又到一年一度的挤牙膏大赛，Abaqus挤出2023版，随SIMULIA Suite 2023一起发行。
近期分篇
介绍Abaqus 2023 GA 发行版中提供的功能，以及Abaqus 2022的前四个FD（修订包）发行版中添加的功能。
首先，先介绍设计Abaqus/CAE 2023的更新。
1. Abaqus/CAE增强查询功能: 高级距离查询
Abaqus/CAE 现在提供高级距离查询，用于查询对象组之间的最小距离。此功能于 Abaqus 2022 FD02 （FP.2214） 版本首次提供。
查询工具集包括一个新的高级距离查询，可在零件相关模块、装配体相关模块、可视化模块中使用。使用此工具，可以查询两组对象之间的最小距离，其中每组可以包含一个或多个不同类型的对象，例如节点、单元或几何面。
编者按
：此功能在Dynaform等软件中，早10年前就已具备，Abaqus/CAE姗姗来迟。
2.1 版本: Abaqus/CAE R2023x GA
可以定义纽伯Neuber和格林卡Glinka塑性校正，以及LaRC05和霍斯福德-库仑Hosford-Coulomb损伤初始准则。此外，还可以为广义梁截面指定材料。
2.2 版本: Abaqus/CAE R2022x FD02 （FP.2214）
可以定义Abaqus/Explicit的挤压应力材料行为（Crush stress material behavior），可以指定 Valanis-Landel 超弹性模型，对于各向同性硬化的等效塑性应变，还可以指定屈服应力的外推方法。
现在可以为拓扑优化定义rib设计的几何限制。此外，还可以为加强筋优化定义过滤的几何限制。
4.1 版本: Abaqus/CAE R2023x GA
可以在 Abaqus/CAE 中启用与梁横截面的确切接触，并且可以对Abaqus/Explicit的通用接触使用动态特征边条件。
创建Abaqus/Explicit通用接触相互作用时，可以根据梁单元的圆周近似或实际横截面激活接触计算。
4.2 版本: Abaqus/CAE R2022x FD02 （FP.2214）
在定义连接器截面（connector section）的连接器阻尼行为时，可以定义结构阻尼类型。
交互模块
Create Interaction: General contact (Explicit): Contact Controls Assignment: 勾选 Beam Cross Section assignment，选择 Circumscribed Circle或 Exact
连接器截面编辑器: Add > Damping: Damping type: Structural Constraint > Create > Coupling: Coupling type: Kinematic; Thermal expansion coefficient
1. 随机响应分析性能和功能增强
产品：Abaqus/Standard
在随机响应分析程序中，Abaqus/Standard节点和单元输出的性能得到了显著提高。此功能在Abaqus 2022 FD04 （FP.2232）版本中首次提供。
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允许在随机响应过程中使用更多特征模态，并获得大量节点的输出
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在随机响应分析程序中，在单元输出和计算输出变量MISES 和RMISES 方面，性能得到了显著提高。此功能在 Abaqus 2022 FD02 （FP.2214）版本中首次提供。可以请求计算积分节点、单元质心、单元节点处的冯米塞斯应力和RMS冯米塞斯应力，以及节点处的平均值；冯米塞斯和RMS冯米塞斯应力的计算值保存在ODB和SIM数据库中。
2. 固有频率提取中的残差模态增强
固有频率提取过程中，提供了多项残差模态增强功能。此功能在Abaqus 2022 FD04 （FP.2232）版本中首次提供。
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可以使用Abaqus/Standard中其他线性动态过程
支持的任何荷载类型（分布式荷载、子结构荷载等），在AMS固有
频率提取过程中生成残差模态。
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可以在固有频率提取分析中定义实载荷和虚载荷，以生成残差模态。
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可以在纯声学模型的固有频率提取分析中定义残差模态。
3. 线性动态分析性能增强
可以在几种不同的线性动态分析过程中观察到性能的实质性改进。这些性能改进首次在 Abaqus 2022 FD04（FP.2232）版本中提供。
根据有限元模型大小、特征模态数、荷载工况数、频域中的点数等，改进可能或多或少显著。性能改进的示例包括：
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改进了直接稳态动态分析过程中方程排序阶段的性能。
对具有 360 万个自由度、120 个载荷工况和 100 个频域点的白车身有限元汽车模型进行直接稳态动力学分析，总时间缩短了16%。
对具有2个荷载工况和100个频域点的1200万自由度模型进行耦合结构声学分析的直接稳态动力学分析，总时间减少了27%。
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改进了使用Lanczos特征求解器在非耦合特征值提取分析中处理结构和声学特征向量的性能。
提取131种结构模式和45种声学模态时，具有110万自由度的模型的总时间从 2525 秒减少到 786 秒。
对于具有 208，000 个自由度的轨道舱模型，当提取754种结构模态和20 种高达300 Hz的声学模态时，总时间从3730秒减少到349秒。
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改进了使用Lanczos特征求解器的特征值提取过程中阻尼算子投影的性能。
对于具有110 万个自由度和 176个特征模态的模型，总时间从2958秒减少到928秒。
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改进了复杂特征值提取过程中刚度和阻尼算子投影的性能。
基于非线性静态分析和特征值提取步骤的组合，对于Abaqus的制动尖叫分析流程。
使用改进的操作员投影算法，对于使用1500个特征模态的350万个自由度的制动系统模型的典型重启分析，总时间从 2642 秒减少到922秒。
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改进了子空间投影稳态动态分析中刚度和阻尼算子投影的性能。
对于具有1100万自由度的模型，使用1400个特征模态，单个频率点的算子投影时间从7231秒减少到863 秒（减少88%）。
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当 GPU设备与CPU内核一起使用时，改进了模态稳态动态求解器的多核缩放，并改进了模态稳态动态求解器的性能，适用于具有对称刚度和阻尼运算符的模型。
对具有260万个自由度、110个载荷工况和1000 个频率点的Neon汽车模型进行频率响应结构声学分析。
下图显示了在特征值提取分析之后作为重新启动分析运行的稳态动态分析的时间。
4. 稳态动态过程中荷载工况内的输出请求
在稳态动态分析过程中，现在可以请求专门针对荷载工况的输出。此功能在 Abaqus 2022 FD03 （FP.2223） 版本中首次提供。在稳态动态分析过程中，可以请求荷载工况的输出，以仅存储每个荷载工况的相关结果，以此可以减小输出数据库的大小。
5. 电池电化学模拟
Abaqus/Standard提供一种分析功能，旨在基于扩展的三维多孔电极理论（PET） Newman 模型，对可充电电池中的三维热电化学过程进行可扩展和预测模拟。完全耦合的热-电化学-结构-孔隙压力程序、基于表面的巴特勒-沃尔默载荷和基于表面的巴特勒-沃尔默相互作用首次在Abaqus 2022 FD02（FP.2214）版本中提供。
全栈锂离子电池单元由阳极集电极、多孔阳极、多孔隔膜、多孔阴极和阴极集电极组成。
全栈锂离子电池电芯示意图
电池的多孔部分浸入电解质浴中，该电解液有助于离子在充电周期期间从阴极移动到阳极。
全栈锂离子电池单元中的充电过程示意图
耦合热-电化学、完全耦合热-电化学-结构和新的完全耦合热-电化学-结构-孔隙压力程序旨在分析电池电化学应用。使用扩展的三维多孔电极理论（PET）Newman模型，全耦合分析同时求解以下高度耦合的场：位移、孔压、温度、固相和电解质中的电势，电解质中的离子浓度以及电极中固体颗粒中的浓度。可以使用非均匀网格和均匀网格，仅支持Brick单元，事实证明，这对于所有商业电池设计（包括所有圆柱形、袋子和棱柱形）都充分。
新的基于表面的Butler-Volmer负载和基于表面的Butler-Volmer相互作用，可用于模拟锂金属电池中的固体电极。这通过消除在固体电极中求解微尺度溶液的需要，提高了计算效率。
6. 改进了使用矩阵输入的瞬态动态分析的性能
具有大量矩阵输入贡献的瞬态动态分析的性能得到改进。此功能在Abaqus 2022 FD02 （FP.2214）版本中首次提供。
对于具有相当大的矩阵输入贡献和整体非线性行为的模型，瞬态动态分析的性能得到了提高，这些模型会长时间收敛，并在非均匀时间增量上进行多次迭代。此外，对于同一类分析，能量计算的性能也得到了提高。
7. 非对称迭代线性方程求解器
非对称迭代线性方程求解器，现在可以解决具有强非对称建模特征的问题；例如，具有高接触摩擦系数的模型和一些导致系统矩阵不对称的材料模型。此功能在Abaqus 2022 FD01 （FP.2205）版本中首次提供。
迭代线性方程求解器可以使用新开发的Krylov迭代求解器（FGMRES）和非对称预条件器求解强非对称问题。新的非对称迭代线性方程求解器，可以解决使用对称预条件器的迭代求解器无法解决的强非对称问题，还可以更快地解决弱非对称问题。
1. 隐式耦合的松弛和加速器方法
S
IMULIA协同
仿真引擎现在支持Aitkens松弛方法以及Anderson和Broyden加速器方法，为强耦合物理场提供稳健且省时高效的解决方案。
此功能在 2022 FD04 （FP.2232）版本中首次提供。
分离求解技术对强耦合物理场的稳定性和精度提出了挑战，SIMULIA协同仿真引擎支持Aitkens松弛方法以及用于隐式耦合的Anderson和Broyden加速器方法。这些方法能够以更少的耦合迭代来处理强耦合物理仿真。Abaqus/Standard 与 3DS Navier-Stokes 流体求解器耦合时，当隐式耦合时默认使用Anderson方法。
2. 基于统一背景网格转换的新默认的SPH单元转换方法
默认的平滑粒子流体动力学（SPH）单元转换方法更改为均匀背景网格转换。此功能在 Abaqus 2022 FD04（FP.2232）版本中首次提供。
以前，默认的SPH单元转换方法基于每个拉格朗日单元生成固定数量的SPH粒子。在拉格朗日母单元尺寸不均匀的情况下，此方法会导致转换后的SPH粒子分布不均匀，从而对仿真精度产生不利影响。在此版本中，SPH 单元转换的默认选项更改为统一背景网格转换方法。均匀背景网格转换是首选方法，因为它可以生成均匀分布的SPH粒子，有助于实现更好的仿真精度。均匀背景网格转换会在增量开始时自动将拉格朗日单元转换为 SPH 粒子。对于每个基于单元的单元转换，必须在“SECTION CONTROLS”选项中设置SPH CONVERSION=PER ELEMENT。
3. 在 Abaqus/Explicit中导入其他外部场
现在，可以从CST Studio 分析中导入时域和频域结果。此功能在2022 FD04 （FP.2232）版本中首次提供。这种新的导入功能仅限于在离散位置导入力和扭矩，以及导入物体表面或体积上的热损失：在Abaqus/Explicit中，导入某个时间范围内场，性能得到提高；当将力、压力、牵引力和热通量作为历史相关场导入时，场映射器为缺失成员分配零值。
3.2 Abaqus 2022 FD03 （FP.2223）
在Abaqus/Explicit 中，可导入外部场以定义与历史记录相关的场。以前，外部场的导入在Abaqus/Explicit中仅用于定义初始条件和分布。现在，可以导入外部场定义荷载、边界条件和预定义场。对于顺序分析中导入的外部场，可以使用物理场量（例如集中力、位移、速度、加速度、节点温度和场变量）。此功能在 Abaqus 2022 FD03 （FP.2223）版本中首次提供。
4. 新的场映射器控件
产品：Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit
导入预定义场时，可以使用附加的场映射控件。此功能在 Abaqus 2022 FD03 （FP.2223） 版本中首次提供。
场映射器提供具有不同网格拓扑的域之间的空间映射，并被Abaqus的各种功能使用，包括协同仿真和导入外部场。
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在将密集场集成到扩展场时，可以在子单元或全局保守映射算法之间进行选择。子单元算法提供具有平滑分布的保守映射。对于全局保守算法，结果在整个区域都是保守的，并且该算法在数值上性价比更高。
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（可选）可以指定一个常量值，以便在搜索失败时用于缺少的单元。默认情况下，会发出错误，可以在Abaqus/CAE的可视化模块中查看缺少的部分。
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可以提供距离搜索容差以限制或扩大搜索范围，这些距离容差可以是绝对值，也可以是相对于特征区域维度。
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5. 模型中引入子结构：绝对路径
现在，可以指定子结构数据库文件位置的绝对路径，以便在模型中引入子结构，从而提高子结构的可用性。此功能在Abaqus 2022 FD02（FP.2214）版本中首次提供。以前版本仅支持相对路径。
6. 添加残差模式以丰富子结构
现在可以将残差模式添加到子结构基础中，以提高子结构的高频动态逼近能力。此功能在 Abaqus 2022 FD02 （FP.2214） 版本中首次提供。
现在，可以将静态扰动响应输出为残差模式，以便在后续的子结构生成过程中使用。当指定新的残差模式RESIDUAL MODES参数时，与子结构荷载工况对应的荷载模式，以及静态扰动过程中存储的任何残差模式也会添加到下部结构基础中。
可以在分布式内存并行 （DMP） 模式下计算静态扰动步骤中的残差模态，从而使工作流程在涉及许多残差模态的应用程序中更加高效。
7. 改进了具有混合或自由界面模式的子结构的性能
在固有频率提取过程中，特征模态不保留任何或所有保留的自由度的情况下，引入保留特征模态子结构的性能得以显著提高。这些改进首先在 Abaqus 2022 FD02（FP.2214）版本中提供。
对于具有数百万自由度的模型，在子结构中保留了混合/自由界面模式，实现了显著的性能改进。
8. 协同仿真和导入外部场，支持的场类型
产品：Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit、Abaqus/CAE
协同仿真和导入外部场时支持的附加场类型。首次于Abaqus 2022 FD02 (FP.2214) 版本中提供。
对其他场类型的支持提供了与其他输出定义的一致性。对协同仿真和导入外部场，将实现以下场类型的更改：
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现在，支持将表面牵引矢量（TRVEC）导入到Abaqus/Standard 中。
可以在 Abaqus/CAE 中可视化表面牵引力。
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现在，协同仿真支持导入表面薄膜属性 （SFILM）导入到Abaqus/Standard 中。
不推荐使用浓缩薄膜特性，请改用表面薄膜属性。
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表面压力的标识符从PRESS更改为P，以与Abaqus输出标识符保持一致。
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场标
识符NT用于节点温度，无论温度是自由度还是预定义场。
不推荐使用表示单元温度的场标识符TEMP。
9. 重启动同步以进行协同仿真
产品：Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit
SIMULIA 协同仿真引擎现在提供在协同仿真求解中写入重启数据的功能。此功能在 Abaqus 2022 FD02 （FP.2214） 版本中首次提供。
现在，可以在即将到来的协同仿真目标时间同步写入重新启动信息，此时所有求解器之间的解都处于平衡状态。
10. 粒子方法的鲁棒性提升
重大架构更改提高了粒子方法的鲁棒性。此功能在 Abaqus 2022 FD01 （FP.2205） 版本中首次提供。
粒子方法（离散元法 （DEM）、集总动力学分子法 （LKM） 和平滑粒子流体动力学 （SPH））的实施，现在使用更高效的域分解算法和统一的代码架构，从而显著提高了域并行执行的粒子仿真的整体鲁棒性。
新架构下的变化改进了对新生成的粒子的并行处理和粒子状态的输出。这些改进特别有利于使用粒子发生器技术和具有多步骤定义的分析的模型。带有出口的SPH模型的架构增强提高了执行的稳健性。
11. 增材制造中可变的Bead宽度和Bead方向
对于FDM型和LDED型增材制造工艺的热机械分析，可以定义具有不同Bead尺寸和方向的材料沉积和移动热源。还可以定义材料移除。此功能在Abaqus 2022 FD01 （FP.2205）版本中首次提供。
在FDM和LDED型工艺中改变Bead宽度和Bead方向的能力扩展了可以执行的增材制造仿真范围。
以前，增材制造仿真中材料沉积和移动热源的Bead宽度和方向是固定的。现在，可以使用参数表模拟复杂的增材制造和焊接操作，以指定具有不同Bead方向和Bead宽度的任意三维运动。
此外，现在可以使用单元渐进式激活来指定材料去除。材料去除功能还支持不同的Bead宽度和Bead方向，依此能够定义复杂的三维切割操作。
12. 基于应力强度因子的疲劳裂纹扩展规律
基于应力强度因子的疲劳裂纹扩展规律，扩展了Abaqus/Standard的可用建模功能。此功能在Abaqus 2022 FD01（FP.2205）版本中首次提供。
现在，基于应力强度因子的疲劳裂纹扩展规律可用于更丰富的单元。以前，疲劳裂纹扩展规律仅能够基于应变能释放速率，现在，可以指定模态混合公式，用于根据以下内容计算有效应力强度系数：
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一种表格形式，用于支持多个分段线性对数-对数（裂纹扩展速率与荷载循环的有效应力强度因子范围）段。
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在疲劳裂纹扩展分析中，使用用户子程序的用户定义的裂纹扩展准则
基于应力强度因子的定律不适用于沿初始部分粘合表面的裂纹扩展或脱粘，其中基于应变能释放速率的定律更为相关，应继续使用。
13. 基于传统有限元法的二阶四面体单元围道积分
基于传统有限元方法的二阶四面体单元围道积分扩展了断裂力学研究的仿真能力，此功能在 Abaqus 2022 FD01（FP.2205）版本中首次提供。
现在，可以在传统有限元方法的基础上，使用二阶四面体单元进行断裂力学研究。必须指定一个小半径，在该半径范围内，在断裂力学算例的模型中标识单元环。需要精细的网格定义裂纹前沿周围的单元环，特别是在靠近外部自由表面的区域。
现在，可以请求基于传统有限元方法的断裂力学研究的围道积分的场输出。
14. Abaqus/Standard中静态分析的伴随灵敏度
伴随灵敏度的增强功能包括：新的设计响应、其他单元类型的形状灵敏度、用户定义的单元设计响应的新用户子程序，以及一组基于应力的附加单元设计响应。
此功能在 Abaqus 2022 FD01（FP.2205）版本中首次提供。
现在，可以请求Neuber和Glinka塑性校正措施的设计响应和伴随灵敏度，这大约考虑了在基于纯弹性材料响应的线性分析的结构设计优化研究中的塑性效应。此功能在塑性效应起重要作用的设计应用中非常有用，但考虑塑性完整非线性分析的计算过于昂贵。可以在设计周期的初始阶段利用这种近似方法选择一个或多个候选设计，以进行更详细的分析。
可以请求对更广泛的单元类别的伴随形状灵敏度，包括混合、改进、改进的混合、轴对称连续体、带扭曲的轴对称连续体和膜单元。这扩展了设计应用程序的类别，其中由 Abaqus 计算的伴随灵敏度可用作涉及Tosca或外部优化器的设计优化工作流的一部分。例如，轴对称混合单元通常用于由几乎不可压缩的弹性体制成的门密封件等应用。
此外，根据应力或塑性应变张量，现在可以通过新的用户子程序定义自己的单元设计响应，此功能显著扩展了基于单元响应的设计的范围，并允许将各种失效度量定义为响应，并设置此类度量的约束。
最后，现在可以请求最大和最小主应力以及冯米塞斯应力的响应和伴随灵敏度。最大主应力是涉及标称脆性材料的设计应用的重要度量，而冯米塞斯应力（signed von Mises stress）用于涉及混凝土的土木工程应用以及一些使用金属的疲劳应用。
在汽车零件的设计阶段，Neuber和Glinka设计响应会有所帮助。下图突出显示了一个全白车身模型面板。Tosca-Abaqus设计优化工作流程通过执行纯线弹性多重荷载工况分析，同时最小化Neuber有效塑性应变，最大限度地减少了不同载荷条件下面板材料塑性的影响。
15. Abaqus/Standard瞬态动态分析的伴随形状/加强筋灵敏度
现在，可以请求隐式瞬态动态分析的设计响应，以及有关形状和加强筋设计变量的相应伴随灵敏度。此功能在 Abaqus 2022 FD01 （FP.2205）版本中首次提供。
可以从Abaqus输出设计响应和相应的伴随灵敏度，以用于自己的设计修改算法。此功能扩大了伴随瞬态动态灵敏度的覆盖范围，并有利于工作流程，例如，耐撞概念设计、机械动力学和柔性动态机构设计，以及跌落测试中的电子设备性能。
下图显示了基于Tosca-Abaqus组合设计优化工作流程的板的初始（左）和优化（右）设计。与初始设计相比，优化的设计在给定瞬态载荷下的挠度减少了65%，因此，将结构的动态刚度提高了近三倍。
文章来源：iCAETube
