Upload
anastasios
View
238
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ΕΓΤΣες
Citation preview
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣΚΕΝΤΡΟ ΔΙΚΤΥΟΥ ΤΗΛΕΜΑΤΙΚΗΣ
Εγχειρίδιο χρήσης του εκπαιδευτικού λογισμικού Abaqus
Οδηγός χρήσης από απόσταση
Συντάκτης: Καθ. Ν. Αράβας
Βόλος 2001
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
Σελίδα
ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΣΤΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΟΥ Abaqus 1
ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 4
ΤΟ ABAQUS/CAE 7
ΕΠΙΛΟΓΟΣ 7
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι 9
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ 10
ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΣΤΟ SOFTWARE ΤΟΥ Abaqus
Το software του Abaqus είναι εγκατεστημένο στους υπολογιστές του Εργαστηρίου Μηχανικής
και Αντοχής των Υλικών. Όλοι οι υπολογιστές είναι συνδεδεμένοι σε τοπικό δίκτυο, ώστε να είναι
δυνατή η σύνδεση και εργασία των χρηστών από κάθε υπολογιστή. Επιπλέον, είναι δυνατή η
απομακρυσμένη πρόσβαση στο λογισμικό του Abaqus μέσω ISDN ή PSTN. Σε αυτήν την
περίπτωση χρησιμοποιείται αρχικά η υπηρεσία dial-up σύνδεσης στο δίκτυο του Πανεπιστημίου
Θεσσαλίας και στη συνέχεια ο κάθε χρήστης μπορεί να συνδεθεί με telnet με τους υπολογιστές του
Εργαστηρίου. Απαραίτητη προϋπόθεση και στις δύο περιπτώσεις είναι η ύπαρξη λογαριασμού
στον κεντρικό υπολογιστή του Εργαστηρίου (δηλ. στον mechanics). Τέλος, για να είναι δυνατή η
εμφάνιση του γραφικού περιβάλλοντος των κεντρικών υπολογιστών μέσω διεπαφής X-Windows,
είναι απαραίτητη η εγκατάσταση και ρύθμιση του αντίστοιχου λογισμικού X-Win στους
απομακρυσμένους υπολογιστές.
Πληροφορίες για την υπηρεσία dial-up σύνδεσης στο δίκτυο του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας
υπάρχουν στην κεμτρική ιστοσελίδα του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας (http://www.uth.gr). Για
περισσότερες πληροφορίες και για το άνοιγμα λογαριασμού στον mechanics μπορείτε να
απευθύνεστε στην κα. Καρανίκα (τηλ. 74008 στο Βόλο, e-mail [email protected])
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Το Abaqus είναι γενικό πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για
την ανάλυση των τάσεων και των θερμοκρασιακών πεδίων σε κατασκευές. Το παρόν κεφαλαίο
αποτελεί έναν σύντομο οδηγό χρήσης του προγράμματος. Κάθε νέος χρήστης έχοντας μελετήσει το
εγχειρίδιο αυτό θα είναι σε θέση να αναλύσει αρκετά πιο πολύπλοκα προβλήματα.
Αρχικά, ο αντικειμενικός σκοπός είναι η σύνταξη ενός αρχείου όπου περιγράφονται τα
δεδομένα και τα ζητούμενα του προβλήματος. Το αρχείο αυτό αναφέρεται στο εξής ως input file.
Είναι προφανές πως πολύπλοκα προβλήματα απαιτούν ένα εκτεταμένο input file, το οποίο δεν είναι
δύσκολο να συνταχθεί αν ακολουθηθεί η κατάλληλη μέθοδος κάθε φορά. Προς τα παρόν θα
αρκεστούμε σε μια απλή περίπτωση χρήσης του Abaqus/Standard και του postprocessor,
Abaqus/Cae. Λόγω του ότι το πρόβλημα που μελετάμε είναι απλό δεν θα χρησιμοποιήσουμε το
Abaqus/Cae για το “preprocessing”.
Το input file του Abaqus
Στο input file εισάγουμε δεδομένα του μοντέλου (model data) και δεδομένα της παρούσας
κατάστασης ή της κατάστασης που προϋπήρχε (history data). Τα model data περιγράφουν τα
στοιχεία (elements), τους κόμβους (nodes), τις ιδιότητες του στοιχείου (element properties), το
υλικό (material definition) και κάθε στοιχείο που προσδιορίζει το μοντέλο καθεαυτό. Τα history
data καθορίζουν το τι συμβαίνει στο μοντέλο, τη συχνότητα της φόρτισης για την οποία ζητείται η
απόκριση του μοντέλου. Στο Abaqus ο χρήστης κλιμακώνει την «ιστορία» του μοντέλου σε μια
αλληλουχία βημάτων (steps). Κάθε step είναι μια περίοδος απόκρισης συγκεκριμένου τύπου, μίας
3
στατικής φόρτισης, μίας δυναμικής απόκρισης κ.τ.λ. Ο προσδιορισμός του step περιλαμβάνει τον
τύπο της διαδικασίας (στατική ανάλυση τάσεων, ανάλυση μεταφοράς θερμότητας, κ.τ.λ.),
παραμέτρους ελέγχου για χρονική ολοκλήρωση ή για μη-γραμμικά προβλήματα, φορτίσεις και
ζητούμενα. Ο χρήστης επιλέγει το τι περιλαμβάνεται στο step. Για παράδειγμα, ένα στατικό φορτίο
είναι δυνατόν να εφαρμοστεί σε ένα step, ή αν απαιτείται μεγαλύτερη λεπτομέρεια στα επίπεδα
υψηλής φόρτισης, τότε η ίδια η ανάλυση μπορεί να διασπαστεί σε δυο steps έτσι ώστε να δίνεται
βαρύτητα στις μεταβλητές που ενδιαφέρουν περισσότερο σε κάθε ένα από τα steps.
Τα δεδομένα του προβλήματος στο Abaqus εισάγονται σε ομάδες εντολών οι οποίες
περιγράφουν το πρόβλημα. Ο χρήστης επιλέγει τις κατάλληλες εντολές που σχετίζονται με το
εκάστοτε πρόβλημα. Οι εντολές αυτές είναι λέξεις κλειδιά (keywords) στο input file σε
διαφορετικές γραμμές. Αν η εντολή ακολουθείται από κάποιες τιμές, τότε αυτές εισάγονται σε
ξεχωριστή γραμμή.
Κάθε γραμμή εντολής στο Abaqus ξεκινάει με ένα * στην 1η στήλη και ακολουθεί το όνομα της
εντολής. Για παράδειγμα, η εγγραφή *MATERIAL σημαίνει πως ακολουθούν οι ιδιότητες του
υλικού, ενώ **MATERIAL είναι γραμμή-σχόλιο. Τα κενά αγνοούνται ενώ το κόμμα χωρίζει τις
παραμέτρους που μπορεί να έχει μία εντολή.
Μερικές από τις παραμέτρους που έχει μία εντολή μπορεί να είναι υποχρεωτικές, ενώ κάποιες
άλλες προαιρετικές. Για παράδειγμα η εντολή *ELEMENT που προσδιορίζει τη μορφή του
στοιχείου, απαιτεί την παράμετρο TYPE, για να δηλώσει τι είδος στοιχείου χρησιμοποιείται, solid,
shell, beam, κ.τ.λ. Οι γραμμές με τα δεδομένα πρέπει να ακολουθούν τη γραμμή εντολής. Έτσι η
εντολή,
*ELASTIC, TYPE=ISOTROPIC
200.E3, 0.3, 20.
150.E3, 0.35, 400.
80.E3, 0.42, 700.
καθορίζει μέρος των ιδιοτήτων του υλικού: ισοτροπικό, γραμμικά ελαστικό, στο οποίο το μέτρο
ελαστικότητας κυμαίνεται από 200103 στους 20 έως 80103 στους 700, και ο λόγος Poisson
από 0.3 στους 20 έως 0.42 στους 700.Ένα από τα πιο χρήσιμα στοιχεία του Abaqus στην εισαγωγή δεδομένων είναι η δυνατότητα
δημιουργίας ομάδων (sets). Ένα set μπορεί να αποτελείται από μία ομάδα κόμβων ή μια ομάδα
στοιχείων. Ο χρήστης δίνει ένα όνομα στο set (1-80 χαρακτήρες, εκ των οποίων ο πρώτος γράμμα),
το οποίο όνομα αναφέρεται σε όλα τα μέλη του set.
Τέλος να σημειωθεί πως το Abaqus δεν περιέχει μονάδες, γι αυτό οι μονάδες που
χρησιμοποιούνται θα πρέπει να εντάσσονται στο ίδιο σύστημα. Έτσι αν οι διαστάσεις μήκους
εισάγονται σε μέτρα (m), τότε και οι υπόλοιπες μονάδες θα πρέπει να αναφέρονται στο S. I, και τα
αποτελέσματα θα δίνονται στις αντίστοιχες μονάδες.
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ
4
Στη συνέχεια θα αναλύσουμε ένα απλό πρόβλημα μετάδοσης θερμότητας, ώστε να έρθει σε μια
πρώτη επαφή ο χρήστης με τη σύνταξη ενός input file. Πρόκειται για ένα πρόβλημα συνοριακής
τιμής μίας πλάκας διαστάσεων 11. Στις τέσσερις πλευρές της πλάκας εφαρμόζεται ένα
θερμοκρασιακό πεδίο διαφορετικό για κάθε πλευρά. Το ζητούμενο της ανάλυσης είναι οι
θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο εσωτερικό της πλάκας.
Το input file συντάσσεται σε κειμενογράφο και σώζεται με την κατάληξη .inp (π.χ. heat.inp), βλ.
Παράρτημα Ι.
Η πρώτη εντολή (*HEADING) δηλώνει πως στην επόμενη σειρά ακολουθεί ο τίτλος του
προγράμματος (π.χ. EXAMPLE: HEAT TRANSFER).
*HEADING
EXAMPLE: HEAT TRANSFER
Μετά το τίτλο του προγράμματος δίνεται η γεωμετρία του κανάβου (συντεταγμένες κόμβων).
Με την εντολή *NODE εισάγονται οι κόμβοι. Η πρώτη εγγραφή της επόμενης σειράς αναφέρεται
στον αριθμό του κόμβου και ακολουθούν οι συντεταγμένες (x,y,z). Οι εγγραφές χωρίζονται με
κόμμα, ενώ οι αριθμοί που αναφέρονται σε διαστάσεις δηλώνονται πάντα ως δεκαδικοί (όχι 1 αλλά
1.). Η σειρά επαναλαμβάνεται για όσους κόμβους θέλουμε να ορίσουμε.
*NODE
1, 0., 0.
11, 1., 0.
111, 0., 1.
121, 1., 1.
Υπάρχει η δυνατότητα σε απλούς κανάβους να ορίσουμε μόνο τους γωνιακούς κόμβους και στη
συνέχεια να αναπαράγουμε τους εσωτερικούς. Με την εντολή *NGEN ζητάμε από το πρόγραμμα
να δημιουργήσει κόμβους μεταξύ δύο άκρων. Τα δύο πρώτα νούμερα (1, 111) αναφέρονται στα
άκρα και το τρίτο (11) στην αύξηση των αριθμών των κόμβων (22, 33, 44, κ.τ.λ.).
*NGEN, NSET=LEFT
1, 111, 11
Η παράμετρος NSET είναι προαιρετική. Εξισώνοντάς την με ένα όνομα εντάσσουμε τους
κόμβους που αναπαράγονται σε ένα set με το συγκεκριμένο όνομα. Με τον τρόπο αυτό
δημιουργούμε δύο set LEFT και RIGHT τα οποία αποτελούνται αντιστοίχως από τους κόμβους 1
έως 111 με βήμα 11 και 11 έως 121 επίσης με βήμα 11.
Έχοντας δύο συνοριακά sets «γεμίζουμε» το εσωτερικό τους με κόμβους με την εντολή
*NFILL. Δημιουργούμε κόμβους μεταξύ του LEFT και RIGHT, έτσι ώστε να υπάρχουν δέκα
διαστήματα ανάμεσα με αύξηση του αριθμού του κόμβου ανά γραμμή ίση με 1.
*NFILL
LEFT, RIGHT, 10, 1
Ακολούθως εντάσσουμε τους κόμβους 2 έως 10 και 112 έως 120 σε δύο set, BOTTOM και TOP
αντίστοιχα με την εντολή *NSET όπου η παράμετρος GENERATE δηλώνει την αναπαραγωγή των
κόμβων μεταξύ των δύο ακριανών με βήμα 1(default).
*NSET, NSET=BOTTOM, GENERATE
5
2, 10
*NSET, NSET=TOP,GENERATE
112, 120
Μέχρι αυτό το σημείο έχουμε ορίσει τους κόμβους, οπότε απομένει να ορίσουμε τα στοιχεία.
Στη βιβλιογραφία του Abaqus περιλαμβάνονται διάφοροι τύποι στοιχείων. Ανάλογα με το είδος της
ανάλυσης και τα αποτελέσματα που θέλουμε να εξάγουμε χρησιμοποιούμε κατάλληλα στοιχεία.
Στη συγκεκριμένη περίπτωση, μετάδοσης θερμότητας, χρησιμοποιούμε το στοιχείο DC2D4 το
οποίο αποτελείται από τέσσερις κόμβους. Με την εντολή *ELEMENT εισάγουμε τον αριθμό του
στοιχείου και τους κόμβους από τους οποίους αποτελείται (με αντιωρολογιακή φορά). Η
παράμετρος TYPE είναι υποχρεωτική. Η εγγραφή 1, 1, 2, 13, 12 που ακολουθεί της γραμμής
εντολής δηλώνει πως το κύριο στοιχείο με αριθμό στοιχείου 1 αποτελείται από τους κόμβους 1, 2,
13 και 12.
*ELEMENT, TYPE=DC2D4
1, 1,2,13,12
Στη συνέχεια με πρότυπο το στοιχείο 1 αναπαράγουμε τα υπόλοιπα στοιχεία του καννάβου και
τα τοποθετούμε σε ένα set με όνομα ALLE, με την εντολή *ELGEN. Ζητάμε από το Abaqus να
δημιουργήσει με βάση το στοιχείο ένα, μία πρώτη σειρά από 10 στοιχεία (συμπεριλαμβανομένου
του 1) με αύξηση του αριθμού των αντίστοιχων κόμβων κατά 1 και των στοιχείων που
δημιουργούνται στην ίδια σειρά κατά 1, καθώς επίσης να δημιουργήσει 10 σειρές στοιχείων με
αύξηση του αριθμού των αντίστοιχων κόμβων κατά 11 και των αντίστοιχων, με την πρώτη σειρά,
στοιχείων κατά 10.
*ELGEN, ELSET=ALLE
1, 10, 1, 1, 10, 11, 10
Στο σημείο αυτό έχει οριστεί πλήρως η γεωμετρία του καννάβου. Στη συνέχεια ορίζουμε τις
ιδιότητες του υλικού. Η εντολή *MATERIAL χρησιμοποιείται, για να δηλώσει πως ακολουθούν
δεδομένα του υλικού. Η παράμετρος NAME είναι υποχρεωτική και την θέτουμε ίση με ένα όνομα
που στο εξής θα δηλώνει το υλικό.
*MATERIAL,NAME=HEAT
Στη συνέχεια με την εντολή *CONDUCTIVITY καθορίζουμε την θερμική αγωγιμότητα του
υλικού, καθώς και τον τύπο της αγωγιμότητας, ισοτροπική (προκαθορισμένη παράμετρος, default),
ορθοτροπική ή ανισοτροπική.
*CONDUCTIVITY
40.
Η εντολή *SOLID SECTION δηλώνει τις ιδιότητες των στοιχείων τύπου solid, infinite και truss,
καθώς συνδέει τις ιδιότητες του υλικού με το set ALLE των στοιχείων.
*SOLID SECTION, ELSET=ALLE, MATERIAL=HEAT
Σε αυτό το σημείο τελειώνει το pre-processing και μπορούμε πλέον να προχωρήσουμε στην
διαδικασία ανάλυσης.
6
Η εντολή *STEP δηλώνει την έναρξη της διαδικασίας το είδος της οποίας πρέπει να δηλώνεται
αμέσως μετά, δηλαδή στην παρούσα περίπτωση *HEAT TRANSFER, STEADY STATE.
*STEP
*HEAT TRANSFER, STEADY STATE
Ακολουθούν οι συνοριακές συνθήκες με την εντολή *BOUNDARY. Στο Abaqus ο ενδέκατος
βαθμός ελευθερίας αναφέρεται στη θερμοκρασία. Καθορίζοντας τις θερμοκρασίες των πλευρών
της πλάκας περιορίζουμε το βαθμό ελευθερίας 11 και θέτουμε ίση τη θερμοκρασία με την τιμή που
έχει σε κάθε σύνορο (LEFT=10C, BOTTOM=20C, RIGHT=30C, TOP=40C).
*BOUNDARY
LEFT, 11, 11, 10.
BOTTOM, 11, 11, 20.
RIGHT, 11, 11, 30.
TOP, 11, 11, 40.
Τέλος καθορίζουμε τις μεταβλητές που θα τυπωθούν στο αρχείο .dat, π.χ. TEMP (θερμοκρασία)
με την εντολή *EL PRINT.
Η διαδικασία τελειώνει με την εντολή *END STEP.
Εκτελούμε το heat.inp σε περιβάλλον IRIX με την εντολή abaqus job=heat. Το Abaqus
δημιουργεί μια σειρά αρχείων τα σημαντικότερα από τα οποία είναι το heat.dat, το heat.odb και το
heat.res. Στο heat.dat περιέχονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης σε αναγνώσιμη μορφή. Το
heat.res (restart file) περιέχει τις πληροφορίες εκείνες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν, για
να συνεχιστεί η ανάλυση. To heat.odb περιέχει τις πληροφορίες που είναι απαραίτητες για την
αναπαραγωγή του γραφικού περιβάλλοντος στο Abaqus/Cae.
ΤΟ ABAQUS/CAE
Με την εντολή abaqus cae job=heat σε περιβάλλον IRIX ανοίγουμε το Abaqus/Cae. Πρόκειται
για ένα ολοκληρωμένο λογισμικό του Abaqus, το οποίο παρέχει τη δυνατότητα να γίνει με απλό,
άμεσο και γραφικό τρόπο η προσομοίωση του μοντέλου, η ανάλυση αυτού, αλλά και η απεικόνιση
και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων.
Στο Menu εντολών η επιλογή των εντολών Plot/Undeformed Shape, Plot/Deformed Shape,
Plot/Contour οδηγεί σε απεικόνιση του κανάβου στην αρχική κατάσταση (Παράρτημα ΙΙ, Εικ. 1),
στην παραμορφωμένη κατάσταση και σε μορφή ισοϋψών κάποιας μεταβλητής του προβλήματος
(Παράρτημα ΙΙ, Εικ. 2), αντίστοιχα. Μπορούμε επίσης να εμφανίσουμε τους αριθμούς των κόμβων
και των στοιχείων ή να μεταβάλουμε διάφορα στοιχεία του γραφήματος που εμφανίζεται στην
οθόνη με τις εντολές Options/Undeformed Shape, Options /Deformed Shape, Options /Contour.
Για παράδειγμα επιλέγουμε αρχικά την εντολή Plot/Undeformed Shape και στη συνέχεια την
Options/Undeformed Shape και στο παράθυρο που εμφανίζεται, επιλέγουμε την εντολή labels και
στη συνέχεια τα σημεία “show element labels” και “show node labels”. Επιβεβαιώνουμε την
επιλογή μας με το “Apply” και στην οθόνη μας εμφανίζεται ο απαραμόρφωτος κάναβος με τον 7
αριθμό των στοιχείων και των κόμβων. Έτσι έχουμε μια ολοκληρωμένη εικόνα του καννάβου
(Παράρτημα ΙΙ, Εικ. 3).
ΕΠΙΛΟΓΟΣ
Θα πρέπει να σημειωθεί πως η ευκολία στη χρήση του ABAQUS βασίζεται στον μεγαλύτερο
βαθμό στη σωστή χρήση των manuals, τα οποία είναι ιδιαίτερα αναλυτικά και εύχρηστα. Όλες οι
εντολές που αναφέρθηκαν, όπως και όλη η βιβλιοθήκη με τα εγχειρίδια χρήσης του Abaqus είναι
προσβάσιμα σε ηλεκτρονική μορφή. Αρκεί να πληκτρολογήσει ο χρήστης την εντολή abaqus.doc
σε περιβάλλον IRIX.
8
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι
Input file
*HEADING
EXAMPLE: HEAT TRANSFER
*RESTART,WRITE
*NODE
1, 0., 0.
11, 1., 0.
111, 0., 1.
121, 1., 1.
*NGEN,NSET=LEFT
1, 111, 11
*NGEN,NSET=RIGHT
11, 121, 11
*NFILL
LEFT, RIGHT, 10, 1
*NSET,NSET=BOTTOM,GENERATE
2, 10
*NSET,NSET=TOP,GENERATE
112, 120
*ELEMENT,TYPE=DC2D4
1, 1,2,13,12
*ELGEN,ELSET=ALLE
1, 10, 1, 1, 10, 11, 10
*MATERIAL,NAME=HEAT
*CONDUCTIVITY
40.
*SOLID SECTION,ELSET=ALLE,MATERIAL=HEAT
*STEP
*HEAT TRANSFER,STEADY STATE
*BOUNDARY
LEFT, 11, 11, 10.
BOTTOM, 11, 11, 20.
RIGHT, 11, 11, 30.
TOP, 11, 11, 40.
*EL PRINT, ELSET=ALLE
TEMP
*END STEP
9
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ
Εικόνες από το ABAQUS/CAE
Εικόνα 1: Απεικόνιση του κανάβου στην απαραμόρφωτη κατάσταση
Εικόνα 2: Ισοϋψής της θερμοκρασίας στην παραμορφωμένη κατάσταση
10
Εικόνα 3: Απεικόνιση του κανάβου στην απαραμόρφωτη κατάσταση, όπου εμφανίζονται οι αριθμοί
των στοιχείων και των κόμων.
11