Abaqus_CAE高级实用技巧_

图 8 Link Instances 对话框
（3） 分别定义 2 个模型的分析步、载荷和边界 条件等.
（4） 激活 Abaqus / Explicit 对应的模型，双击模 型树中的 Interaction，进入 Create Interaction 对话框， 选择 Standard-Explicit Co-simulation，点 击 Continue 后，选择联合仿真面或者点，进入 Edit Interaction 对 话框（ 见图 9） ，完成相关定义即可.
近不要求过密的网格，当裂纹扩展时不必重新划分
网格，允许单元断开，可解决传统裂纹扩展分析中网
格须重新划分的难题，适于模拟任意裂纹动态扩展
问题. XFEM 在 Abaqus 的设置也很简单，用户设定
好材料等相关参数后，对模型进行 XFEM 的相关设
置即可. 所有定义可很方便地在 Abaqus / CAE 中完
（1） 用户需要定义 2 个模型的属性，一个定义 为 Standard / Explicit 模型，另一个定义为 CFD 模型. 在 Abaqus / CAE 的模型树中双击 Models，出现定义 模型属性的对话框（ 见图 4） ，选择模型类型即可.
图 2 Edit Crack 对话框
收稿日期： 2010-07-12
在 Abaqus / CAE 中，用户可尽可能地使用现有 工具进行定义，使得不管是计算流体力学专家还是 初学者 都 感 觉 像 使 用 为 实 现 流 固 耦 合 而 建 立 的 CFD 前后处理工具的功能一样. 用户不用通过第三 方 软 件 就 可 以 在 Abaqus / CAE 中 方 便 地 实 现 Abaqus / Standard，Abaqus / Explicit 与 Abaqus / CFD 的 耦合，实现真正意义上的流固耦合. 操作过程为：
图 3 Edit Field Output Request 对话框（ 部分）
2 如何在 Abaqus / CAE 中实现流固耦合分析？
DS SIMULIA 公司于 2010 年开发出第 3 个求解 器———计算流体动力学求解器 Abaqus / CFD. 它基于 混合间断有限元法 / 有限体积法和有限元法，可解决 与层流和湍流相关的流体力学问题.
（1） 定义 Standard 和 Explicit 2 个模型. 首先在 Standard 模型中将所有部件装配好，然后将其中要 用于 Explicit 计算的部件拷贝到 Explicit 模型中. 实 现方法为：在主菜单栏中选择 Model→Copy Objects， 弹出 Copy Objects 对 话 框 （ 见 图 7 ） ，根 据 需 要 将 Standard 模型中的相关 instances 拷贝到 Explicit 模 型中.
图 7 Copy Objects 对话框
图 5 Create Interaction 对话框
（ 4 ） 建 立 耦 合 Job. 在 模 型 树 中 双 击 Coexecution，进入 Edit Co-execution 对话框 （ 见图 6 ） ， 设定计算模型及参数.
（2） 激活 Abaqus / Standard 模型，在模型树中选 中需 要 Link 的 部 件，点 击 鼠 标 右 键，选 择 Link Instances，弹出对话框 （ 见图 8 ） ，继续即可. Link 完 成后，这些 Instance 在 Standard 模型里将显示成灰 色，便于用户检查模型.
图 4 定义模型属性的对话框
（2） 定义 2 个模型各自的部件、材料属性、分析 步、载荷和边界条件等.
（3） 耦合 2 个模型. 具体操作为，激活其中 1 个
第3 期
Abaqus / CAE 高级实用技巧
111
模型，双 击 模 型 树 中 的 Interaction，进 入 Create Interaction 对话 框 （ 见 图 5 ） ，选 择 Step 以 及 FluidStructure Co-simulation Boundary，点击 Continue 并选 择耦合面后，进入 Edit Interaction 对话框，点击 OK 完成定义. 另一个模型亦按照上述方法定义.
图 6 Edit Co-execution 对话框
3 如何实现求解器 Abaqus / Standard 与 Abaqus / Explicit 的协同仿真？
求解器 Abaqus / Standard 和 Abaqus / Explicit 各 有优缺点. 对于应变变化较小且没有接触等非线性 因素不强的区域，前者可很快收敛，且事件增量步可 以设置得比较大；对于应变变化较大或复杂的接触 区域，后者不存在收敛性，所以对该类问题计算速度 很快. 二者的协同仿真可充分利用其各自优点，对 于应变变化不大且没有接触或接触状态不复杂的区 域，可用 Abaqus / Standard 计算，而对于应变变化较 大或接触状态复杂的区域，用 Abaqus / Explicit 计算 可大大提高计算效率. 协同仿真的实现方法为：
对于裂纹扩展问题，传统的有限元法一般采用
预先埋设裂纹路径或网格重新划分的方法，让其沿
网格扩展，这对模型网格的要求非常高. XFEM 能克
服以上弊端，在应力集中或裂纹尖端等高应力区域
自动将每个单元剖分为 2 个单元，在模拟裂纹生长
时无须重新剖分网格.
XFEM 在计算精度上可满足要求，且在划分网
格时无须考虑裂纹界面，在裂纹尖端应力奇异场附
第 19 卷 第 3 期 2010 年 9 月
计算机辅助工程 Computer Aided Engineering
Vol. 19 No. 3 Sept. 2010
Abaqus / CAE 高级实用技巧
1 Abaqus 新 提 出 的 扩 展 有 限 元 法 （ Extended Finite Element Method，XFEM） 在解决裂纹扩 展问题时有何优点？ 如何在 Abaqus / CAE 中 设置？
图 1 Create Crack
确定后进入 Edit Crack 对话
对话框
框（ 见图 2 ） ，用户可设置允
许裂纹扩展、裂纹位置和 contact property 等参数.
（ 2 ） 在 Step 模 块 中 定 义 场 输 出 时，需 定 义 XFEM 状态变量 STATUSXFEM，以便在 View 后处理 器 中 查 看 裂 纹 的 相 关 结 果. 在 Edit Field Output Request 对 话 框 中 可 选 择 变 量 STATUSXFEM （ 见 图 3）.
成，与 XFEM 的相关设置有：
（ 1 ） 切 换 到 Interaction
模 块，在 主 菜 单 栏 中 选 择
Special → Crack → Create，弹
出 Create Cra，选 择 XFEM，单 击
Continue 后 选 择 裂 纹 区 域，
图 9 Edit Interaction 对话框
（ 5 ） 在 模 型 树 中 双 击 Co-execution，进 入 Edit Co-execution 对话框，设定计算模型及其他参数，完 成后点击 OK 结束定义.
（ 待续）
（ 本文由 DS SIMULIA 公司提供）