Прошу помочь в освоении Abaqus

[Jakut 2]

Здравствуйте.

 

Вынужденно (но думаю, с пользой для саморазвития) перемещаюсь из раздела SW Simulation сюда. До недавнего времени я совсем не имел дело с расчетами на прочность (иногда считал только охлаждение для электронных приборов в Solidworks Flowsim). Теперь понадобилось для будущих учебных и рабочих надобностей освоить и прочностные расчеты. Начал с Solidworks Simulation, запостил пару топиков по учебным задачкам здесь на форуме, с чем-то разобрался, с чем-то нет, но пришел к тому, что для конечных целей его не хватит - нужны будут элементы механики разрушения, поэтому обратился к Abaqus'у.

У меня есть пример решенной в абакусе задачи, формулировка которой описана расплывчато, но есть конечный результат. Ее хотелось бы повторить, а затем на ее основе решить уже свою. Чтобы не просто клянчить у здешнх гуру готовые решения, а приложить собственные усилия и действительно осознанно решить задачу, я разбил ее на несколько этапов. Буду их последовательно пытаться решать и выкладывать здесь и прошу специалистов комментировать и по возможности отвечать на вопросы, которые у меня будут возникать по ходу.

 

Несколько "родных" и сторонних простых туториалов я прошел. Документацию по программе читаю, но поскольку она очень обширная, то разумеется еще не все успел.

 

Итак, вот и задача, а точнее ее 1 этап (следующие этапы в процессе решения, но их буду постить здесь же позже, чтобы не нагромождать вопросы параллельно; будут добавлены другие тела и соответствующие взаимодействия):

 

Индентор давит на срез цилиндрического тела (волокно композита). Характеристики материала известны. На этом этапе по большому счету никакие численные значения не нужны, главное получить правдоподобную картину деформации и распределения напряжений.

 

Некоторые подробности о модели под спойлером:

 

- система единиц мкм-Н-ТПа (терапаскаль =), если я правильно перевел, но вроде результат похож на правду), остальные нам не важны

- индентор задан как "discrete rigid body" с "reference point" на оси вращения; к этой точке применено граничное условие в виде перемещения по оси 2 на -1 мкм и нулевыми по двум другим осям. Индентор сформирован твердотельным цилиндром, затем преобразованным в поверхность (это сделано по требованию программы, видимо, по-другому никак; если я не прав, прошу поправить)

- основное тело - в сечении сектор окружности (60 градусов ); применен трансверсально-изотропный материал, ориентированный вдоль вертикальной оси.

- Размер целого цилиндра 5x150 мкм, т.е. радиус сектора 2,5 мкм.

- на нижней плоскости boundary сondition: нули по осевым перемещениям (U1 ... U3).

- к сектору применено взаимодействие cyclic symmetry, в котором обе грани сектора определены как совокупность узлов (как я понял из справки, в случае совпадения узлов сетки на обеих сторонах сектора так правильнее, чтобы при замыкании окружности совпадающие узлы просто слились. Но все равно выскакивают предупреждения - см. ниже)

- между индентором и верхней гранью тела применено взаимодействие surface-to-surface, finite sliding, со свойством normal behavior ("hard" contact, constrain enforcement method default, allow separation after contact)

- сетка на теле: в углу - C3D6, далее - C3D8.

 

Картинки:

 

Общий вид контакта:

 

С сеткой:

 

Сетка крупнее:

 

Вид модели целиком, для общего представления о пропорциях

 

Модель достаточно успешно посчиталась, но есть некоторые вопросы, на которые прошу специалистов ответить:

 

1) как говорилось выше, по-видимому применительно к циклическому осесимметричному условию взаимодействия, в самом начале расчета высвечивается такая группа предупреждений, как я понимаю, относящихся именно к осевой симметрии (под спойлером):

 

337 nodes are common between the tied pair. no constraint is formed for these nodes. The nodes have been identified in node set WarnNodeCommonTiedPair.

//это оказались узлы, лежащие на оси симметрии - т.е. на углу сектора

 

Not all the nodes that do not find intersection with the master surface are printed. However all of these nodes have been included in a node set.

 

Slave surface assembly_centr_fiber_right_nodes_cns_ is a node-based surface used with surface to surface approach. In order to obtain improved stress accuracy with this approach, an element-based surface should be used instead.

 

For *tie pair (assembly_centr_fiber_right_nodes_cns_-assembly_centr_fib_left_nodes_cns_), adjusted nodes with very small adjustments were not printed. Specify *preprint,model=yes for complete printout.

 

31 nodes are slave nodes in a *TIE option. These nodes and their associated *TIE master nodes are also part of a slave surface involved in a contact interaction. Overconstraints will occur if these nodes are in contact in the same time. The contact constraints are not enforced at these nodes.The nodes have been identified in node set WarnNodeOverconTieContact.

 

Настройки симметрии:

 

 

Что с этим можно сделать? Насколько это критично для расчета? Не пойму по этим сообщениям, срабатывает ли слияние узлов на мастере и слейве между крайними секторами (первым и шестым). Если не совпадает, от чего может не хватать из настроек модели? Прилагаю картинку с настройками осевой симметрии, там же в спойлере чуть выше.

 

2) К граничному условию на нижней грани тела выдается такое:

 

Первоначально, когда закреплял нижнюю грань по всем 6 степеням свободы:

 

Boundary conditions are specified on inactive dof of 781 nodes. The nodes have been identified in node set WarnNodeBCInactiveDof.

//это были все-все узлы нижней грани.

 

После отмены фиксации по степеням UR (соответственно остались только линейные перемещения U) количество таких узлов уменьшилось:

 

Boundary conditions are specified on inactive dof of 30 nodes. The nodes have been identified in node set WarnNodeBCInactiveDof.

//это узлы, лежащие на кромке, совпадающей с осью Х

 

Если я понимаю правильно, задано избыточное закрепление. Наверное, это не влияет на результат, но может неоправданно подъедает ресурсы, но как тогда минимизировать закрепление циклически симметричного элемента?

 

3) О формулировке взаимодействия индентора и тела. Параметры interaction property указаны выше, я их не менял. Но попробовал варьировать некоторыми настройками в самом взаимодействии: режим node-to-surface, затем surface-to-surface с finite slide и small slide, затем finite slide со всеми вариантами настройки slave adjustment. В основном, результаты близки, кроме варианта adjust only to remove overclosures, когда максимум напряжений скакнул. См. картинки под спойлером:

 

node-to-surface

 

surface-to-surface, small slide

 

surface-to-surface, finite slide, adjustment отключен

 

surface-to-surface, finite slide, adjustment to remove overclosures only

 

surface-to-surface, finite slide, adjustment zone=1 (значение взял от балды, не совсем пока понимаю как отсчитывается зона)

 

surface-to-surface, finite slide, с указанием сета - видимо, неправильно понял суть определения этой зоны, т.к. ничего не получилось

 

surface-to-surface, finite slide, в каждом из трех вариантов adjustment'а при ОТКЛЮЧЕНИИ опции tie, картинка получается абсолютно одинаковой, и совпадающей с тем, что получается совсем без adjustment:

 

Вот как был задан set для соответствующей формулировки adjustment'a:

 

 

Отсюда вопрос: какая формулировка взаимодействия наиболее корректна для задачи? Правильно ли задано interaction property? Какие опции использовать в самих настройках взаимодействия? Я склоняюсь к тому, что surf-to-surf с finite slide это наиболее точная формулировка (это мой вывод из документации), а вот насчет adjustmnet не совсем понятно, по каким принципам подбирать размерность зоны (интуитивно мне кажется, этот вариант adjustment'a дал хороший результат)

PS И подскажите пожалуйста, как точно перевести overclosure - в словарях не найти =)

 

4) правильно ли я понял, что твердые тела не разбиваются на секторы для формулировки осевой симметрии? Сначала я делал индентор таким же сектором в 60 град., но система ругнулась, что нельзя задавать одновременно в cyclic symmetry поверхности деформируемых и твердых тел, а потом выяснилось, что в модели одновременно более одной симметричности, как я понял, тоже не задать. Или я что-то не так сделал? PS Думаю, системе не так существенно с точки зрения трудоемкости, порезано ли недеформируемое тело на меньшие куски, но хотелось бы знать для общего развития.

 

5) Просто по картинке, каково мнение бывалых о качестве сетки? Стоит ли мельчить в зоне контакта дальше, либо еще более прорежать в нижней части образца? 

 

Спасибо за внимание. Буду благодарен за любые ценные советы.

[Alexejswt 32]

5) Просто по картинке, каково мнение бывалых о качестве сетки? Стоит ли мельчить в зоне контакта дальше, либо еще более прорежать в нижней части образца? 

 

Посмотрите верификационные отчеты http://www.stadyo.ru/download/verification/abaqus/на сколько я помню, там разбирались примеры с влиянием размера сетки на результат. А так для себя попробуйте измельчить сетку посмотрите на сколько измениться результат  , и устаивает или вас такое расхождение! на сколько мне известно, (хотя могу ошибаться) , если при изменении размера сетки результаты разняться менее чем 5% , то рекомендуют больше сетку не мельчить!

 

 

 

For *tie pair (assembly_centr_fiber_right_nodes_cns_-assembly_centr_fib_left_nodes_cns_), adjusted nodes with very small adjustments were not printed. Specify *preprint,model=yes for complete printout.

Это лечиться указыванием в окне JOB-General , когда создаете задание на печать, Preprocesor Printout - укажите все галочки . Это для выписывания в файл всех данных если кратко.

 

 

 

31 nodes are slave nodes in a *TIE option. These nodes and their associated *TIE master nodes are also part of a slave surface involved in a contact interaction. Overconstraints will occur if these nodes are in contact in the same time. The contact constraints are not enforced at these nodes.The nodes have been identified in node set WarnNodeOverconTieContact.

Это скорее всего одни и теже точки( где нибудь на ребре) входят одновременно в два взаимодействия поверхностей Tie. смотрите в пост процессоре где находяться данные точки , а потом в препроцессоре, в одном из назначенных контактов изменятете значение поверхности с masters на slave или наоборот. 

 

 

 

Slave surface assembly_centr_fiber_right_nodes_cns_ is a node-based surface used with surface to surface approach. In order to obtain improved stress accuracy with this approach, an element-based surface should be used instead.

 

Здесь он вам предлагает сменить метод контакта! (Discretization metod) , для более точного результата.

 

 

 

Not all the nodes that do not find intersection with the master surface are printed. However all of these nodes have been included in a node set.

Это к предыдущему о печати в файл! 

 

cyclic symmetry я думаю, мое личное мнение, что оно здесь совсем не нужно задайте граничные условия правильно и все!

 

 

 

Если я понимаю правильно, задано избыточное закрепление. Наверное, это не влияет на результат, но может неоправданно подъедает ресурсы, но как тогда минимизировать закрепление циклически симметричного элемента?

 

Вы правы.

 

На счет interactions? читайте манула есть еще лекции pdf в сети где кратко сформулированны основные аспекты!

[Jakut 2]

Alexejswt, спасибо за ответ! Прошу прощения, что поздно, на самом деле сообщение прочитал раньше, но не было времени ответить. посидел пару вечеров с задачей, попробовал учесть ваши подсказки, а также кое-что и само на свежую голову дошло - иногда простейшие вещи с первого раза вызывают недоумение, а потом оказывается что все было просто. Но, все-таки, если можно, по поводу взаимодействия в контакте индентора и волокна - надо ли использовать adjustment и задавать "tie"?

 

 

В общем, сейчас урывками пытаюсь решить следующий этап - требуется добавить когезионную связь между волокном и окружением, и снять в процессе продавливания волокна график прикладываемого усилия.

 

Пока что я оставляю в стороне большую модель и моделирую необходимое взаимодействие на упрощенной - общая длина образца уменьшена со 150 мкм до 20, волокно снизу не ограничено, т.е. индентор его не вжимает, как надо в конечном итоге, а проталкивает насквозь, а сетка на волокне пореже, т.к. его собственные деформации в месте вдавливания сейчас не интересуют. Для того, чтобы разобраться с когезионным поведением и процессом получения значений силы это, имхо, должно быть вполне допустимое упрощение, зато считается гораздо быстрее. В принципе, модель ведет себя вполне правдоподобно, но хотелось бы уточнить некоторые моменты.

 

Картинка модели: 

 

 

 

 

 

Итак, в условиях задачи, которую я пытаюсь повторить, сказано, что используется критерий qudratic stress criterion, нормальное и касательное напряжение в контакте принимается равным между собой; также указана interface fracture toughness для процесса развития разрушения связи между волокном и оболочкой Г=20 Дж/кв.м (в описании используется именно буква греческого алфавита, как я понимаю иногда обозначается также G, поправьте если не прав). После разрушения между волокном и оболочкой действует кулоново трение с коэф. 0,2. Более никаких явных числовых параметров взаимодействия не указано. Сразу скажу, что механика разрушения у нас в вузе почему-то прошла мимо нас, хотя может быть проектировщикам она и не дается в нормальном объеме, не знаю, но я немного об этом почитал в литературе и в документации абакуса. Так вот, если я правильно понял документацию и описание задачи, то я делаю следующее:

 

1) создаю interaction property, в нем три элемента - cohesive behavior, damage и tangential behavior. Для них настройки такие (под спойлером):

 

 

значение напряжений в ТПа, вязкость разрушения (если ничего не напутал) - в мкДж/кв.мкм или Н/мкм. Все галочки оставлены по умолчанию.

 

 

 

 

 

 

Вопрос в следующем - правильно ли введены предоставленные в описании задачи данные, корректно ли создано когезионное поведение? В особенности, интересует, правильно ли я понял, что под энергетическим параметром в разделе damage/evolution подразумевается удельная характеристика вязкости разрушения?

 

2) далее между поверхностями волокна и оболочки создаю взаимодействие со следующими параметрами:

 

 

 

на остальных вкладках, кроме adjustment, все значения по умолчанию

 

 

Вопрос: правильно ли я задал small sliding, поскольку величина сдвига между поверхностями является существенной и непренебрежимой для результата? Что все-таки делать с adjustment'ом - как я понимаю он более точно сопрягает поверхности, которые подвергаются искривлениям, но при этом их кривизна должна между собой совпадать - это так? Тогда, поскольку волокно вначале немного сжимается, оно как бы распухает, следовательно, следом за ним растягивается соответствующая поверхность оболочки, тогда получается что adjustment не помешает. поправьте, если я не прав.

 

3) Как снять показания силы давления индентора на волокно я совсем не понимаю. Мне казалось, что это должна быть сила реакции, которую можно по идее снять в любой точке индентора как абсолютно жесткого тела. Но ни в какой из точек в history output значение силы RF не выводится. Точнее, выводится прямая, равная нулю на всем протяжении времени. Нашел суммарную силу от давления и трения в контакте (CTF1, CTF2, CTF3, CTFM) - она снимается нормально, график симпатичный и правдоподобный, но ведь сила, приложенная индентором также включает силы, затрачиваемые на упругие деформации и т.п., значит ее недостаточно. Поэтому прошу подсказать, какую переменную и в какой точке снимать - сам здесь совершенно не справляюсь.

 

Спасибо. Буду благодарен Alexejswt за продолжение дискуссии, но также если у других участников найдется время и желание добавить что-то от себя - также буду рад.

[Alexejswt 32]

Но, все-таки, если можно, по поводу взаимодействия в контакте индентора и волокна - надо ли использовать adjustment и задавать "tie"?

Tie - это жесткая связь, если она вам нужна то задавайте. 

Adjustment - Я так и не понял на счет контактка вашего! Если вы хотите создать жесткий контакт(Tie), то задавайте его Create Constraint, если вам нужен контакт поверхности с поверностью ,не связанных друг с другом, то задавайте его в Creat Interaction. На счет использования adjustment в Creat Interaction - Если вам нужно подгонять только проникающие узлы используйте Adjust

only to remove overclosure, если у вас есть какие либо неточности позиционирования? проникновения зазоры, то назначте требуемый Specific tolerance for adjustment zone (только учтите, что будут перемещены узлы сетки при настройке контакта, что может привести к деформированию самой сетки). Tie в  Creat Interaction нет необходимости использовать (прочтите мануал там все описано довольно подробно)!

Вопрос в следующем - правильно ли введены предоставленные в описании задачи данные, корректно ли создано когезионное поведение? В особенности, интересует, правильно ли я понял, что под энергетическим параметром в разделе damage/evolution подразумевается удельная характеристика вязкости разрушения?

С этим я вам врятли помогу, могу сказать что вообще не занимался когезией(а разбираться что к чему там нет желания). На счет того, что коректно или нет, вам лучше прочесть мануал там приводяться и теоретические выкладки и данные для некоторых материалов и еденицы измерения следовательно. Был пример с клеевым соединением ( в Забавных и поучительных примерах), я думаю вам он должен помочь разобраться, так как задачи однотипные!

правильно ли я задал small sliding, поскольку величина сдвига между поверхностями является существенной и непренебрежимой для результата

В общем-то можно использовать и small и finite sliding. Просто при небольших перемещениях(когда это известно за ранее) small дает более быструю входимость. Критерием для выбора small , могу ошибаться, являетcя перемещение, которое д.б. < размера(ширины длинны) КЭ, в противном случае finite!

Как снять показания силы давления индентора на волокно я совсем не понимаю. Мне казалось, что это должна быть сила реакции, которую можно по идее снять в любой точке индентора как абсолютно жесткого тела.

 

Cоздаете set с RP -Идете в Field Output -Creat F-Output-2 - поле Domain выбираете требуемый set - дальше настраиваете с какой периодичностью надо выписывать результаты по нему - далее выбираете то , что вам нужно т.е. Reaction Force. В постпроцессоре уже строите графики по этому сэту (XYData -Field Output)

[Jakut 2]

Здравствуйте, Alexejswt!

Спасибо за ответ, правда немного поздновато - задача вроде бы решилась. Ответили бы вы немного раньше, это помогло бы ускорить процесс.

Но тем не менее, интересно сравнить с тем, к чему я пришел самостоятельно.

 

Tie - это жесткая связь, если она вам нужна то задавайте. 

Adjustment - Я так и не понял на счет контактка вашего! Если вы хотите создать жесткий контакт(Tie), то задавайте его Create Constraint, если вам нужен контакт поверхности с поверностью ,не связанных друг с другом, то задавайте его в Creat Interaction. На счет использования adjustment в Creat Interaction - Если вам нужно подгонять только проникающие узлы используйте Adjust

only to remove overclosure, если у вас есть какие либо неточности позиционирования? проникновения зазоры, то назначте требуемый Specific tolerance for adjustment zone (только учтите, что будут перемещены узлы сетки при настройке контакта, что может привести к деформированию самой сетки). Tie в  Creat Interaction нет необходимости использовать (прочтите мануал там все описано довольно подробно)!

 

про tie, adjustment, constraint, interaction я, думаю, понял все достаточно полно из документации.. Проблема была в недостатке опыта в механических расчетах вообще, не только в Abaqus, я просто не до конца разобрался в терминологии. При втором-третьем прочтении, с учетом нескольких прогонов задачи в разных вариациях, все становится в разы яснее

 

С этим я вам врятли помогу, могу сказать что вообще не занимался когезией(а разбираться что к чему там нет желания). На счет того, что коректно или нет, вам лучше прочесть мануал там приводяться и теоретические выкладки и данные для некоторых материалов и еденицы измерения следовательно. Был пример с клеевым соединением ( в Забавных и поучительных примерах), я думаю вам он должен помочь разобраться, так как задачи однотипные!

 

понял вас, обязательно еще раз посмотрю ту ветку (я ее пролистывал "по диагонали", но пример по когезии не видел)

upd: если ничего не пропустил, то пример с клеевым соединением удалили из файлохранилища :(

 

В общем-то можно использовать и small и finite sliding. Просто при небольших перемещениях(когда это известно за ранее) small дает более быструю входимость. Критерием для выбора small , могу ошибаться, являетcя перемещение, которое д.б. < размера(ширины длинны) КЭ, в противном случае finite!

 

по выбору small/finite в теории все вроде ясно, но у меня в моей задаче возник некий когнитивный диссонанс. Даже если вы не работаете с когезионными свойствами, возможно суть вам все равно будет ясна и вы сможете разъяснить, либо кто-либо сведущий конкретно в этом вопросе поможет.

Дело в следующем: в когезионной связи между волокном и окружением задача решается нормально с парой установок Surface-to-surface/small sliding, похуже node-to-surf/small и совсем плохо - node-to-surf/finite. С finite задача даже не сходится, не то что просто медленнее. Но ведь волокно "запихивается" внутрь довольно значительно относительно размеров КЭ (перемещение индентора в конечном варианте задачи, со всеми деталями, 3 мкм при размерах КЭ около 0,25-0,5 мкм, почему же тогда small? Более того, пара установок surf-to-surf/finite даже противопоказана документацией для cohesive behavior. У меня для себя самого пока только одно объяснение возникает, что в момент потери когезионной связи контакт как бы перестает действовать, т.е. ему уже не важны величины взаимных перемещений узлов, а до этого "слипшиеся" участки вообще как бы являются связанными, что исключает взаимное перемещение как таковое (тогда small вроде действительно адекватнее). Так ли это? Или у меня все-таки ошибка в исходных установках, которая по счастливой случайности обеспечила лучшую сходимость?

 

 

 Cоздаете set с RP -Идете в Field Output -Creat F-Output-2 - поле Domain выбираете требуемый set - дальше настраиваете с какой периодичностью надо выписывать результаты по нему - далее выбираете то , что вам нужно т.е. Reaction Force. В постпроцессоре уже строите графики по этому сэту (XYData -Field Output)

 

вот я так и делал, в том числе с сетом с RP, но силы реакции везде в инденторе равны нулю. Но вроде бы разобрался, вспомнил элементарную физику  и снял показания суммарной силы (силы трения+силы давления) в контакте между индентором и волокном (я спрашивал о силе в когезионном соединении, почему-то о варианте индентор/волокно я тогда не подумал). Для контроля снял график суммы реакций RF во всех точках нижнего среза волокна, на которые вся система опирается и соответственно к которым применено BC, значения совпадают почти идеально.

 

В общем, выкладываю inp конечной задачи, возможно, для кого-нибудь она будет представлять интерес. Задача требует ок. 15-20 свободных Гб в RAM. Наверняка сетка не оптимальна, но мне было уже очень лень ее доводить, честно говоря, тк задача поднадоела и в принципе считалась нормально, поэтому я решил что от добра добра не ищут и оставил как есть, лишь бы уже наконец-то посчиталась.

 

Вот ее описание:

рассматриваем срез пучка волокон композита длиной 375 мкм. Пучок состоит из центрального волокна (трансверсально-изотропный материал), далее - равномерно вокруг него 6 волокон (такой же материал), пространство между которыми заполнено связующим веществом (полностью изотропный материал). В том числе сами волокна не касаются друг друга, между ними тонкий слой связующего. Далее толстый монолитный слой, имеющий усредненные характеристики композита (также как и отдельные волокна, трансверсально-изотропный, но с иными характеристиками). Центральное звено контактирует с матрицей через когезионное взаимодействие, все остальные элементы соединены жестко. Для уменьшения объема задачи рассматриваем сектор в 60 градусов. На центральное волокно давим индентором, проходящим равномерно 3 мкм за 3 с. Нижний срез пучка ограничен по dof 1..3

 

PIT_main_model_full.zip

 

Картинки:

 

 

 

Изменено 14 августа 2015 пользователем Jakut