应用abaqus的SPH技术分析【弹体穿靶模型】以及教程

北鹰南飞

光滑质点动力学法（SPH）的离散化不使用单元，而是固定质量的可动点，即质点或节点。质量固定在质点的坐标系上，所以其基本上也是拉格朗日型。
从计算角度讲，SPH是把物理量用有一定流动速度的运动质点集来描述，每个质点构成插值点，整个问题的解通过这些质点的规则插值函数来得到，守恒
方程用通量或质点内力来等效表达。由于其没有网格畸变问题，所以能在朗格朗日格式下处理大变形问题以及结构断裂破坏等问题。作为一类典型问题，
弹体穿靶模型常被用来测试SPH。
abaqus6.11新功能加入了这一技术，不过还不支持CAE操作，只能通过编辑inp文件来进行，多少为部分使用者造成一点麻烦，我个人也是习惯了界面操作
但为了测试这一功能，也抽了些时间做了个模型，该模型也参考了手册上的类似模型，因为手册上并没有对如何编辑inp文件做过多说明，所以还是花了些
时间在这上面，期间遇到的问题主要有如下几点，后面会逐一给予操作说明：
1：单元的转换问题
2：接触设置问题
3：同一物体不同区域（SPH区与非SPH区）的衔接问题。
如下是模型计算结果：






如下是弹体的速度与加速度变化曲线：

baobaomi

楼主，谢谢你的贴，我用ABA6.12做了个，是参考你的哈，不需要再编辑inp文件，直接做非常方便，链接为http://forum.simwe.com/thread-1077659-1-1.html

xiazhn

JingheSu 发表于 2011-9-10 09:09
不知道对于像小麦这样的颗粒物能不能用sph来试试?

正在试用SPH干DEM的活，SPH加D－P模型很不稳定，算几步就有ERROR CODE 5。
总的来说还不壮实，经常出错。３ds网站上bug list里一条关于SPH的bug就是俺汇报上去的。
另外一个弱项是不同材料的SPH单元不能耦合，彼此无视对方，挺傻的，本来做多相流是SPH的强项。等后期版本。

北鹰南飞

JingheSu 发表于 2011-9-10 09:09
不知道对于像小麦这样的颗粒物能不能用sph来试试?

可以试试，不过要避免一种错觉，因为SPH区域看起来是一颗颗的，但相互之间还是连续的，理论还是建立在连续介质力学上的。

北鹰南飞

操作过程：
1：有限元网格准备，本模型的网格是在hm中导入，见附件的HM文件。
2：从hm导出的文件已在上面的文件包里面给出，这个inp文件将是我们后面编辑inp文件的主体文件，可以先保存为sph_input.inp,
     然后，通过PYTHON脚本进行处理，详细见贴：http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1002689&highlight=sph
     需要注意的是，因为含有多个部分，所以输入命令改为：abaqus python solidtosph.py -inp <inputFileName>
3：生成新的inp文件，打开这个inp文件会发现，里面的C3D8/C3D8R/C3D8I单元全被转换为了PC3D单元，因为我在hm中对靶体的sph部分与
     非sph部分以及弹体分别建立了单元集，所以这个新生成的inp文件里面会有3个PC3D单元集，将其中代表SPH区域的单元集复制过来，覆盖
     sph_input.inp中原为C3D8R单元集的SPH部分。
4：建立面集：首先将SPH区域基于单元集建立节点集，再基于节点集建立面，这个面用于后面与弹体的接触以及与非sph区域的衔接，相应
                          命令行：*nset,nset=nplate,elset=sph（SPH区域单元集）
                          **
                          *surface,name=nodes,type=node
                           nplate
                            其次将非SPH区域基于单元集建立face，用来与SPH区域建立衔接。
                            第三，将弹体基于单元集建立face,用来定义与SPH区域的接触。
5：建立接触，将前面建立的SPH区域与非SPH区域的面，建立面面接触，相应命令
                       *contact
                       *contact inclusions
                         nodes, project
                       *Contact Property Assignment
                         ,,frict
6：建立SPH区域与非SPH区域的衔接，这个是靠“tie”来实现的，
                        *tie,name=plates,position tolerance=0.5,adjust=no
                        nodes,plate2
剩下的就是建立截面属性（SPH的按默认的设置即可，也可以按照手册上的介绍修改参数），材料，建立分析步，输出选项等等，见：

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

说明：对直接建立PC3D单元，我觉得也较简单，我查看了一下转换得到的PC3D单元，无非是原模型中SPH单元的节点号，一个PC3D单元对应一个节点号，将这个
          节点号写两次，就是对应的PC3D单元。

例如：*ELEMENT,TYPE=PC3D,ELSET=sph
             186,        186
             187,        187
             188,        188
             。。。。。。。。
         11084,      11084
         11085,      11085
         11086,      11086
         11087,      11087
          11088,      11088
这是转换出来的SPH区域的单元，如下是原单元的节点：
186,   187,   188,   189,   190,   191,   192,   193,   194,   195,   196,   197,   198,   199,   200,   201
   202,   203,   204,   205,   206,   207,   208,   209,   210,   211,   212,   213,   214,   215,   216,   217
   218,   219,   220,   221,   222,   223,   224,   225,   226,   227,   228,   229,   230,   231,   232,   233
   234,   235,   236,   237,   238,   239,   240,   241,   242,   243,   244,   245,   246,   247,   248,   249
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
11052, 11053, 11054, 11055, 11056, 11057, 11058, 11059, 11060, 11061, 11062, 11063, 11064, 11065, 11066, 11067
11068, 11069, 11070, 11071, 11072, 11073, 11074, 11075, 11076, 11077, 11078, 11079, 11080, 11081, 11082, 11083
11084, 11085, 11086, 11087, 11088
是不是都对上了？
知道了这个规律，手写PC3D单元应该也不难。

JingheSu

不知道这个sph节点之间怎么联系的，"分离""断裂"准则有没有?

北鹰南飞

JingheSu 发表于 2011-9-10 08:56
不知道这个sph节点之间怎么联系的，"分离""断裂"准则有没有?

sph节点之间联系体现在其算法中，"分离""断裂"准则体现在材料中，见附件模型。

JingheSu

北鹰南飞 发表于 2011-9-10 08:59
sph节点之间联系体现在其算法中，"分离""断裂"准则体现在材料中，见附件模型。 ...

哦，
手机上网不方便，等回家了下下来好好学习一番

北鹰南飞

JingheSu 发表于 2011-9-10 09:03
哦，
手机上网不方便，等回家了下下来好好学习一番

嗯，这个在大变形，甚至一些流体问题里面会很有用的。

JingheSu

北鹰南飞 发表于 2011-9-10 09:05
嗯，这个在大变形，甚至一些流体问题里面会很有用的。

不知道对于像小麦这样的颗粒物能不能用sph来试试?

北鹰南飞

北鹰南飞 发表于 2011-9-10 09:14
可以试试，不过要避免一种错觉，因为SPH区域看起来是一颗颗的，但相互之间还是连续的，理论还是建立在连 ...

沙子堆确实不好分析，连多体软件分析都非常吃力，不过有专门分析这类问题的软件，也有人用流体来做的。

zsq-w

北鹰南飞 发表于 2011-9-10 04:47
操作过程：
1：有限元网格准备，本模型的网格是在hm中导入，见附件的HM文件。
2：从hm导出的文件已在上面的 ...

将军威武~ 我还没有装上6.11， 6.11的Doc现在这个机子上也没有。

问问，SPH区的破坏，是不是也定义和非SPH区一样的损伤和破坏准则？ 非SPH区支持的准则，SPH区都支持?

北鹰南飞

zsq-w 发表于 2011-9-10 12:30
将军威武~ 我还没有装上6.11， 6.11的Doc现在这个机子上也没有。

问问，SPH区的破坏，是不是也定义和非S ...

是的，两个区域的材料属性都是一样的，很多材料模型都可以在SPH区使用，它们就是一整块板，物理载体都是一样的，只是算法不同罢了。

lgcat

zsq-w 发表于 2011-9-10 12:30
将军威武~ 我还没有装上6.11， 6.11的Doc现在这个机子上也没有。

问问，SPH区的破坏，是不是也定义和非S ...

版主的动画好炫啊 非常好的教材，收藏下了，谢谢。

explicit中支持的材料和破坏准则在sph中都支持，至少abaqus帮助里是这么说的。
另外sph好像还可以支持非匀质材料的定义，只要材料定义在不同的section中就行。不知道有没有人试过？

zsq-w

lgcat 发表于 2011-9-12 17:31
版主的动画好炫啊 非常好的教材，收藏下了，谢谢。

explicit中支持的材料和破坏准则在sph中都支持，至 ...

支持做个小例子看看，abaqus 的SPH貌似挺强大，难怪各位的兴致都这么高  

hjseu

好东西！有时间研究一下！

bluedancer

不知道比 autodyn 的sph如何？
好快阿，当年还是自己写三维代码sph毕业的

bluedancer

JingheSu 发表于 2011-9-10 09:09
不知道对于像小麦这样的颗粒物能不能用sph来试试?

PFC更好一些，是离散体分析

bluedancer

北鹰南飞 发表于 2011-9-10 08:59
sph节点之间联系体现在其算法中，"分离""断裂"准则体现在材料中，见附件模型。 ...

确切讲，是numerical fracture
分离是因为引入破坏模型后，应力降低，根据连续介质方程，加速度会变化，造成粒子分开

wxch

得遇楼主这样的牛人,真是有幸

hoop247

最近学习无网格法，SPH在处理爆炸变形的确有很大的优势，没想到竟然Abaqus中包含进来了！不过lz更强！感谢lz的分享！

billowriver

这个太令人期待了，没想到现在ABAQUS这么牛了，版主怎么弄到的6.11版本的，在ABAQUS公司工作吗