Abaqus中Topology和Shape优化指南
ABAQUS使用解答(整理)
Abaqus 使用问答Q:abaqus的图形如何copy?A:file>print>file格式为png，可以用Acdsee打开。
Q:用Abaqus能否计算[Dep]不对称的问题?A:可以，并且在step里面的edit step对话框other里面的matrix solver有个选项。
Q: 弹塑性矩阵【D】与ddsdde有何联系?A: stress=D*stran；d(stress)=ddsdde*d(stran)。
Q:在abaqus中，如果采用umat,利用自己的本构，如何让abaqus明白这种材料的弹塑性应变，也就是说，如何让程序返回弹性应变与塑性应变，好在output中输出，我曾想用最笨地方法，在uvarm中定义输出，利用getvrm获取材料点的值，但无法获取增量应力，材料常数等，研究了帮助中的例子，umatmst3.inp,umatmst3.for,他采用mises J2 流动理论，我在output history 显示他已进入塑性状态，但他的PE仍然为0！！?A: 用uvar( )勉强成功 。
Q: 本人在用umat作本构模型时，*static,1,500,0.000001,0.1 此时要求的增量步很多，即每次增量要很小，*static1,500 时，在弹性向塑性过度时，出现错误，增量过大，出现尖点.?A: YOU CAN TRY AS FOLLOWS:*STEP,EXTRAPOLATION=NO,INC=2000000*STATIC0.001,500.0,0.00001,0.1。
Q: 模型中存在两个物体的接触，计算过程中报错，怎么回事?A: 接触问题不收敛有两个方面不妨试试：一、在*CONTACT PAIR 里调试ADJUST参数；二、调一些模型参数，比如FRICTION等。
。
Q: 在边界条件和加载时，总是有initial这个步，然后是我们自己定义的加载步，请问这个initial步,主要作用是什么？能不能去掉？A: 不能去掉,所有的分析都有,是默认的步。
abaqus尺寸优化
Abaqus中优化有拓扑优化、形状优化和尺寸优化。
（本文尺寸优化只用于abaqus6.13版本以上（包括6.13版本），因为在6.13版本abaqus才加入尺寸优化这个模块）前两种优化目前可以参考江丙云的那本书书中对前两种优化讲的很详细。
而尺寸优化目前所有abaqus书籍中都没有写关于尺寸优化的内容，但是在6.13版本以上的abaqus官方英文帮助手册里有尺寸优化的相关理论，英文好的可以自学，很简单，在帮助手册中只有两个尺寸优化的例子，一个是控制臂，另一个是车门，如下面两张图所示，你们可以自己在帮助手册里找到这两个例子的inp文件，下载下来自己在abaqus中分析一下。
尺寸优化只对壳单元进行优化，而其他单元例如实体单元会被忽视掉不优化，尺寸优化就是变化壳单元的厚度。
下图是自带的两个例子图（1）控制臂图（2）车门下面是尺寸优化的流程1.创建尺寸优化job （即点击sizing optimization，各选项参数参考《Abaqus中Topology和Shape 优化指南》说明）2.创建设计响应（设计响应就是接下来的目标函数和约束条件需要用到的所有变量都需要在这里进行创建，这些创建好的设计响应全都是用于接下来的目标函数和约束条件）3创建目标函数（选择2中的某个响应作为目标函数，注意目标函数不是随意定的，是有限制的4.创建约束条件（选择2中的某些响应作为约束，同样不是所有对象都能作为约束，参考江丙云的书中优化模块）5.创建尺寸约束（这里是最重要的地方，thickness control 是用于定义优化区域的壳单元厚度变化范围，例如定义set-1集合的壳单元厚度为1-3mm，若模型中有多个优化区域就需要分别使用thickness control功能对不同优化区域定义壳的厚度；下面的那个cluster area 功能是让优化区域优化后厚度保持一致，例如例如对set-2区域定义cluster area ，假设它原先厚度为3mm，优化后厚度为1mm，那么整个set-,2区域优化后所有单元的厚度都是1mm，若不设置cluster area 则该区域的单元厚度是不相同的，可能有的单元1mm，有的单元是2mm或者其他厚度，而实际中我们都希望某块板的厚度优化后，厚度保持一致，这样好加工，所以这个功能的价值就体现在这里，这个功能非常重要。
ABAQUS拓扑优化分析手册用户手册
ABAQUS拓扑优化分析手册/用户手册分析手册：13. Optimization Techniques优化技术13.1 结构优化：概述13.1.1 概述ABAQUS结构优化是一个帮助用户精细化设计的迭代模块。
结构优化设计能够使得结构组件轻量化，并满足刚度和耐久性要求。
ABAQUS提供了两种优化方法——拓扑优化和形状优化。
拓扑优化（Topology optimization）通过分析过程中不断修改最初模型中指定优化区域的单元材料性质，有效地从分析的模型中移走/增加单元而获得最优的设计目标。
形状优化（Shape optimization）则是在分析中对指定的优化区域不断移动表面节点从而达到减小局部应力集中的优化目标。
拓扑优化和形状优化均遵从一系列优化目标和约束。
最优化方法（Optimization）是一个通过自动化程序增加设计者在经验和直觉从而缩短研发过程的工具。
想要优化模型，必须知道如何去优化，仅仅说要减小应力或者增大特征值是不够，做优化必须有更专门的描述。
比方说，想要降低在两种不同载荷工况下的最大节点力，类似的还有，想要最大化前五阶特征值之和。
这种最优化的目标称之为目标函数（Object Function） 。
另外，在优化过程中可以同时强制限定某些状态参量。
例如，可以指定某节点的位移不超过一定的数值。
这些强制性的指定措施叫做约束（Constraint）。
ABAQUS/CAE可以创建模型然后定义、配置和执行结构优化。
更多信息请参考用户手册第十八章。
13.1.2 术语（Terminology）设计区域（Design area）: 设计区域即模型需要优化的区域。
这个区域可以是整个模型，也可以是模型的一部分或者数部分。
一定的边界条件、载荷及人为约束下，拓扑优化通过增加/删除区域中单元的材料达到最优化设计，而形状优化通过移动区域内节点来达到优化的目的。
设计变量（Design variables）：设计变量即优化设计中需要改变的参数。
Abaqus优化设计和敏感性分析高级教程
第12章
本章主要讲解应用Abaqus进行结构优化设计和敏感性分析。
目前的产品结构设计，大多靠经验，规划几种设计方案，结合CAE分析择优选取，但规划的设计方案并不一定是最优方案，故本章前半部分讲解优化设计中的拓扑优化和形状优化，并制定操作SOP，辅以工程实例详解。
12.1.3
形状优化主要用于产品外形仅需微调的情况，即进一步细化拓扑优化模型，采用的算法与基于条件的拓扑算法类似，也是在迭代循环中对指定零件表面的节点进行移动，重置既定区域的表面节点位置，直到此区域的应力为常数（应力均匀），达到减小局部应力的目的。比如图12-2所示的连杆，其进行形状优化，表面节点移动，应力集中降低。
下面详细介绍在不同优化情况下，可用或推荐使用的设计响应。
1、
针对基于条件的拓扑优化算法，只能使用应变能和体积作为设计响应。
1）应变能（Strain energy）：即每个单元应变能的总和，可以定义为结构柔度，其是结构整体柔韧性或刚度的一种度量。众所周知，柔度是刚度的倒数，最小化柔度意味着最大化全局刚度。
分析类型：通用优化算法支持线性、非线性静力和线性特征频率分析。两种算法均支持几何非线性、接触和大部分非线性材料。
目标函数和约束：通用优化算法可以使用一个目标函数和数个约束，这些约束可以全部是不等式限制条件，多种设计响应可以被定义为目标和约束，而基于条件的优化算法仅支持应变能作为目标函数，材料体积作为等式限制条件。
设计响应（Design responses）:导入优化程序用于优化分析的输入值称之为设计响应。
ABAQUS基本使用方法
ABAQUS 分析步骤使用ABAQUS进行有限元分析包括三个步骤：使用ABAQUS/CAE或其他前处理器进行前处理使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit进行分析计算使用ABAQUS/Viewer进行后处理ABAQUS/CAE简介1）ABAQUS/CAE的模型数据库保存在扩展名为.cae的文件中，每个ABAQUS模型中只能有一个装配件（assembly），它是由一个或多个实体（instance）组成的，一个部件（part）可以对应多个实体。
2）ABAQUS/CAE由以下功能模块构成：Part(部件)、Property(特性)、Assembly(装配)Step(分析步)、Interaction(相互作用)、Load（载荷）Mesh(网格)、Job(分析作业)、Visualization(后处理)Sketch(绘图)。
3）Part模块的主要功能包括：创建、编辑和管理部件，通过创建特征（feature）来定义部件的几何形状，指定刚体部件的参考点。
4）Property模块的主要功能包括：创建和管理材料、截面属性、梁截面，指定部件的截面属性、取向、法线方向和切线方向。
5）Assembly模块的主要功能包括：创建、合并和切割实体，为实体定位。
6）Step模块的主要功能包括：创建分析步，设定输出数据，设定自适应网格，控制求解过程。
7）Interaction模块的主要功能是定义相互作用（例如接触）、约束、连接件、惯量、裂纹、弹簧和阻尼器。
8）Load模块的主要功能是定义载荷、边界条件、场变量和载荷状况。
9）Mesh模块的主要功能包括：布置网格种子，设置单元形状、单元类型、网格划分技术和算法、划分网格，检验网格质量。
10）Job模块的主要功能包括：创建分析作业，提交和运行分析作业，生成INP文件，监控分析作业的运行状态，中止分析作业的运行。
11）Sketch模块的主要功能是绘制二维平面图。
ABAQUS常用技巧总结
ABAQUS常用技巧总结1.使用复杂几何体建模时，可以使用不同的划分方法来提高模型的建模效率。
例如，使用二维平面模型替代三维模型，或者使用多个简单几何体组合成一个复杂几何体。
2.使用合适的单元类型来模拟不同类型的物理问题。
ABAQUS提供了各种单元类型，包括线性单元、非线性单元和壳体单元等。
选择适当的单元类型可以提高求解的精度和效率。
3.使用合适的网格划分来提高模型的精度。
网格划分越细致，模型的精度就越高，但求解时间会增加。
因此，在进行网格划分时需要根据具体情况权衡模型的精度和求解效率。
4.使用合适的边界条件来约束模型。
边界条件定义了模型的边界行为，可以通过施加约束来模拟各种不同的边界条件。
正确地定义边界条件可以提高模型的精度，并且在求解过程中减少错误。
5.使用合适的材料参数来描述物质的本构行为。
ABAQUS提供了一系列的材料模型，可以用来描述各种不同类型的材料。
选择适当的材料模型可以更准确地模拟物质的本构行为。
6.在求解过程中使用适当的收敛准则。
ABAQUS提供了各种收敛准则来控制求解过程的收敛性。
正确地选择收敛准则可以提高求解的精度和效率。
7.在进行求解之前，进行预处理操作来优化模型。
预处理操作包括网格优化、减少刚度矩阵的条件数等，可以提高模型的求解效率。
8.使用ABAQUS提供的后处理功能来分析和可视化模型的结果。
ABAQUS提供了各种后处理工具，可以对模型的结果进行可视化、分析和导出等操作。
9. 尽量使用自动化脚本来进行模型构建和求解。
ABAQUS提供了Python接口，可以用来编写自动化脚本，实现模型的自动构建、求解和后处理。
使用自动化脚本可以提高工作效率，并减少人为错误。
10.在使用ABAQUS进行计算时，要时刻关注模型的收敛情况和结果的合理性。
如果模型的收敛性不好，可以尝试调整网格划分、边界条件或者其他模型参数来改善收敛性。
如果结果不合理，可以仔细检查模型的建模和求解过程，找出错误所在。
abaqus塑形变形设定流程
abaqus塑形变形设定流程1.打开Abaqus软件并创建新的模型。
Open Abaqus software and create a new model.2.定义材料属性，包括弹性模量和泊松比等参数。
Define material properties, including elastic modulus and Poisson's ratio, etc.3.创建几何实体，可以是实体模型或表面模型。
Create geometric entities, which can be solid models or surface models.4.划分网格以将几何实体离散为有限元。
Mesh the geometry to discretize the geometric entitiesinto finite elements.5.定义边界条件，如约束和荷载。
Define boundary conditions, such as constraints and loads.6.设置塑形变形分析类型。
Set up the plastic deformation analysis type.7.定义塑性材料行为，例如屈服准则和硬化规律。
Define the plastic material behavior, such as yield criteria and hardening laws.8.设定收敛标准和求解器选项。
Set convergence criteria and solver options.9.运行模拟以进行塑形变形分析。
Run the simulation for plastic deformation analysis.10.分析结果并查看变形情况。
Analyse the results and view the deformation situation.11.根据需要进行后处理操作。
ABAQUS拓扑优化手册
设计循环 （Design cycle） : 优化分析是一种不断更新设计变量的迭代过程， 执行 Abaqus 进行模型修改、查看结果以及确定是否达到优化目的。 其中每次迭代叫做一个设计循环。 优化任务 （Optimization task） ： 一次优化任务包含优化的定义， 比如设计响应、 目标、 限制条件和几何约束。 设计响应（Design responses）: 优化分析的输入量称之为设计响应。设计响应可以直接 从 Abaqus 的结果输出文件.odb 中读取，比如刚度、应力、特征频率及位移等。或者 Abaqus 从结果文件中计算得到模型的设计响应，例如质心、重量、相对位移等。 一个设计响应与模型紧密相关，然而，设计响应必须是一个标量，例如区域内的最大应 力或者模型体积。另外，设计响应也与特定的分析步和载荷状况有关。 目标函数（Objective functions）: 目标函数决定了优化的目标。一个目标函数是从设计 响应中提取的一个标量， 如最大位移和最大应力。 一个目标函数可以用一个包含多个设计响 应的公式来表示。如果设定目标函数为最小化或者最大化设计响应，Abaqus 拓扑优化模块 则将每个设计响应值代入目标函数进行计算。另外，如果有多个目标函数，可以用权重因子 定义每个目标函数的影响程度。 约束（Constraints）: 约束亦是从设计响应中提取的一个标量值。然而，一个约束不能 由设计响应的组合来表达。约束限定了设计响应 ，比如可以指定体积必须降低 45%或者某 个区域的位移不能超过 1mm。也可以指定跟优化无关的加工约束或者几何约束，比如，一 个零件必须保证能够浇铸或者冲压，又比如轴承面的直径不能改变。 停止条件（Stop conditions）: 全局停止条件决定了优化的最大迭代次数。 局部停止条 件在局部最大/最小达成之后指定优化应该停止。 13.1.1.2 Abaqus/CAE 结构优化步骤
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Abaqus中Topology和Shape优化指南目录1. 优化模块界面......................................................................................................- 1 -2. 专业术语..............................................................................................................- 1 -3.定义拓扑优化Task(general optimization和condition-based optimization).......- 2 -3.1 General Optimization 参数设置.................................................................- 3 -3.1.1 Basic选项参数..................................................................................- 3 -3.1.2 Density选项参数..............................................................................- 4 -3.1.3 Perturbation选项参数.......................................................................- 5 -3.1.4 Advanced选项参数...........................................................................- 5 -3.2 Condition-based topology Optimization 参数设置....................................- 6 -3.2.1 Basic选项参数..................................................................................- 7 -3.2.2 Advanced选项参数...........................................................................- 7 -4 定义Shape Optimization Task方法....................................................................- 8 -4.1 Basic选项参数............................................................................................- 8 -4.2 Mesh Smoothing Quality选项参数............................................................- 9 -4.3 Mesh Smoothing Quality选项参数..........................................................- 11 -5 定义design response变量方法.........................................................................- 13 -5.1 单个design response定义方法...............................................................- 14 -5.2 combined design response定义方法........................................................- 15 -5.3 design response使用注意事项.................................................................- 17 -5.3.1 定义design response的操作.........................................................- 17 -5.3.2 condition-based topology optimization的design response............- 18 -5.3.3 general topology optimization的design response..........................- 18 -5.3.4 design response for shape optimization...........................................- 21 -6 定义objective function方法..............................................................................- 22 -6.1 目标函数定义...........................................................................................- 23 -6.2 目标函数的运算.......................................................................................- 23 -6.2.1 min运算..........................................................................................- 23 -6.2.2 max运算..........................................................................................- 24 -6.2.3 minimizing the maximum design response......................................- 24 -7 定义Constraints方法........................................................................................- 24 -8 定义Geometric restrictions方法.......................................................................- 25 -8.1 Defining a frozen area................................................................................- 26 -8.2 Specifying minimum and maximum member size....................................- 26 -8.3 maintaining a moldable structure(可拔模结构)........................................- 27 -8.4 maintaining a stampable structure(冲压成型结构)...................................- 28 -8.5 Specifying a symmetric structure...............................................................- 29 -8.6 Applying additional restrictions during a shape optimization...................- 31 -8.7 Combining geometric constraints..............................................................- 31 -9 定义Stop conditions方法..................................................................................- 32 -9.1 Global stop conditions...............................................................................- 32 -9.2 Local stop conditions.................................................................................- 33 -10 Abaqus优化模块支持.......................................................................................- 34 -10.1 Support for analysis types........................................................................- 34 -10.2 Support for geometric nonlinearities.......................................................- 34 -10.3 Support for multiple load cases................................................................- 34 -10.4 Support for acceleration loading..............................................................- 35 -10.5 Support for contact during the optimization............................................- 35 -10.6 Restrictions on an Abaqus model used for topology optimization..........- 35 -10.7 Restrictions on an Abaqus model used for shape optimization...............- 35 -10.8 Support materials in the design area........................................................- 36 -10.8.1 Materials supported by condition-based topology optimization....- 36 -10.8.2 Materials supported by general topology optimization.................- 36 -10.8.3 Material support in shape optimization..........................................- 37 -10.9 支持的单元类型.....................................................................................- 37 -10.9.1 支持的二维实体单元...................................................................- 37 -10.9.2 支持的三维实体单元...................................................................- 38 -10.9.3 支持的对称实体单元...................................................................- 39 -10.9.4 额外支持的单元...........................................................................- 39 -11. Job模块中优化过程的设置............................................................................- 40 -11.1 优化过程的理解.....................................................................................- 40 -11.2 Optimization Process Manager................................................................- 42 -12 拓扑优化理论...................................................................................................- 42 -12.1 General Topology Optimization理论......................................................- 43 -12.1．1 SIMP(Solid Isotropic Material With Penalization Method).......- 43 -12.1.2 RAMP(Rational Approximation of Material Properties)...............- 43 -12.1.3 Gradient-based methods.................................................................- 43 -12.2 General与Condition-based Topology Optimization对比.....................- 44 -13 拓扑优化结果后处理.......................................................................................- 44 -13.1 单元相对密度值.....................................................................................- 44 -13.2 Isosurfaces................................................................................................- 45 -13.3 Extraction.................................................................................................- 47 -14 形貌优化后处理...............................................................................................- 48 -14.1 向量DISP_OPT.....................................................................................- 48 -14.2 场变量DISP_OPT_V AL........................................................................- 48 -14.3 正常分析步中的优化迭代过程中的应力和位移等场变量.................- 49 -14.4 Extracting a surface mesh........................................................................- 49 -15 几何非线性的开与闭对拓扑优化结果的影响...............................................- 50 -16. 形貌优化中的几何约束..................................................................................- 53 -16.1 Demold control(脱模控制)......................................................................- 53 -16.2 Turn control(车床加工控制)...................................................................- 55 -16.3 Drill control(钻孔控制)...........................................................................- 56 -16.4 Planar symmetry(平面对称约束)............................................................- 57 -16.5 Stamp control(锻造控制)........................................................................- 58 -16.6 Growth约束............................................................................................- 58 -16.7 Design direction约束..............................................................................- 59 -16.8 Penetration check(穿越检查)..................................................................- 60 -1. 优化模块界面2. 专业术语① optimization task：对优化任务的一个定义，即定义一个优化Job；② design responses：一个设计响应可以直接从输出数据库中提取，例如模型的体积，另外，对于拓扑优化模块的设计响应不仅可以直接从输出数据库中提取，而且可以计算设计响应，如模型的应变能；③ objective function：目标函数指的是设计响应的函数值或者是一组设计响应的组合，如整个模型的应变能的最小值；④ constraints：约束是一个设计响应的函数值，但不能是多个设计响应组合的函数值；⑤ geometric restriction：A geometric restriction places restrictions on the changes that the Abaqus Topology Optimization Module can make to the topology of the model. Geometrical restrictions include frozen regions from which material cannot be removed and manufacturing constraints, such as restrictions on cavities and undercuts, that would prevent the optimized model from being removed from a mold⑥ stop condition：停止条件是对优化计算收敛的一个指示器，如当在一个指定数量的迭代后一个优化被认为完成了；global stop condition定义了优化迭代的最大数目，local stop condition指定了优化迭代达到所需最小或最大数目；⑦ optimization processes：需要在job模块中创建；⑧ design varible：对于topo优化，优化区域的每个单元的密度即为设计变量；而shape优化，优化区域表面单元的节点的位移即为设计变量；⑨ design cycle：优化过程中的每个迭代成为design cycle；【提示】：I、优化算法总是在满足了约束的基础上才开始最大或最小化目标函数；II、一个优化任务中最多只能包含一个体积约束；【附英文原版】3.定义拓扑优化Task(general optimization和condition-based optimization)3.1 General Optimization 参数设置 3.1.1 Basic选项参数3.1.2 Density选项参数3.1.3 Perturbation选项参数3.1.4 Advanced选项参数在优化计算过程中，拓扑优化模块会自动给优化区域分配一个指定的质量来满足约束和目标函数，在优化结束时，整个优化区域的结构包含了硬单元(hard elements)和软单元(soft elements)，其中软单元对结构的刚度没有任何影响，但是影响着结构的自由度，因此会影响优化计算的速度。