1 Abaqus新提出的擴展有限元法在解決裂紋擴展問題時有何優(yōu)點?如何在Abaqus/CAE中設置?

　　對于裂紋擴展問題，傳統(tǒng)的有限元法一般采用預先埋設裂紋路徑或網格重新劃分的方法，讓其沿網格擴展，這對模型網格的要求非常高.XFEM能克服以上弊端，在應力集中或裂紋尖端等高應力區(qū)域自動將每個單元剖分為2個單元，在模擬裂紋生長時無須重新剖分網格.

　　XFEM在計算精度上可滿足要求，且在劃分網格時無須考慮裂紋界面，在裂紋尖端應力奇異場附近不要求過密的網格，當裂紋擴展時不必重新劃分網格，允許單元斷開，可解決傳統(tǒng)裂紋擴展分析中網格須重新劃分的難題，適于模擬任意裂紋動態(tài)擴展問題.XFEM在Abaqus的設置也很簡單，用戶設定好材料等相關參數(shù)后，對模型進行XFEM的相關設置即可.所有定義可很方便地在Abaqus/CAE中完成，與XFEM的相關設置有：

　　(1)切換到Interaction模塊，在主菜單欄中選擇Special→Crack→Create，彈出Create Crack對話框(見圖1)，選擇XFEM，單擊Continue后選擇裂紋區(qū)域，確定后進入Edit Crack 對話框(見圖2)，用戶可設置允許裂紋擴展、裂紋位置和contact property等參數(shù).

　　圖1 Create Crack對話框

　　圖2 Edit Crack對話框

　　(2)在Step模塊中定義場輸出時，需定義XFEM狀態(tài)變量STATUSXFEM，以便在View后處理器中查到裂紋的相關結果。在Edit field output request 對話框中可選擇變量STATUSXFEM(見圖3)

　　圖3 Edit Field Output Request對話框(部分)

　　2 如何在Abaqus/CAE中實現(xiàn)流固耦合分析?

　　DS SIMULIA公司于2010年開發(fā)出第3個求解器——計算流體動力學求解器Abaqus/CFD.它基于混合間斷有限元法/有限體積法和有限元法，可解決與層流和湍流相關的流體力學問題.

　　在Abaqus/CAE中，用戶可盡可能地使用現(xiàn)有工具進行定義，使得不管是計算流體力學專家還是初學者都感覺像使用為實現(xiàn)流固耦合而建立的CFD前后處理工具的功能一樣.用戶不用通過第三方軟件就可以在Abaqus/CAE中方便地實現(xiàn)Abaqus/Standard，Abaqus/Explicit與Abaqus/CFD的耦合，實現(xiàn)真正意義上的流固耦合.操作過程為：

　　(1)用戶需要定義2個模型的屬性，一個定義為Standard/Explicit模型，另一個定義為CFD模型.在Abaqus/CAE的模型樹中雙擊Models，出現(xiàn)定義模型屬性的對話框(見圖4)，選擇模型類型即可.

　　圖4 定義模型屬性的對話框

　　(2)定義2個模型各自的部件、材料屬性、分析步、載荷和邊界條件等.

　　(3)耦合2個模型.具體操作為，激活其中1個模型，雙擊模型樹中的Interaction，進入Create Interaction對話框(見圖5)，選擇Step以及Fluid—Structure Co—simulation Boundary，點擊Continue并選擇耦合面后，進入Edit Interaction對話框，點擊OK完成定義.另一個模型亦按照上述方法定義.

　　圖5 create Interaction對話框

　　(4)建立耦合Job.在模型樹中雙擊Coexecution，進入Edit Co-execution對話框(見圖6)，設定計算模型及參數(shù).

　　圖6 Edit Co·execution對話框

　　3 如何實現(xiàn)求解器Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的協(xié)同仿真?

　　求解器Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit各有優(yōu)缺點.對于應變變化較小且沒有接觸等非線性因素不強的區(qū)域，前者可很快收斂，且事件增量步可以設置得比較大;對于應變變化較大或復雜的接觸區(qū)域，后者不存在收斂性，所以對該類問題計算速度很陜.二者的協(xié)同仿真可充分利用其各自優(yōu)點，對于應變變化不大且沒有接觸或接觸狀態(tài)不復雜的區(qū)域，可用Abaqus/Standard計算，而對于應變變化較大或接觸狀態(tài)復雜的區(qū)域，用Abaqus/Explicit計算可大大提高計算效率.協(xié)同仿真的實現(xiàn)方法為：

　　(1)定義Standard和Explicit 2個模型.首先在Standard模型中將所有部件裝配好，然后將其中要用于Explicit計算的部件拷貝到Explicit模型中.實現(xiàn)方法為：在主菜單欄中選擇Model→Copy Objects，彈出Copy Objects對話框(見圖7)，根據(jù)需要將Standard模型中的相關instances拷貝到Explicit模型中。

　　圖7 Copy Objects對話框

　　(2)激活Abaqus/Standard模型，在模型樹中選中需要Link的部件，點擊鼠標右鍵，選擇LinkInstances,彈出對話框(見圖8)，繼續(xù)即可。Link完成后，這些Instances在Standard模型里將顯示成灰色，便于用戶檢查模型。

　　圖8 Link Instances對話框

　　(3)分別定義2個模型的分析步、載荷和邊界條件等.

　　(4)激活Abaqus/Explicit對應的模型，雙擊模型樹中的Interaction，進入Create Interaction對話框，選擇Standard-Explicit Co—simulation，點擊Continue后，選擇聯(lián)合仿真面或者點，進入Edit Interaction對話框(見圖9)，完成相關定義即可.

　　圖9 Edit Interaction對話框

　　(5)在模型樹中雙擊Co.execution，進入Edit Co-execution對話框，設定計算模型及其他參數(shù)，完成后點擊OK結束定義.