ABAQUS中无限单元的使用（一）——2D操作案例

ABAQUS中无限单元的使用（一）

——2D操作案例

作者：Nick_Liu

使用无限单元可以用消除应力波的反射，从而以较小的模型得到和整体模型一致的计算结果，在节省计算资源和提高计算精度方面具有很大优势。一般局部加载对整体影响不大或者问题为无边界时可以使用无限单元模型。

ABAQUS 6.14提供了17种无限单元。非声学问题中常用的无限单元有：CINAX4、CIN3D8、CINPE4和CINPS4。使用时只需在input文件中修改单元类型的关键字即可。

使用无限单元的关键在于模型区域的划分。本文通过随时空变化压力载荷作用于圆柱体的案例，演示二维无限单元模型的建立过程。

1）建模过程

Step-1：建立轴对称模型，并将模型分成3个区域，如图1所示：

图1 建模和分块

Step-2：设置边界区域厚度方向的种子密度为1，宽度方向种子数量相同；内部区域单元类型为CAX4R，边界区域单元类型为CAX4；划分网格如图2所示：

图2 模型网格

Step-3：孤立网格，调整堆叠方向，如图3所示：

图3 调整堆叠方向

Step-4：赋予材料属性，建立装配体和动态分析步（Dynamic, Explicit）。

Step-5：在模型顶部通过VDLoad子程序施加大小随时间和空间变化的压力；同时对模型施加对称和固定约束，如图4所示：

图4 载荷和约束

Step-5：新建Job，输出Input文件，将Input文件中的单元类型CAX4改为CINAX4。

Step-6：通过修改后的Input文件新建Job并提交计算。

2）计算结果

计算结果如图5所示：

图5 计算结果

可以看到，应力传递至白色的无限单元边界时没有进行反射，其结果与实际情况是一致的。

3）注意事项

a. 厚度方向只能有一个单元；

b. 必须且只能与有限单元共一条边；

c. 材料堆栈方向必须指向无穷远；

d. 边界条件设置应避免过约束；

无限单元的2D操作较为简单，比较容易实现。3D操作与2D操作流程一样，区别在于模型划分较为复杂。同时由于ABAQUS/Standard仅支持声学无限单元，当我们进行非声学计算，且需要得到稳定后的计算结果时，通常只能采用延长计算时间的方式来获得近似的稳定结果。当所需计算时间较长时，这种方式显然是不理想的。不过好在虽然Standard不支持非声学无限单元，但依旧可以通过一定方式将Explicit的计算结果导入Standard中进行求解，以节省大量时间。

关于3D模型的建立和具体导入操作以及VDLoad子程序的使用后面再进行分享。