Giới Thiệu về Abaqus

Date
Tháng Chín 16, 2020 Posted By
tuan_ty
Categories

Giới Thiệu về các sản phẩm của Abaqus và tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn

Trước khi tìm hiểu sâu về phần mềm Abaqus, tìm hiểu về các sản phẩm trong Abaqus là việc không thể bỏ qua. Sau đây, chúng ta sẽ xem qua một cách tổng quan về các sản phẩm trong Abaqus.

I. Những sản phẩm của Abaqus:


Abaqus bao gồm 2 sản phẩm phân tích chính: Abaqus/Standard (Abaqus/ Tiêu chuẩn) và Abaqus/Explicit (tạm dịch “Abaqus/Rõ ràng”). Ngoài ra còn có 4 sản phẩm phân tích bổ trợ với mục đích chuyên biệt cho Abaqus/Standard: ABAQUS/Aqua, ABAQUS/Design , ABAQUS/AMS, và ABAQUS/Foundation. Ngoài ra, Giao diện Abaqus của MOLDFLOW và MSC.ADAMS là giao diện tương ứng của các phần mềm MOLDFLOW và ADAMS/Flex. Hơn nữa, ABAQUS cũng cung cấp các trình dịch chuyển đổi các dữ liệu từ các bộ tiền xử lý (preprocessors – Các phần mềm chia lưới (Tiền xử lí)) của bên thứ ba thành đầu vào cho các phân tích ABAQUS và chuyển đổi đầu ra từ các phân tích ABAQUS thành các dữ liệu cho các bộ hậu xử lý bên thứ ba (Matlab, Mathematica, Maple,…). ABAQUS / CAE là môi trường ABAQUS hoàn chỉnh bao gồm các khả năng tạo mô hình (Modeling) ABAQUS, gửi và mô phỏng ABAQUS cũng như đánh giá kết quả. ABAQUS / Viewer là một tập hợp con của ABAQUS / CAE chỉ bao gồm chức năng xử lý, hiển thị kết quả. Mối quan hệ giữa các sản phẩm này được thể hiện trong hình sau:

1.ABAQUS/Standard

ABAQUS / Standard là một sản phẩm phân tích đa năng, có thể giải quyết một loạt các vấn đề tuyến tính và phi tuyến liên quan đến tĩnh học, động lực học, nhiệt học và trường điện từ của các chi tiết.

2.ABAQUS/Explicit

ABAQUS / Explicit là sản phẩm xử lí chuyên biệt cho các vấn đề sử dụng công thức explicit dynamic finite element (Tạm dịch “phần tử hữu hạn động rõ ràng”). Sản phẩm này rất phù hợp với các bài toán mô phỏng các sự kiện xảy ra với thời gian ngắn như các bài toán va chạm, nổ,… . Hơn nữa, sản phẩm cũng rất mạnh trong việc xử lí các vấn đề phi tuyến liên quan đến việc thay đổi các điều kiện tiếp xúc chẳng hạn như mô phỏng hình thành (forming simulations).

3.ABAQUS/CAE

ABAQUS / CAE (Môi trường ABAQUS hoàn chỉnh) là một môi trường đồ họa, tương tác cho ABAQUS. Nó cho phép các mô hình được tạo ra một cách nhanh chóng và dễ dàng bằng cách tạo ra hoặc nhập mô hình để phân tích và phân tách mô hình thành các vùng có thể chia lưới (Mesh) được. Các đặc tính vật lý và vật liệu có thể được gán cho mô hình, cùng với tải trọng và điều kiện biên. ABAQUS / CAE chứa các tùy chọn rất mạnh mẽ để chia lưới hình học và kiểm tra kết quả. Sau khi hoàn tất mô hình, ABAQUS / CAE có thể gửi, giám sát và kiểm soát các công việc phân tích. Mô-đun Hình ảnh hóa (Visualization module) sau đó có thể được sử dụng để diễn giải kết quả. Chỉ có mô-đun Hình ảnh hóa của ABAQUS / CAE (ABAQUS / Viewer) được đề cập trong hướng dẫn này. Nếu muốn học cách sử dụng các khía cạnh khác của Abaqus thì bạn có thể tham gia các khóa học chuyên sâu.

4.ABAQUS/Viewer

ABAQUS / Aqua là một tập hợp các khả năng tùy chọn có thể được thêm vào ABAQUS / Standard. Nó được thiết kế để mô phỏng các công trình ngoài thềm lục địa, chẳng hạn như dàn khoan dầu. Một số khả năng tùy chọn bao gồm ảnh hưởng của tải trọng và sức nổi của sóng và gió.

5.ABAQUS/Design

ABAQUS / Design là một tập hợp các khả năng tùy chọn có thể được thêm vào ABAQUS / Standard để thực hiện các tính toán độ nhạy của thiết kế (phân tích độ nhạy).

6.ABAQUS/AMS

ABAQUS / AMS là khả năng tùy chọn có thể được thêm vào ABAQUS / Standard. Nó sử dụng eigensolver (Bộ giải giá trị riêng/ vector riêng) đa cấp cấu trúc con (AMS) tự động trong quá trình khai thác dao động tự nhiên.

7.ABAQUS/Foundation

ABAQUS / Foundation cung cấp khả năng truy cập hiệu quả hơn vào chức năng phân tích động học và tĩnh học tuyến tính trong ABAQUS / Standard.

8.ABAQUS Interface for MOLDFLOW (Giao diện của MOLDFLOW trong ABAQUS)

Giao diện ABAQUS cho MOLDFLOW dịch thông tin mô hình phần tử hữu hạn từ phân tích dòng chảy khuôn để tạo ra một phần tệp đầu vào ABAQUS

9.ABAQUS Interface for MSC.ADAMS (Giao diện của MSC.ADAMS trong phần mềm ABAQUS)

Giao diện ABAQUS cho MSC.ADAMS cho phép các mô hình phần tử hữu hạn ABAQUS được đưa vào như các thành phần linh hoạt trong dòng sản phẩm MSC.ADAMS. Giao diện dựa trên công thức tổng hợp chế độ thành phần của ADAMS / Flex.

10.ABAQUS translators (Trình dịch ABAQUS)

ABAQUS cung cấp các trình dịch sau:

  • abaqus fromnastran dịch tệp dữ liệu đầu vào của NASTRAN sang tệp đầu vào ABAQUS.
  • abaqus frompamcrash dịch tệp đầu vào PAM-CRASH thành tệp đầu vào ABAQUS.
  • abaqus toOutput2 dịch tệp cơ sở dữ liệu đầu ra ABAQUS sang định dạng tệp NASTRAN Output2.
  • abaqus tozaero cho phép bạn trao đổi dữ liệu khí đàn hồi giữa các sản phẩm phân tích ABAQUS và ZAERO.

II. Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn:
Phần này chúng ta sẽ xem lại những điều cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn. Một ví dụ đơn giản về giàn, được ràng buộc ở một đầu và được tải ở đầu kia như thể hiện trong hình dưới. Mục tiêu của phân tích là tìm chuyển vị của đầu tự do của giàn, ứng suất trong giàn và phản lực ở đầu bị ràng buộc của giàn.

Bước đầu tiên của bất kỳ mô phỏng phần tử hữu hạn nào là rời rạc hóa hình học thực tế của kết cấu bằng cách sử dụng tập hợp các phần tử hữu hạn. Mỗi phần tử hữu hạn đại diện cho một phần rời rạc của cấu trúc. Các phần tử hữu hạn được nối với nhau bởi các nút dùng chung. Số phần tử trên một đơn vị chiều dài, diện tích hoặc thể tích trong một lưới được gọi là mật độ lưới. Trong phân tích ứng suất, chuyển vị của các nút là các biến cơ bản mà ABAQUS tính toán. Khi đã biết các chuyển vị nút, ứng suất và biến dạng trong mỗi phần tử hữu hạn có thể được xác định một cách dễ dàng.


Sau khi mô hình hóa và chia lưới ta có hình sau:


Biểu đồ phần thân tự do cho mỗi nút trong mô hình được thể hiện trong hình dưới. Nói chung, mỗi nút sẽ mang tải trọng bên ngoài tác dụng lên mô hình, P và nội lực trong, I, gây ra bởi ứng suất trong các phần tử gắn với nút đó. Để một mô hình ở trạng thái cân bằng tĩnh, lực tác dụng lên mỗi nút phải bằng 0; tức là nội lực và ngoại lực tại mỗi nút phải cân bằng lẫn nhau. Đối với nút a, phương trình cân bằng này có thể nhận được như sau.

Giả sử rằng sự thay đổi chiều dài của thanh là nhỏ, thì biến dạng trong phần tử 1 được cho bởi công thức:

Giả sử rằng vật liệu đàn hồi, ứng suất trong thanh được tính bằng biến dạng nhân với môđun đàn hồi E:

Lực dọc trục tác dụng lên nút cuối tương đương với ứng suất trong thanh nhân với diện tích mặt cắt ngang của nó, A. Do đó, mối quan hệ giữa nội lực, đặc tính vật liệu và chuyển vị thu được:

Do đó, trạng thái cân bằng tại nút a có thể được viết là:

Cân bằng tại nút b phải tính đến nội lực tác dụng từ cả hai phần tử tham gia tại nút đó. Nội lực từ phần tử 1 lúc này đang tác động ngược chiều và do đó trở thành âm. Phương trình kết quả :


Các phương trình cân bằng này cần được giải đồng thời để có được chuyển vị của tất cả các nút. Yêu cầu này đạt được tốt nhất bằng kỹ thuật ma trận; vì vậy chúng ta sẽ viết hệ phương trình dưới dạng ma trận. Nếu tính chất và kích thước của hai phần tử giống nhau, phương trình cân bằng có thể được đơn giản hóa như sau:


Chúng tôi quan tâm đến việc có được lời giải cho phương trình cân bằng trong đó các lực tác dụng bên ngoài, P, cân bằng với các lực sinh ra bên trong, I. Khi thảo luận về phương trình này sẽ liên quan đến hội tụ và phi tuyến, chúng ta có:


Do đó, đối với cấu trúc hai phần tử, ba nút hoàn chỉnh, chúng tôi sửa đổi các dấu hiệu và viết lại phương trình cân bằng dưới dạng

Sau đó, hệ phương trình này có thể được giải để nhận các giá trị của ba biến chưa biết:, và (được chỉ rõ trong bài toán là 0,0). Khi đã biết các chuyển vị, chúng ta có thể quay lại và sử dụng chúng để tính ứng suất trong các phần tử giàn.