T节点钢管混凝土abaqus建模教程.doc

T型圆钢管节点abaqus图文建模教程
一．分析前准备：

注：1.长度单位m，时间单位s，力单位N。
2.该软件建模过程中最常用工具为菜单栏Viewpoint下的按钮，即转换视角。
3.点击鼠标中键和回车键表示确定，可代替手动点击Done，使操作更便捷。
4.该教程中未提到的操作均按系统默认操作，如命名规则。初学者后期熟练后可根据自己喜好和习惯更改。
点击Abaqus CAE，运行软件；点击Save Model Database ，将新建数据库保存在指定文件夹中；关闭程序；在指定文件夹中打开新建的.cae程序。
分析前准备的目的是将静力，热学，热力耦合输出文件保存在指定文件夹中，不一定保存在系统指定的temp文件夹中。
二．静力分析步骤：
1.Part（建立块）：Module默认为Part模块。
1）建立主管chord。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为chord，Approximate size取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，建立主管截面:一.绘出外径圆。依次输入坐标（0,0）、（0.0795,0）；二.绘出内径圆。内圆半径由外圆半径减去主管厚度得到，依次输入坐标（0,0），（0.075,0）截面即建立完成。最后点击Done，弹出长度编辑窗口，在Depth中输入主管长度1.68m即可，主管建立完成。
2）建立支管brace。方法参照主管。
3）建立主管端板end1-con。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为end1-con，Approximate size取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，依次输入坐标（0，0）、（0.075，0），点击鼠标中键，弹出编辑框，在Depth中输入0.02，表示端板厚度为20mm。
4）建立支管端板end2-bra。方法参照end1-con。
5）建立耳板erban。点击（Create Part），弹出部件创建框，Name改为end1-con，Approximate size取1（表示绘图范围大小为1m×1m），其他默认，点击Continue，显示绘图区域，点击左侧工具栏中的，依次输入坐标（0，0）、（0.155，0.159），点击左侧工具栏中的，鼠标点取矩形左下角和右上角画出半圆点击左侧工具栏中的，鼠标点取矩形左边中点，输入坐标（0.02，0.0795）点击左侧工具栏中的选中矩形左边，删除左边，双击鼠标中建，输入0.015
2.Assembly（组装）：在Module下拉框中选择Assembly模块。
1）点击，按图1界面操作，点击OK。

图1
2） 取主管，端板中点，便于节点的拼接。长按，在横向展开条中选择，就可以进行中点选取操作。
3）通过翻转、平移操作将节点拼装完成，如图2：

4）点击part名称默认part-1，点击continue选择主管和支管
5）在Module下拉框中选择Part模块。
在Part下拉框中选择part-1，长按，在横向展开条中选择（以延伸面切割），点击主管内表面，点击Done，将主管内支管部分切开，再点击，将多余部分移除，如图3：

6）选择assembly，依次添加进去end1-con（两次），通过翻转，平移

7）点击part名称默认part-2，点击continue上图部分，merge成part2
8）点击依次添加进去erban（四次）concrete，end2-con，通过翻转，平移

2.Property(赋予节点材料属性):在Module下拉框中选择Property模块。
1）点击，建立钢材料steel，定义Elastic， Plastic，2个属性，。点击，建立钢材料concrete，定义Elastic ，concrete damaged plasticity2个属性。
2）点击，定义截面，默认往下点。分别建立section-1（steel），section-2（concrete）
3）点击，将section-1（steel）赋予part2和erban，将section-2（concrete）赋予concrete
以上材料属性定义完成。

3.Mesh(划分网格)：在Module下拉框中选择Mesh模块。
图4
1）建立六个参考平面，用于切割主管和支管。菜单栏上依次选择Tools-Datum-Plane-3points，建立3个参考平面将主管和支管沿轴向切割；选择Offset from plane 建立三个参考平面将主管与支管沿横截面截断，位移值取默认0.2m。参考平面图如图5：

图5
长按，在横向展开条中选择，用参考点平面切割主管和支管，切割后图如图6所示：

图6
接下来长按选择，分别用主管和支管的外表面延伸面切割结构，如下图7：

图7
最后一步就是用支管和支管内表面延伸面切割。点击窗口上侧中间的按钮，部分隐藏单元，将主管和支管部分外表面隐藏，然后点击，选择内表面切割。如图8：

图8
注意：用支管内外表面切割时，要隐藏主管下部分，避免主管被支管延伸面切割，这样后期布种划分网格时单元能够划分得更加均匀。
点击，对节点布种，尺寸取0.02，指每隔20mm布种，其他值默认。如下图9：

图9
然后，点击，对交叉点周围部位加密布种，使计算更精确，布种尺寸取0.01，如图10所示：

图10
最后点击，划分网格，整体网格如图11：

图11
注意：如果划分网格出现错误，如有些单元无效，则因长按，在横向展开条中选择，将原网格擦出，再重新设置布种尺寸。
以上网格划分完成。
以同样的方式对erban和end2-bra ，concrete mesh
concrete混凝土：

end2-bra

erban

整体网格图：

4.Interaction:在Module下拉框中选择Interaction模块。
1）建立参考点。选择Tools-Datum-Point-Offset from point。选取主管左端板中点，坐标为（0.0，0.0，0.155），即沿z轴正方向偏移0.155m；选取主管右端板中点，坐标为（0.0，0.0，-0.155），即沿z轴负方向偏移0.155m；选取支管端板中点，坐标为（0.0，0.1，0.0），即沿y轴正方向偏移0.1m。
2）点击，建立参考点（Reference Point）,依次选择上步中所建的三个点，建立三个参考点RP-1，RP-2，RP-3。
3）点击，选择Coupling，建立点面耦合关系。对RP-1和主管左端板外平面来说，先点选RP-1，然后选择端板外表面，点按鼠标中键，在弹出窗口中点击OK，点面耦合即完成。
4）对于RP-2，先点选RP-2 ，然后选择其中的一个面，按住shift，再选择另外一个面，点按鼠标中键，在弹出窗口中点击OK，点面耦合即完成。

注：这里介绍一个选则平面的便捷方法：点选参考点后，点击命令Surface，点击黑色三角形，在下拉框中选择by angle，角度取0，然后点选左端板外表面即可。另外，当角度取90度时，可以选择整个T型钢管节点的外表面，这个后期将在热学分析中运用到。
5）菜单栏中选择Tools-Set-Create，弹出窗口中点击Continue，然后点选RP-1，建立点集Set-1，点集信息可在Tools-Set-Manager中看到。
6）菜单栏中选择Tools-surface-Create，依次建立12个面：suf-1-con-cho(混凝土外表面—与主管接触部分)，suf-2-cho-con（主管内表面-与混凝土外表面接触部分），suf-3-con-end1（混凝土端面—混凝土与端板1接触部分），suf-4-end1-con（端板1表面-与混凝土接触部分），suf-5-con-end2（混凝土端面—混凝土与端板2接触部分），suf-6-end2-con（端板2表面-与混凝土接触部分），suf-7-end1-er1（端板1表面-与erban1接触部分），suf-8-er1-end1（erban1表面-与端板1接触部分），suf-9-end2-er2（端板2表面-与erban2接触部分），suf-10-er2-end2（erban2表面-与端板2接触部分），suf-11-bra-end（支管表面-与支管端板接触部分），suf-12-end-bra，（支管端板表面-与支管接触部分）
7）点击，按如图所示创建

点击，按如图所示创建：

点击类型选择tie，参数设置如下：

点击按如图所示创建：

5.Step（建立分析步）：在Module下拉框中选择Step模块。
1)点击（Create Step），建立分析步Step-1，选择Static,General，点击Continue，弹出如图12所示Edit Step窗口：参数设置如下：

图12
如上图，Incrementation中参数如图13：

图13
点击OK，分析步Step-1建立完成。
2）建立y轴反力历史输出变量。菜单栏中选择Output-History Output Requests-Manager，弹出管理窗口，点击Edit，弹出编辑窗口，在Domain下拉框中选择Set，选择反力输出变量时依次点击黑色三角形，参数配置如下，点击OK。选择方式如图14：

图14
注：History Output和Field Output的区别是，后者是节点所有单元的位移、应力、反力等数据的集合，前者相当于是后者的子集，即前者的数据是由系统通过点集Set-1从后者中直接提取出来的。建立History Output的目的在于更便捷地直接获取想要的数据。
9.Load（施加边界条件及外力）：在Module下拉框中选择Load模块。
1）施加边界条件。首先主管左端板固接：点击，弹出创建框，名称默认，Step选择Initial，分析步类型选择Displacement/Rotation，点击Continue，点选模型上的参考点RP-2确认后弹出边界条件编辑框，设置如图15：

图15
上图表示表示6个位移量都为零，端板为固接，然后点击OK，左端板边界条件施加完成。建成后如图16：

图16
主管右端板边界条件为特殊的固接，即除了允许主管在z方向有位移外，其他5个位移都置零。其边界条件建立方法如上，唯一不同的是去掉U3前方框中的小勾，其他不一一赘述。
2）施加外力。由于静力分析首要目的是计算节点极限承载力Fu，我们在不知道极限承载力范围的情况下很难确定承载力的大小。为了有效获得极限承载力，本文中采用施加位移的方法代替施加力，在节点失稳时，可由对应的位移得到该节点的常温下极限承载力。
首先，点击，弹出边界条件创建框，名称默认，分析步Step选择Step-1，类型同样选Displacement/Rotation，点Continue，点选RP-3，确定，弹出编辑窗口设置如图17：

图17
点击OK即可。上图中U2取-0.05指沿y轴负方向施加50mm的位移。设置完成后RP-3上会出现一个向下的红色箭头，表示施加的力方向向下。
边界条件和外力设置完成。

10.Job（提交工作）：在Module下拉框中选择Job模块。
首先，点击（Create Job），Continue，弹出Edit Job窗口，如果学习者电脑为4核或以上处理器，则在Parallelization中勾选Use multiple processors，将2改为4或其他。这样可以充分利用电脑性能，提升运算速度。然后点击OK，工作即建立。
其次，点击旁边的Job Manager管理器如图18：

图18
一切准备就绪后，点击Submit将工作提交就OK啦，工作提交后可点击Monitor观测静力计算过程，同时注意Status观察计算状态，如果是Submitted表明工作正在提交中，如果是Running表明程序在正确运行，等待结果Results即可，如果出现Completed表明已算完，如果出现Aborted，则表明程序出错，应根据提示分析原因返回修改再次提交。

11.Visualization（可视化，数据后处理）：在Job Manager中点击Result，界面自动跳转到Visualization模块。
1）变形应力云图。点击可得到钢管节点变形应力云图，如图19：

图19
2）重影效果。长按，在横向展开条中选择，可得到钢管节点变形前和变形后的应力云图，如图20：

图20
3） 剖视图效果。点击，可以得到钢管节点剖面图，如下：

图20
点击右侧剖面视角管理器可以转换与x，y，z轴垂直的不同剖面，如图21：

图21 图22
其中Position右侧的横向条可用于调节剖面在主管上的不同截面位置。
4）观察分析步。点击中最右侧按钮，弹出Frame Selector窗口：

调节进度条，可以观察在施加位移时，整个结构的实时变形。
5） 更改变形比例因子。点击，弹出如下窗口：

图23
在这里我们关心的是Deformation Scale Factor（变形比例因子），默认选择为Auto-compute，后面括号中的值是放大因子，但是在不同时刻，这个值是不断变化的。在计算最初该值可以达到100多，因此变形看起来非常大，随后依次减小，因此在观察过程中有可能出现变形反弹的现象，就是说开始变形非常大，随后变形慢慢减小，这就是由于自动比例因子时刻变化的缘故造成的。
因此，为避免这种现象，也为了使有限元模拟变形更加接近实际，在上图窗口中变形比例因子选择Uniform，然后在展开的Value矩形框中输入固定值，一般取1，即按1：1的比例变形，如果需要使变形显现得更加明显则适当增大该值。
6） 历史变量数据提取。此前，我们定义了一个点集Set-1，并在Step模块中已根据该点集定义了参考点RF-3的反力历史输出，在此介绍提取这个数据的方法：点击，选择ODB history output，紧接着Continue，在弹出历时输出窗口中可以看到系统提取出的RF2反力文件，点击Plot，可以得到Force-Time图像。点击右边的XY Data Manager，再点击Edit，可以导出时间、反力数据，极限承载力Fu取时间Time=0.3时反力的Force。
以上静力分析结束。

三．热学分析步骤
首先右键点击界面左侧树状列表中静力分析模型名（Model-1），如图24：

图24
在菜单中选择Copy Model，名称改为Model-1-temperature（或根据自己喜好），点击OK。在树状列表中左键双击Model-1-temperature，弹出编辑窗口配置如图25：

图25
点击OK。
1.Step（删去原分析步，新建分析步）：在Module下拉框中选择Step模块。
点击右边Step Manager，选择Step-1，点击Delete将其删去。再点击Create新建一个分析步Step-1，类型选Heat transfer，表示热传递类型，如下图26所示，再点击Continue。

图26
点击后会弹出分析步编辑框，配置如图27：

（a） （b）
图27
点击OK，分析步Step-1建立完成。
2.Interaction:在Module下拉框中选择Interaction模块。
1）删去点面耦合。点击右侧管理器，点击delete删去原点面耦合约束。
2）新建点集T。菜单栏选择Tools-Set-Create，名称改为T，点击Continue，然后选取钢管节点所有单元，点击done。删去原有点击Set-1。
3）修改Keywords。在左侧树状列表中右键点击Model-1-temperature，在弹出菜单框中选择Edit Keywords，弹出Keywords编辑框，将其拉到最后，在*End Step命令前复制添加如下两行命令：
*Node file, nset=T
NT,
注意：逗号为半角，即英文输入法中的逗号。
然后点击OK。
此步骤的目的在于，将各单元的升温数据保存到.fil文件中，此文件在热力耦合中至关重要。
4）建立对流作用。点击，弹出相互作用创建框，名字默认，Step选择Step-1，类型选择Surface film condition，表示对流作用，点击Continue，点击界面下方命令中黑色三角形，在下拉框中选择by angle，角度取90，然后点击节点即可选择整个钢管节点的外表面（如果选择不全按下Shift继续选择）。点击Done，弹出相互作用编辑窗口，对流系数Film coefficient取25，Sink temperature取1，定义Sink amplitude前需定义ISO834升温曲线，方法是点击其右侧的图标，弹出创建框，在Name中输入ISO834，类型选Tabular，点击Continue，弹出曲线编辑框，导入ISO834曲线的温度时间数据，如图28，点击OK，然后在Sink amplitude下拉框中选择ISO834，点击OK，对流作用配置如图29：

图28 图29
5）建立热辐射作用。点击，弹出相互作用创建框，名字默认，Step选择Step-1，类型选择Surface Radiation，表示对流作用，点击Continue，点击界面下方命令中黑色三角形，在下拉框中选择by angle，角度取90，然后点击节点即可选择整个钢管节点的外表面。点击Done，弹出热辐射作用编辑窗口，参数配置如图30，点击OK完成。

图30
建立对流和热辐射后节点有如下特征：

图31
3.Load（删去约束及位移）：在Module下拉框中选择Load模块。
点击右侧管理器，弹出边界条件管理器窗口，点击delete将所有约束及位移删去。
4.Mesh（更改单元属性）：在Module下拉框中选择Mesh模块。
在中选择Part，在右侧下拉框中选择total，则界面上导出已划分网格的钢管节点，点击，再选择节点全部单元，点击Done，在Family中选择Heat Transfer，如图32，其他默认，点击OK即可。

图32 图33
5.Job（提交工作）：在Module下拉框中选择Job模块。
首先，点击（Create Job），Continue，弹出Edit Job窗口，如果学习者电脑为4核或以上处理器，则在Parallelization中勾选Use multiple processors，将2改为4或其他。这样可以充分利用电脑性能，提升运算速度。然后点击OK，工作即建立。其次，点击旁边的Job Manager管理器，一切准备就绪后，点击Submit将工作提交就OK啦，如果弹出如图33所示警告框，点击yes即可。其余操作请参考静力分析，在此不一一赘述。
热学分析完成。

四．热力耦合分析步骤
首先复制静力分析模型Model-1，命名为Model-1-coupling。
1.Load（删去位移）：在Module下拉框中选择Load模块。
点击右侧管理器，选择BC-3，点击delete删去BC-3。
2.Step（新建分析步）：在Module下拉框中选择Step模块。
点击新建分析步Step-2，类型选择Static，General，弹出分析步编辑窗口，其配置和热学分析中分析步Step-1（注意和静力以及热力耦合的Step-1不一样）相同。如图34：

（a） （b）
图34

3.Load:在Module下拉框中选择Load模块。
1)施加集中力，集中力取0.5Fu。点击，弹出荷载创建框，Step选择Step-1，Type选择集中力Concentrated force，其他默认，点击Continue，在节点上点选RP-3，弹出荷载编辑框，在CF2中输入极限承载力的50%，即0.5Fu，其中Fu由静力分析得出，其他默认，点击OK。设置完成后RP-3上显示向下的箭头。
注意：由于施加集中力方向为向下，即y轴负方向，则CF2中荷载取负值。
2） 添加升温数据文件。点击，弹出创建窗口，Step选Step-2，其他默认，点击Continue，选择除3个参考点外所有节点单元，方法是选择所有单元后按下Ctrl，在分别点击RP-1、RP-2、RP-3即可，点击Done，弹出编辑窗口，配置如图35所示：

图35
注：(1)File name 选择热学分析中生成的.fil文件，添加时选择.fil文件后缀进行筛选，这样使操作非常便捷。
（2）Begin step指热学分析中开始的分析步step-1。
（3）Begin increment指热学分析中开始的增量编号，在Monitor中可看到。
（4）End step指热学分析中结束的分析步，也是step-1。
（5）End increment中的值应大于热学分析中运算的增量最大编号，取1000即可。其他默认，点击OK。
4. Job（提交工作）：在Module下拉框中选择Job模块。
建立工作，提交工作，点击Monitor检测运算过程，等待运算结果即可。详细过程请参照静力或热分析，在此不一一赘述。
5. Visualization（可视化）：
在此模块中进行数据后处理。在运算时，可以点击Result同时观察运算的即刻变形应力云图。
2014-3-22

五． PY文件
六． 批处理
首先，open-set work directory,　选择工作目录，例如：D:\SIMULIA2\Temp 。其次，在Job模块中，job manager 窗口新建job，然后点击write input，此时在工作目录中会生成以job名命名的.inp文件。
新建.txt 文档，编写
call abaqus job=job名称 int
例如有5个job，依次命名为job-1, job-2, job-3, job-4, job5，则程序编写如下：
call abaqus job=job-1 int
call abaqus job=job-2 int
call abaqus job=job-3 int
call abaqus job=job-4 int
call abaqus job=job-5 int /注：其中int　作用是结束该job，程序继续跳转到下一job进行运算。
最后，将该txt文档后缀名改为.bat，并将该bat文档置于工作目录下，双击即可批量运算5个job。