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基于abaqus二次开发的裂纹扩展模拟

机械强度 2018年第6期40卷 1467-1472页

作者：张文东樊俊铃陈莉吕媛波中国飞机强度研究所西安710065

裂纹的扩展是典型的材料不连续问题,传统的有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟。为了解决传统有限元在模拟裂纹扩展的不足,XFEM方法(extended Finite Element Method,XFEM)引入水平集函数描述裂纹形态,实现了裂纹在单元内部的扩... 详细信息

裂纹的扩展是典型的材料不连续问题,传统的有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟。为了解决传统有限元在模拟裂纹扩展的不足,XFEM方法(extended Finite Element Method,XFEM)引入水平集函数描述裂纹形态,实现了裂纹在单元内部的扩展,克服了传统方法只能依赖单元生死来模拟裂纹扩展的难题。以abaqus为平台,应用Python脚本语言开发了一套裂纹自动扩展程序包,利用abaqus固有的方法编写程序,通过扩展有限元功能实现裂纹的自动扩展,通过模拟I型边裂纹和三点弯梁的裂纹的扩展过程,验证了XFEM方法的有效性。同时,模拟了多裂纹的扩展过程。结果表明:方法不仅能够利用abaqus软件的实现复杂的加载和边界模拟,同时又能体现XFEM在裂纹扩展模拟上的优势,为解决实际复杂问题提供了途径。

关键词：裂纹扩展 XFEM abaqus二次开发 Python脚本接口应力强度因子

基于abaqus二次开发变角度层合板屈曲特性分析

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宇航材料工艺 2019年第4期49卷 17-22页

作者：年春波王小平代文猛杨洋南京航空航天大学机电学院

基于abaqus二次开发,探究周期函数曲线纤维路径变角度复合材料层合板的屈曲特性。首先,以正弦曲线为基本参考路径为例,得到纤维角度的变化规律;然后,利用Python编写变角度复合材料层合板的有限元分析前处理程序,开发出abaqus交互式界面... 详细信息

基于abaqus二次开发,探究周期函数曲线纤维路径变角度复合材料层合板的屈曲特性。首先,以正弦曲线为基本参考路径为例,得到纤维角度的变化规律;然后,利用Python编写变角度复合材料层合板的有限元分析前处理程序,开发出abaqus交互式界面;最后,利用本文开发的GUI插件,对经典定角度和变角度层合板进行屈曲分析。结果表明,变角度层合板的屈曲载荷有很大提高,并且随着幅值参数A和周期参数T逐渐增大,一阶线性屈曲均是呈先增大后减小的趋势,因此基于铺层稳定性,参数应控制在相应的范围。采用Python对abaqus进行二次开发,从而实现变角度层合板的自动建模和计算分析,为实际工程研究提供了研究思路和流程,有一定的实践意义。

关键词： abaqus二次开发变角度层合板屈曲特性分析

abaqus二次开发在复合材料夹芯力学性能中的应用

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齐齐哈尔大学学报（自然科学版） 2023年第3期39卷 1-5页

作者：朱昊曹忠亮邱睿韩振华江苏理工学院机械工程学院江苏常州213001

复合材料夹芯板兼备轻量化、多功能化等优点是很有前景的轻质结构。针对复合材料夹芯板有限元模型建模复杂,新的芯子结构进行新的二次开发导致建模效率低下的问题,基于Python语言对abaqus的前处理模块进行二次开发,建立参数化建模的交... 详细信息

复合材料夹芯板兼备轻量化、多功能化等优点是很有前景的轻质结构。针对复合材料夹芯板有限元模型建模复杂,新的芯子结构进行新的二次开发导致建模效率低下的问题,基于Python语言对abaqus的前处理模块进行二次开发,建立参数化建模的交互式界面,构建适用于任意芯子的复合材料夹芯板力学仿真模型,达到芯子结构设计与其力学性能分析快速响应的目的。通过算例对格栅夹芯板、点阵夹芯板两种典型的夹芯结构进行力学仿真分析,验证二次开发的可行性。

关键词：复合材料夹芯板 Python语言 abaqus二次开发力学仿真

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abaqus二次开发在骨重建仿真中的应用

天津理工大学学报 2021年第5期37卷 39-44页

作者：井野吕林蔚宋阳张春秋天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384

本研究的目的是利用abaqus二次开发环境,将基于应变能密度准则的骨自优化理论,编写成骨重建仿真算法。可以提取仿真模拟的密度分布数据作为场变量以云纹图的形式显示出来。通过计算骨组织密度的变化趋势分析骨重建过程。建立二维悬臂梁... 详细信息

本研究的目的是利用abaqus二次开发环境,将基于应变能密度准则的骨自优化理论,编写成骨重建仿真算法。可以提取仿真模拟的密度分布数据作为场变量以云纹图的形式显示出来。通过计算骨组织密度的变化趋势分析骨重建过程。建立二维悬臂梁模型,进行200步迭代计算。结果显示密度分布呈现出桁架结构,验证了基于abaqus二次开发环境的骨重建算法的正确性。进一步建立股骨近端模型,模拟其正常站立的受力情况。根据有限元分析得到的骨密度分布可以反映出股骨内部骨组织的主要结构特征。本研究基于Python语法设计骨重建迭代算法,可以方便提取并输出密度及其他力学参数作为场变量。

关键词： abaqus二次开发骨重建算法自优化理论股骨近端

abaqus二次开发在三元乙丙橡胶/聚丙烯热塑性弹性体二维细观模型中的应用

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橡胶工业 2015年第6期62卷 340-342页

作者：苏江杨海波宋建欣郝英哲张立群北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室北京100029

针对采用手工方法建立三元乙丙橡胶(EPDM)/聚丙烯(PP)热塑性弹性体有限元模型工作效率极低的问题,采用Python语言对abaqus GUI进行二次开发,建立模型相关界面。结果表明:通过界面输入相关模型参数可快速建立满足不同仿真分析要求的有限... 详细信息

针对采用手工方法建立三元乙丙橡胶(EPDM)/聚丙烯(PP)热塑性弹性体有限元模型工作效率极低的问题,采用Python语言对abaqus GUI进行二次开发,建立模型相关界面。结果表明:通过界面输入相关模型参数可快速建立满足不同仿真分析要求的有限元模型,极大地简化了模型建立工作。蒙特卡洛方法可以建立具有不同特点EPDM/PP细观尺度有限元模型。

关键词： abaqus二次开发三元乙丙橡胶聚丙烯细观模型

基于abaqus二次开发的RC框架结构屈服机制

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土木工程与管理学报 2016年第5期33卷 1-5页

作者：罗维刚陶昱儒宋一容兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050

为了研究水平荷载作用下钢筋混凝土现浇楼板对框架结构屈服机制的影响,首先验证了适用于abaqus非线性纤维梁单元用户材料子程序的准确性,在此基础上,建立带有楼板及其钢筋的框架模型和空框架模型,分析结构变形方式、各榀框架节点梁柱内... 详细信息

为了研究水平荷载作用下钢筋混凝土现浇楼板对框架结构屈服机制的影响,首先验证了适用于abaqus非线性纤维梁单元用户材料子程序的准确性,在此基础上,建立带有楼板及其钢筋的框架模型和空框架模型,分析结构变形方式、各榀框架节点梁柱内力分配以及节点受拉区板筋的参与工作范围。研究表明,现浇楼板影响空间框架结构"强柱弱梁"屈服机制的实现;框架节点受拉区板筋内力和参与工作范围随着框架侧移的增加而增大;梁端受拉区的有效翼缘宽度取梁侧6倍板厚并不全面,应结合不同侧移和设防烈度进行全面分析。

关键词：框架结构屈服机制 abaqus二次开发有效翼缘宽度

基于abaqus二次开发的（准）脆性断裂相场法数值模拟研究

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基于ABAQUS二次开发的（准）脆性断裂相场法数值模拟研究

作者：叶海陇太原理工大学

学位级别：硕士

材料裂纹扩展规律的研究具有重大的理论意义和巨大的工程应用价值,一是能够用于评价结构稳定性,防止灾难性事故发生;二是能够指导设计工程压裂技术方案,对裂缝形态进行预测,优化工艺参数,实现煤矿顶板定向压裂垮落和石油、煤层气、页岩... 详细信息

材料裂纹扩展规律的研究具有重大的理论意义和巨大的工程应用价值,一是能够用于评价结构稳定性,防止灾难性事故发生;二是能够指导设计工程压裂技术方案,对裂缝形态进行预测,优化工艺参数,实现煤矿顶板定向压裂垮落和石油、煤层气、页岩气等矿产资源的高效产出。abaqus是主流有限元商业软件之一,其用户界面友好,单元类型丰富,特别是擅长于模拟固体材料的非线性破坏,但其内置的断裂分析模块主要为黏聚型单元和扩展有限元,虽然可以模拟少数裂纹的偏转,但难以模拟裂纹的分叉、交融等复杂裂缝形态。相场法是近年来兴起的一种新型断裂模拟方法,实现了裂纹的萌生、扩展、分叉、融合,在模拟复杂裂纹形态上展现出巨大优势。目前,abaqus尚缺少相场法分析模块,而一些实现了相场法的开源有限元程序又由于操作不便,难以使用和推广,因此本文致力于断裂数值计算软件创新开发,结合abaqus基础和相场法模型特征,二次开发搭建一种操作简单、便捷使用的(准)脆性相场法框架,其集成多种断裂模式,同时适用于脆性和准脆性断裂数值模拟计算,深入研究脆性、准脆性材料和工程结构内部发生断裂损伤及破坏失效过程中复杂断裂裂纹扩展规律。本论文主要完成的工作及结论如下:(1)基于abaqus平台并结合相场法模型特征进行了二次开发,使用内置用户自定义材料模块(UMAT)和外部Fortran语言编写的HETVAl文件,根据断裂问题复杂程度以及收敛条件要求选择有限元算法程序内部解决方案,通过构建的热传递-相场断裂类比方程,让UMAT和HETVAl两部分在算法程序内部实现关联、交互计算,成功搭建了(准)脆性相场法框架。(2)使用abaqus二次开发的(准)脆性相场法框架开展了脆性断裂相场法数值模拟研究,初步展示了该框架能够捕获复杂断裂裂纹扩展效果,并得出以下结论:1)在单边缺口平板拉伸、单边缺口平板剪切模型脆性断裂数值模拟计算中,其捕获的断裂裂纹形态、内部力-位移响应曲线数据与文献模拟结果基本一致,验证了(准)脆性相场法框架开展脆性断裂数值模拟计算的稳健性。2)在相同含量非均质复合材料分界面上,断裂裂纹发生了分支现象,其大部分载荷由上部硬质材料承受,且上、下部分材料属性差异超过十倍后,断裂裂纹会出现第二次分支,发生穿层断裂;在不同含量非均质复合材料内部,断裂裂纹绕过硬质材料边界进行曲折扩展,且当硬质材料含量从10%增大到20%、30%,复合材料抵抗断裂破坏的能力不断增强。3)在单孔洞缺陷材料内部,裂纹在新位置处再次成核、扩展,其承载力与位移响应曲线呈现二次加卸载特征,第一次、第二次承受最大载荷分别为518N、128N;多孔缺陷不同水平距离分布、不同排列形式分布、不同垂直距离分布下,在一定范围内对断裂裂纹扩展具有导向作用;在随机多孔缺陷下,断裂裂纹成核、扩展机理比较复杂,可以同时在内部产生多条断裂裂纹实现交叉融合。4)在单级裂纹平板动态损伤演化过程中发生了裂纹动态分支,内部动能曲线呈上升趋势,最大动能达8.5J,而弹性应变能曲线却呈现出前期波动上升、后期下降的趋势,最小弹性应变能为3.8J;不同夹角交叉裂纹的动态分支能力有所不同,夹角为30°、45°、60°时,裂纹分支依次增多,60°交叉裂纹多达7次分支,而之后开始减少,90°交叉裂纹仅3次分支。(3)使用abaqus二次开发的(准)脆性相场法框架开展了准脆性断裂相场法数值模拟研究,展示了准脆性断裂过程中复杂断裂裂纹扩展效果,并得出了以下结论:1)在简支梁受三点弯曲载荷准脆性断裂数值模拟计算中,其捕获的相场裂纹形态、内部力-位移响应曲线数据与文献模拟结果基本吻合,验证了(准)脆性相场法框架实施准脆性断裂数值模拟计算的稳定性。2)(准)脆性相场法框架能够捕获岩石类准脆性材料内部Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹、混合加载模式下的Ⅰ/Ⅱ型复合裂纹扩展形态以及不同等级煤质煤岩在断裂过程中特有的载荷-位移软化响应曲线。同时发现随着煤阶的升高,所能承受最大载荷也增大,其软化响应曲线非线性程度逐渐降低;在尺寸效应研究中发现,所能承受最大载荷均随着尺寸增大而增大,但是增大幅度却开始减小,其中弱粘煤承受最大载荷从947N增大到1506N、1824N,增大幅度由59%减小为21%;肥煤从1197N增大到1712N、2345N,增大幅度由43%减小为37%;贫煤从1512N增大到2502N、3300N,增大幅度由65%减小为32%;3)(准)脆性相场法框架适用于简单二维模型和复杂三维模型准脆性断裂分析,捕获到了混凝土在混合加载模式下的Ⅰ/Ⅱ型复合裂纹的扩展行为以及特有的软化响应曲线;4)(准)脆性相场法框架适用于后期预测工程岩体断裂危害分析。在库水溢流作用下,当尾矿库坝体断裂裂纹由一条增加到两条、三条,坝体内部所能承受载荷由20544kN减小到19664kN、18391kN,可见断裂裂纹增多会降

关键词：裂纹扩展相场法 abaqus二次开发 (准)脆性相场法框架准脆性断裂载荷-位移软化响应曲线

基于abaqus二次开发的多管火箭炮参数化建模与仿真研究

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基于ABAQUS二次开发的多管火箭炮参数化建模与仿真研究

作者：陈学义南京理工大学

学位级别：硕士

多管火箭武器在现代战争中被赋予越来越重要的使命,针对于多种类型多管火箭炮的研究始终如火如茶的进行着。虚拟样机技术的快速发展有效的缩短了火箭炮研发周期,降低了试验成本,然而,研发过程中常用的有限元仿真分析软件操作过程复杂,... 详细信息

多管火箭武器在现代战争中被赋予越来越重要的使命,针对于多种类型多管火箭炮的研究始终如火如茶的进行着。虚拟样机技术的快速发展有效的缩短了火箭炮研发周期,降低了试验成本,然而,研发过程中常用的有限元仿真分析软件操作过程复杂,对设计人员的技术要求非常高。针对上述问题,本文基于有限元软件abaqus及其二次开发技术,以某多管火箭炮为依托,编制弹管耦合发射模型和整炮系统发射模型的参数化建模、模态分析和动力学分析插件,实现两种模型的快速参数化建模、模态验证和动力学仿真分析。论文工作分如下几个方面开展：(1)深入研究abaqus内核python语言以及二次开发实现的最佳途径和方法,为后续参数化建模及仿真分析奠定基础。(2)建立弹管耦合模型和整炮模型的abaqus参数化建模和模态提取插件,通过参数输入实现两种模型的快速建模和模态提取;同时将提取的模态结果与试验数据对比,验证两种模型的正确性和可用性。(3)以所建的弹管耦合模型为基础,建立弹管耦合模型的动力学仿真分析参数化插件,用最低的计算代价(相比整炮模型)分析不同弹管间隙对弹管耦合模型火箭炮射击精度的影响,数据结果为整炮模型仿真分析提供参考。(4)在整炮发射系统模型基础上,建立整炮模型动力学仿真分析参数化插件,讨论不同的发射俯仰角度、耳轴长度情况下,火箭炮的动态响应以及对射击精度的影响情况。本文的研究工作和方法可以有效的降低设计人员的劳动强度,提高效率,分析结果对多管火箭炮的设计及研发工作具有一定的指导作用,并为同类武器系统的创新研究提供了新的思路和方法。

关键词：多管火箭炮发射动力学 abaqus二次开发 Python 弹管间隙

基于abaqus二次开发的随机有限元法在基坑可靠度计算中的应用

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基于ABAQUS二次开发的随机有限元法在基坑可靠度计算中的应用

作者：单逊浙江理工大学

学位级别：硕士

随着城市发展和地下空间的开发利用,越来越多的复杂深基坑工程日益呈现。排桩内支撑支护结构作为一种常见的基坑支护形式,在设计时对其稳定性和变形的控制要求较高,传统的基坑支护结构均采用定值的设计方法并没有充分考虑材料参数的变异... 详细信息

随着城市发展和地下空间的开发利用,越来越多的复杂深基坑工程日益呈现。排桩内支撑支护结构作为一种常见的基坑支护形式,在设计时对其稳定性和变形的控制要求较高,传统的基坑支护结构均采用定值的设计方法并没有充分考虑材料参数的变异性,因此采用可靠度计算的方法来评估支护结构的稳定性和变形是否满足设计要求更具科学性且更符合实际工程。本文首先解读了可靠度理论方法并介绍了其在基坑工程中的应用,而后在Monte Carlo随机有限元法的基础上,通过Python程序设计语言对abaqus/CAE有限元模拟软件进行了前后处理层次上的二次开发,最终实现了对排桩内支撑支护结构进行抗倾覆稳定性可靠度计算和变形可靠度计算的目的。为了验证该方法的有效性,结合某工程案例将基坑工程中离散程度较大的土体重度、内摩擦角和粘聚力三个变量作为随机变量对该支护结构进行了可靠度计算,最后利用该方法研究分析了支护结构几何尺寸、开挖区内降水深度、内支撑架设位置的改变对可靠指标的影响。主要开展工作如下:(1)从可靠度理论出发介绍了可靠度的概念和可靠度评价指标、常用的可靠度计算方法、随机变量的分布类型和数字特征等。归纳了可靠性分析理论以及有限元方法在基坑工程中的应用和研究现状,总结了当前研究存在的不足,提出了本文的研究内容。(2)在Monte Carlo随机有限元法的基础上对abaqus/CAE有限元模拟软件进行二次开发,实现对随机变量进行随机抽样并将样本值带入CAE模型进行循环计算的功能,最后通过ODB文件提取计算结果,利用算法得到相应的结果样本,对结果样本进行统计分析根据近似概率法计算得出支护结构的抗倾覆稳定性可靠度和位移可靠度。结果证明,二次开发技术不仅可以实现基坑工程变形可靠度的计算,同样也能实现支护结构稳定性可靠度计算。(3)在控制其他参数不变的情况下单独改变支护结构的桩径、嵌固深度以及内支撑的架设位置来研究支护结构的几何尺寸改变对可靠指标的影响。利用abaqus提供的流体渗透/应力耦合分析类型来研究开挖区内降水深度变化对可靠指标的影响。结果表明,支护桩直径增加、内支撑架设位置下移、开挖区降水深度增加对位移可靠度的提升效果显著;内支撑位置上移、支撑水平间距减小、开挖区降水深度增加对抗倾覆稳定性可靠度的提升较为明显。本文所得成果可为基坑支护结构的设计和优化提供参考。

关键词： Monte Carlo随机有限元 abaqus二次开发基坑排桩+内支撑支护结构可靠度分析