基于iSolver的铝合金支座受力分析
1.引言
iSolver为一个完全自主的面向工程应用的通用结构有限元软件，对标Nastran、Ansys、Abaqus设计和实现，具备结构有限元常用分析类型和单元、材料、载荷等基础算法组件，精度和商软一致。
本次以铝合金支座受力分析为例，演示iSolver的分析流程，并将iSolver和Abaqus计算结果进行对比。
2.有限元模型
有限元模型如下图所示：
支座采用C3D8R单元模拟，螺栓采用梁单元模拟，梁单元半径为10mm，铝合金采用理想弹塑性本构，材料属性如下图所示：
为简化计算，采用半结构分析，支座底部为固定约束，右侧为对称边界条件：
采用梁单元模拟螺栓，螺栓与螺栓孔采用coupling约束。计算了两种工况：工况1为螺栓处施加5Kn压力，支座顶部施加10Kn压力，根据节点数平均分布在各节点处；工况2为螺栓受拉，用于分析螺栓受拉时该处的力-位移曲线。
分析步设置如下：
本案例将相同模型分别在isolver与Abaqus软件中进行计算并对比。
3.分析难点
对于实际的工程问题，往往模型的网格量都很大，很多人都只关注大模型的效率问题，但实际模型的内存消耗问题对自主软件来说一般也很大，而且，内存没规划好直接会拖累效率问题，这种非线性问题，需要分增量步求解，每个增量步内还有多次迭代，对于这种情况：
最大限度的减少物理量的存储，因为物理量基本和节点或者网格数成比例，也和积分点、自由度等正比。譬如100万的网格，对1个普通的张量存储，如果对称的话每个积分点需要存储6个，对于4积分点壳，采用double型存储，那么所需的内存=节点数 张量变量数double型的字节数积分点数=100e4648/1024=187,500Kb=0.1875Gb和Visual Studio中内存监控得到的值完全一致。
基本每个物理量的存储就需要耗费0.19G的内存，所以在软件中尽量默认少一些变量输出，其它变量用户可自行选择。譬如iSolver中的静力分析，默认只输出应力、应变、位移（包括平动和转动），然后用户可以选择塑性应变等。分清增量步之间需要传递和查看的物理场和数据类型，譬如上一个每个积分点增量的应力等需要传递到下一个增量，伪应变能后处理查看只需要每个增量步的一个总值就行，只有那些需要传递和用户需要查看的才要保存。
分清迭代步之间需要传递的数据，迭代步中间过程的临时数据都可以覆盖，譬如迭代步计算需要的应变、应力、位移、塑性应变等，同时注意，迭代步和增量步不一样，迭代步可能会迭代失败，失败时还需能回退到增量步开始时刻重新更改增量大小再次迭代，所以位移当前值的更新只能在迭代成功后才能执行。
其中，第1步减少物理量的存储对后面两步都有影响，尽量越少越好。在该例子中，该模型设置了Plastic材料属性，用户除了常规的应力应变输出要求外，还需要输出塑性阶段的应变判据，即塑性应变张量和等效塑性应变，定义分别如下：
程序判断物体是否进入弹塑性阶段的判断准则称为屈服准则。定义屈服函数f，使其满足：
则 为屈服准则，也称屈服条件。
对于韧性较好的材料，Von Mises屈服条件与试验数据符合较好。对于Von Mises屈服条件，屈服函数有如下定义：
应力张量的二阶不变量 的表达式为 ，因而基于Von Mises屈服准则的塑性流动也被称为 塑性流动。
当应力状态 与应力增量 之和 超过弹性范围时，就会产生塑性应变 。试验结果表明， 的符号与 一致。这表明若 被认为时叠加于应力空间上的塑性应变空间中的一个矢量，那么 就是在弹性范围边界上的外向矢量。所以可将塑性应力增量 表示为
式中， 为非负标量。
相对于直接查看塑性应变的张量结果，用户也可以直接选择查看等效塑性应变，等效塑性应变表示为：
4.结果对比
工况1下iSolver与Abaqus的Mises应力云图如下所示：
工况1下isolver与Abaqus的位移云图如下所示：
工况1下isolver与Abaqus的等效塑性应变云图如下所示：
工况2下isolver与Abaqus的Mises应力云图如下所示：
工况2下isolver与Abaqus的位移云图如下所示：
工况2下isolver与Abaqus的等效塑性应变云图如下所示：
工况2螺栓处拉伸得到的力-位移曲线如下：
最大反力均为16.381Kn。
结论：基于iSolver软件对铝合金支座进行了受力分析，对比了其在受压及受拉工况下与Abaqus软件的计算结果。结果显示：应力、位移及等效塑性应变均表现出良好的同一性，模拟螺栓的梁单元处力-位移曲线一致。
