，進(jìn)入Edit Co-execution對(duì)話框(見(jiàn)圖6)，設(shè)定計(jì)算模型及參數(shù).

　　圖6 Edit Co·execution對(duì)話框

　　3 如何實(shí)現(xiàn)求解器Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的協(xié)同仿真?

　　求解器Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit各有優(yōu)缺點(diǎn).對(duì)于應(yīng)變變化較小且沒(méi)有接觸等非線性因素不強(qiáng)的區(qū)域，前者可很快收斂，且事件增量步可以設(shè)置得比較大;對(duì)于應(yīng)變變化較大或復(fù)雜的接觸區(qū)域，后者不存在收斂性，所以對(duì)該類(lèi)問(wèn)題計(jì)算速度很陜.二者的協(xié)同仿真可充分利用其各自優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于應(yīng)變變化不大且沒(méi)有接觸或接觸狀態(tài)不復(fù)雜的區(qū)域，可用Abaqus/Standard計(jì)算，而對(duì)于應(yīng)變變化較大或接觸狀態(tài)復(fù)雜的區(qū)域，用Abaqus/Explicit計(jì)算可大大提高計(jì)算效率.協(xié)同仿真的實(shí)現(xiàn)方法為：

　　(1)定義Standard和Explicit 2個(gè)模型.首先在Standard模型中將所有部件裝配好，然后將其中要用于Explicit計(jì)算的部件拷貝到Explicit模型中.實(shí)現(xiàn)方法為：在主菜單欄中選擇Model→Copy Objects，彈出Copy Objects對(duì)話框(見(jiàn)圖7)，根據(jù)需要將Standard模型中的相關(guān)instances拷貝到Explicit模型中。

　　圖7 Copy Objects對(duì)話框

　　(2)激活A(yù)baqus/Standard模型，在模型樹(shù)中選中需要Link的部件，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇LinkInstances,彈出對(duì)話框(見(jiàn)圖8)，繼續(xù)即可。Link完成后，這些Instances在Standard模型里將顯示成灰色，便于用戶檢查模型。

　　圖8 Link Instances對(duì)話框

　　(3)分別定義2個(gè)模型的分析步、載荷和邊界條件等.

　　(4)激活A(yù)baqus/Explicit對(duì)應(yīng)的模型，雙擊模型樹(shù)中的Interaction，進(jìn)入Create Interaction對(duì)話框，選擇Standard-Explicit Co—simulation，點(diǎn)擊Continue后，選擇聯(lián)合仿真面或者點(diǎn)，進(jìn)入Edit Interaction對(duì)話框(見(jiàn)圖9)，完成相關(guān)定義即可.

　　圖9 Edit Interaction對(duì)話框

　　(5)在模型樹(shù)中雙擊Co.execution，進(jìn)入Edit Co-execution對(duì)話框，設(shè)定計(jì)算模型及其他參數(shù)，完成后點(diǎn)擊OK結(jié)束定義.