MFEAOOP实用案例分享—拉伸中心圆孔板双裂纹有限元分析

 

该问题的起源是前几天一个粉丝向往请教一个问题：使用已有的数值方法分析拉伸中心圆孔板双裂纹问题时，应力场和位移场和 Abaqus 总是对不上，看看是哪里出现问题了。正值我有时间，就结合具体的案例，使用 MFEAOOP 进行有限元分析和 Abaqus 对比，合理验证后并答疑解惑。

工况介绍

本期就该问题进行 MFEAOOP 使用分享，正如推文开头中的示意图所示，圆孔板上下受到表面压强荷载，左下角节点进行固定约束，右下角节点约束竖向位移，处理裂纹时我采用的是“缺口”的形式，也可以使用“线”的形式，均可。

我为了测试程序的计算速度，将网格尺寸设置的较小，对整体结构进行分析，大家在分析这种对称结构时，可采用 1/4 结构进行局部分析，网格尺寸也可以对于裂尖部位局部加密处理等微操。

MFEAOOP 分析

在 Abaqus 划分完网格后就可以导出 inp 文件，在 MFEAOOP 中进行分析了，模型配置文件：

{
    "name": "CRACK",
    "scale": 1,
    "inpFileName" : "./input/Abaqus/Job-1.inp",

 "mesh" :{
            "etype" : "CPS4"
        },

    "materials" : [
        {
            "name" : "Material-1",
            "category" : "Elastic",
            "data" : {
                "E" : 1E3,
                "v" : 0.3,
                "t" : 1
            }
        }
    ],

    "bc" : [
        {
            "name" : "fix1",
            "type": "constraint",
            "direction": "xy",
            "nset" : "Set-L"
        },
        {
            "name" : "fix2",
            "type": "constraint",
            "direction": "y",
            "nset" : "Set-R"
        },
        {
            "name" : "pressure1", 
            "type": "pressure", 
            "surface" : "top", 
            "value" : 10
        },
        {
            "name" : "pressure1", 
            "type": "pressure", 
            "surface" : "bottom", 
            "value" : 10
        }
    ],

    "solve" : {
        "calculateStress": true,
        "solver" : "direct",
        "tolerance": 1e-8,
        "maxIterations": 1000
    },

    "plot" : {
        "fields" : ["Umag","U2","U1","Mises"],
        "average" : "simple",
        "nodeLabel": false,
        "edgeColor" : "none",
        "faceColor" : "#77AC30",
        "alpha" : 1,
        "colorMap" : "coolwarm",
        "discretize" : true,
        "discretizeNum" : 12
    }
}

位移场对比

MFEAOOP	Abaqus

应力场对比

MFEAOOP	Abaqus

从上面的场数据对比可认为MFEAOOP的计算精度良好。

计算过程log文件

*********************  MFEAOOP Version 1.4  ********************
About: 基于Matlab平台的小型有限元通用分析程序，采用面向对象的编程风格
Theory: 《有限元基础编程百科全书》
Author: 易公子
欢迎关注微 信公众 号/B站: 易木木响叮当
Email: yimumumfea@163.com
****************************************************************
Submitted: 2025-01-02 16:30:20
Analysis Input File                                 0.2618 s
----Number of nodes:                                66429
----Number of elements:                             65726
----Element type:                                   CPS4
----Number of dofs:                                 132858
----Constraint:                                     0.0029 s
----Constraint:                                     0.0012 s
----Pressure:                                       0.0127 s
----Pressure:                                       0.0040 s
Assembly global stifness matrix:                    0.5633 s
Using direct solver for small systems...
Solving Systems of Linear Equations:                0.7805 s
Stress calculate:                                   2.1493 s
Write result File                                        0.0869 s
Write vtk File                                           0.2289 s
Plot                                                     0.2627 s
Completed: 2025-01-02 16:30:25                      4.3947 s
****************************************************************

对于断裂问题中的一些断裂参数，可进一步进行计算，场数据与 Abaqus 吻合良好，参数的计算只是计算方法问题，这里不做过多描述，感兴趣的小伙伴可在此基础上进行开发，比如在模型中定义一条路径，然后在 MFEAOOP 中计算这条路径的节点位移/应力值，进行二次计算。

最后，木木再多说一句：只要对一件事情感兴趣，就有一千种方法实现它，并能玩出花；若是抱着实用主义去面对，那就只有一种方法实现。不是说每件事情都要感兴趣，而是想表达做事情并不都是为了有短期用处才去做。

下一期将会大家带来更有意思的开发案例：在本次案例的基础上，基于 Python 二次开发对 odb 文件进行重绘，为大家带来更多的数据处理小技巧。

感谢你的阅读，我们下期再见~