Abaqus2022新功能系列(2):分析技术
接着Abaqus 2022新功能系列（1），继续讲解Abaqus2022新功能。
3. 分析技术
3.1 删除子结构库.sup文件
删除.sup文件，简化了子结构功能、文件管理和命名约定，同时确保了在将来版本中的向后兼容性。
本版本中引入了对子结构功能的重大重新设计，特别是：
- 删除了子结构库.sup文件。子结构.sim文件现在是子结构数据库的主文件。
- 重新设计不会更改整个子结构的工作流程和结果。所有使用再生子结构的模型都以与以前相同的方式运行，并提供相同的输出。
- 随着.sup文件的删除，"子结构库"作为多个子结构的容器的概念已经过时。因此，每个子结构数据库都成为使用子结构名称生成的完全独立的文件集。您可以复 制、重命名和删除这些文件。
- 删除了与子结构库相关的选项："*子结构复 制"、"*子结构删除"和"子结构目录"。
- 其他与子结构相关的选项（子结构生成和ELEMENT）仍然支持子结构的传统库id命名约定，但含义不同：库现在是子结构名称中的前缀，id是后缀，生成的子结构名称是library_Zn。此约定保证与现有输入文件的向后兼容性。
- 新参数可用于"子结构生成"和"元素"选项，这些选项允许您指定子结构名称，该名称用于命名子结构数据库文件。名称值可以是任何有效名称，包括library_Zn。
- 子结构生成，名称=名称，使用新的NAME参数是命名子结构的首选方法。
- 元素，类型=子字符串，文件=名称，使用TYPE=SUBSTR是子结构元素的首选类型设置。
在Abaqus/ CAE中有几项增强功能可用于优化。
- 现在可以为基于灵敏度的优化类型（形状、加强筋、尺寸和拓扑）选择 PEMAG（塑性应变幅度）设计响应。
- 可以为插值方案选择 MIMP（批量插值材料惩罚）参数。
- 可以定义DRESP_GROUP_OPER_AGGREGATION组运算符。
- 形状优化中，可以选择"Check node group"作为member size的几何约束。
3.3 Abaqus/Standard中伴随设计灵敏度的增强功能 现在，可以设置包含惯性消除的三维线性模型的设计响应和伴随灵敏度。此功能在设计应用中非常有用，在这些应用中，从动态多体仿真中提取的载荷历史用于子组件，以执行详细的静态应力分析和结构优化。 节点设计响应的运算符提供了一种有效的方式来使用节点集中物理量的最大值、最小值或平均值，以实现设计优化。除了这些值之外，Abaqus还支持节点集中物理量的最大值和最小值之间的总和或之差。 现在，可以使用单个子结构生成过程来生成刚度和阻尼矩阵的对称、非对称或同时生成的对称和非对称实例，从而在使用级别生成质量改进的结果。还可以通过在使用级别控制子结构刚度矩阵中的不对称量来执行参数化算例。
- 现在，可以使用子结构生成步骤来生成刚度、粘性阻尼和结构阻尼矩阵的对称、非对称或同时生成对称和非对称实例。
- 可以生成非对称约化粘性阻尼矩阵，同时利用对称求解器。如果模型的刚度中没有不对称源，则生成的阻尼矩阵与使用非对称求解器获得的阻尼矩阵相同。
- 生成刚度矩阵的对称和非对称实例在使用级别可能是有益的。需要刚度的对称实例（例如，固有频率提取）的过程可以使用对称实例，而需要刚度非对称实例的过程（例如，使用非对称求解器的线性静态分析）可以使用非对称实例。这可能会使下部结构的质量得到提高，而只有一个生成的刚度实例。
- 引入了一个新选项，允许您通过在使用级别控制子结构刚度矩阵的对称和非对称实例的比率来执行参数化算例。此选项仅在复杂的频率提取分析中允许使用。
基于频率的子结构允许生成子结构，这些子结构可以在直接稳态动态分析中精确地表示大型模型。 基于频率的子结构是简化的动态模型，可以在直接稳态动态分析中精确地表示大型模型。生成的基于频率的子结构在与用于生成的频率相同时产生精确的直接稳态动态响应。在与用于生成的频率不匹配的频率下获得近似响应。基于频率的子结构有利于涉及频率相关阻尼的工作流程。与传统的子结构不同，基于频率的子结构考虑了所有用户指定频率下的频率相关阻尼，以构建子结构。您还可以在分布式内存并行 （DMP） 模式下生成基于频率的子结构，以便在大型模型中实现更好的可扩展性。 例如，使用具有耦合声-结构相互作用的扬声器模型生成的基于频率的子结构（图1）清楚地匹配完整模型产生的频率-响应函数（图2）。传统的子结构与频率响应函数的峰值不匹配（与图2中的完整模型相比），即使添加了45个特征模态来丰富其子空间。这是因为传统的子结构只是近似的，不像基于频率的子结构。基于频率的子结构在与用于生成的频率相同时，可以在直接稳态动态分析中精确地表示模型（无需任何额外特征模态的帮助）。 几项增强功能提高了导入外部字段的可用性。可以导入外部字段以定义二维连续介质单元、均质壳单元和膜单元的分布或初始条件。 此功能有助于在薄结构的顺序工作流程中传输数据（例如纤维取向、应力和塑性应变）。下面的例子显示了薄壁弯头在面内弯曲下的应力（图1）和塑性应变（图2）的映射结果。应力和塑性应变从具有S8R5单元的较细网格映射到具有S8R单元的较粗糙网格。映射的值用于定义第二次分析的初始条件。 矩阵校验功能现在允许您修改用于校验子结构和生成的矩阵的公差，并将矩阵校验报告的问题视为错误。对于子结构，计算数值条件，并确定可能不足的保留节点定义。 由于建模缺陷和不适当的场景定义，可以生成条件不良的子结构数据而不明显。增强的质量检查可揭示可能存在问题，并通知您潜在的修复程序，从而降低使用错误数据的风险以及解决问题所花费的时间。对于子结构和生成的矩阵，可以修改用于校验的公差。对于子结构，校验将计算数值条件，并确定在后续分析中使用子结构时可能导致数值问题的保留自由度。 使用矩阵校验功能不会显著增加完成分析所需的时间，因此建议始终将此功能用于子结构和生成的矩阵。3.8 Abaqus/Explicit中循环对称性分析 现在，可以在显式动态分析中使用循环对称分析技术，以减少仿真时间和内存使用量。 循环对称分析技术使用代表性扇区（如图1所示），而不是完整的360°模型，以减少仿真时间和内存使用。此技术以前在Abaqus/Standard中可用，现在在Abaqus/Explicit中可用。此建模方法要求您指定扇区对称表面之间的循环对称关系，如图2所示。3.9 Abaqus/Standard到Abaqus/Explicit协同仿真增强功能 针对Abaqus/Standard 到 Abaqus/Explicit 协同仿真的接口处理，提供了增强的子循环算法。 Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit两个结构求解器（交换位移和/或旋转以及共轭场的力和/或力矩的求解器）之间的协同仿真代表了非常强的物理耦合，需要在协同仿真界面上进行特殊处理。改进了将Abaqus/Standard耦合到Abaqus/Explicit时使用的子循环算法。
- 改进的接口方法在计算上更有效。场通信和映射成本显著降低，因为接口计算是在Abaqus/Explicit而不是Abaqus/Standard中执行的，并且不需要按照显式增量传输和映射字段数据。以前，Abaqus/Explicit为每个Abaqus/Explicit增量传输和映射字段数据。在Abaqus/Explicit和Abaqus/Standard之间交换的字段类型较少。增强的子循环算法交换界面速度、界面力和动态算子，提供基础结构刚度的信息。仅当界面上存在旋转自由度时，才会交换速度、界面力和动态算子的旋转场。
"原始"子循环方法仍然可用，但在将来的版本中将被增强的子循环方法所取代。 现在，可以请求设计响应以进行隐式瞬态动态分析，以及有关拓扑、选型壳层厚度和选型晶格设计变量的相应伴随灵敏度。设计响应和相应的伴随灵敏度可以从Abaqus输出，以用于自己的设计修改方法。该功能在惯性效应和非线性力学很重要的设计应用中非常有用。例如，耐撞性的概念设计，机械动力学和合规的柔性动态机制设计，以及电子设备在跌落测试中的行为。3.11 使用预定义的孔隙流体压力进行顺序储层建模 现在，可以通过在应力分析中考虑已知孔隙流体压力场的影响来执行顺序耦合的孔隙压力-应力分析。孔隙流体压力场通常在Abaqus之外计算，在纯孔隙流体流动分析中。对于Abaqus中的后续应力分析，您需要将预先计算的孔隙流体压力场与预定义的场变量相关联。 Abaqus现在提供了在导入材料状态时将节点温度和场变量，从Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit分析，传输到Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit分析的功能。 现在，可以将模型数据和图元集或零件实例的结果从Abaqus/Standard分析传输到Abaqus/Standard分析。 现在，可以使用XFEM在裂纹扩展分析中包括温度自由度。完全耦合的热应力分析现在可以考虑由于热导率和辐射穿过裂纹元件表面而产生的热传递。在完全耦合的孔隙流体扩散和应力分析中，液压驱动裂缝建模中的流体流动扩展到包括热传导和辐射穿过裂纹单元表面的热传递，以及裂纹单元表面内的热对流。不连续性建模为丰富特征，可用于一阶位移/温度固体连续介质单元和一阶位移/孔隙压力/温度固体连续体单元。 新的命名约定和体积分数阈值的更改在增材制造的特殊用途技术中实现。3.15 使用 pattern-based方法对粉末床型增材制造工艺进行热力学分析 Abaqus/Standard现在提供一种pattern-based特殊用途技术，用于定义粉末床型增材制造工艺的材料沉积和热源的相关工艺参数。使用此方法执行顺序耦合热应力分析时，无需定义热源或重加器运动的轨迹。 在先前版本的Abaqus/Explicit中，当包围流体腔的元件失效时，流体模腔压力被施加在失效元件的表面上，这可能导致数值问题。在此版本中，流体型腔压力不会施加在失效元件的表面上。 此外，Abaqus/Explicit现在允许基于失效单元曲面进行流体交换。您可以定义一个曲面集，在该曲面上，关联图元可能无法允许流体和/或热能通过失效图元的曲面进行交换。流体交换的有效区域由包围流体腔的失效元件的表面定义。 还可以设置最大破裂面积比，超过该比率，流体腔将停用。该比率定义为失效元素的表面积与为流体交换定义的表面总面积之比。通过这种方式，如果封装流体腔的单元过多而无法防止数值问题，则可以停用流体腔。3.17 Abaqus和Dymola之间的系统级建模 功能模型接口（FMI）是耦合系统模型的行业标准，比Dymola生成的动态库（dymosim.dll）链接到Abaqus的协同仿真方法更通用。SIMULIA协同仿真服务在多个版本中都支持 FMI 接口，这是耦合系统级模型的首选方法，无论是由Dymola还是其他第三方代码创建。 要将Dymola模型转换为功能模型单元 （FMU），请在Dymola中将模型导出为 FMU。
