CEL方法实例演示及浅析

dreamlb

这周小弟利用晚上下班之余，对帮助文档上CEL方法及实例进行了研究。在这里展示给大家。由于我本人主要是做机械方面，对流体力学的理解很有限，只是在本科时学过流体力学。不过对于CEL方法应用于大变形问题还是很感兴趣的。这里先利用帮助文档上的一个例子说明下CEL方法分析的流程，让大家对CEL方法有各直观上的认识。
先说明下帮助文档上例子的使用，可能对很多新手有用：首先将帮助文档上某个例子上的附件另存到您的工作文件夹内，然后在abaqus中使用python脚本语言就可以看到完全建好模的例子了。
好了，不啰嗦了，现在先来看一个step by step的例子。
这是变形示意图。

shuyuehua

非常感谢楼主的无私分享精神。
请问aba6.8没有流体/结构耦合模块，看相关例子时只是按多空介质处理，不像adina那样有专门的流体模块。现在想模拟压浆过程（就是流动的浆液压入土体，土中水移动的过程），用cel能模拟成功么？ （请高手指点，每天关注中……）

dreamlb

补上结果和后处理示意图
第八部分：创建job，并分析。
第九部分：结果的可视化
由于采用了欧拉单元，结果的可视化需要借助于工具viewcut。
进入到visualization中，进入tools->viewcuts->manager,然后勾上EVF_ASSEMBLY_EUL，只选择第二列的选项。您就可以看到变形图了~

小梦

下面将介绍如何为欧拉体定义初始位形，这个才是重点哪~
4、为欧拉材料定义初始维形，即定义初始单元内的体积分数。主要使用工具“Volume fraction tool”。如下图所示，先选择tools->discrete field->volume fraction tool,在跳出的实例选择截面中先选欧拉体实例Eulerian-1,然后选择Rivet-1.


5、将上面创建的离散场赋予欧拉体，如下图所示：


6、Rivet实例已经完成了它的使命，可以回家了。在树形结构中找到Rivet-1实例，释放它~

小梦

小号来了=。=
接6楼。为了节省流量，图发小点~ps，大家觉得我头像上mm如何=。=
4、创建Plate的实体：Plate-1。将这个实体向Z向移动6.5mm。

5、创建Rivet的实体：Rivet-1。通过绕x轴旋转90度和z向移动6.5mm调整位置

dreamlb

哎，在公司发帖真是。。。。好比蜗牛爬树。。。继续。。。大家见谅
第二部分：property
1、  1、为欧拉部件创建包括密度、杨氏模量、泊松比、以及塑性的材料Mat_1。

dreamlb

第一部分：创建part:
1、  1、创建Die：三维拉伸变形体，半径为10，厚度为1。

2、将创建的part剖分，采用三点法。并为整个part创建set，名称为All。


3、创建一个三维可变性拉伸部件：Plate部件，草图如下图所示，拉伸厚度为2.


4、将创建的部件分为4块，方法同2。创建一个包含Plate部件所有的几何集:All。

dreamlb

5、维旋转可变形体Rivet，草图如下图所示，旋转角度为360度：

6、将上面得到的part分块：分块4次。创建一个包括所有Rivet的set：All。

7、创建欧拉几何体：Eulerian，拉伸深度为11.5：


8、为Eulerian几何体创建包含所有几何的set:All。

dreamlb

2、为压件创建材料Mat-2：


3、为欧拉体创建截面属性：材料选择Mat-1。注意这里的材料定义和拉格朗日体不一样，意思是可以在欧拉体中流动的材料。可以同时包含多种材料，如图中所示。还可以重复定义一种材料多次。

4、将上面创建的截面属性指派给欧拉体：Eulerian。
5、为冲压件创建实体截面属性Rigid，材料选Mat-2。这里就不多讲了。将截面属性指派给部件Die和Plate 。
6、需要说明的是，部件Rivet不需要指定截面。因为它本身不参与到计算中。在后面的步骤中，它完成自己的使命后将会被释放。

dreamlb

第三部分：装配
1、为欧拉部件Eulerian创建实例（Dependant）：

2、创建第一个Die实体：Die-1。将这个实体向Z向移动距离-0.5mm。


3、创建第二个Die实体：Die-2.将这个实体向Z向移动距离11mm。

dreamlb

明天继续吧，或者我发给zsw-q版主帮我发吧~先发下面关于欧拉分析的说明（郁闷，居然不知道有限制）
13.1.1 欧拉分析
产品：Abaqus/Explicit Abaqus/CAE
1、概述：
在传统的拉格朗日分析中，节点是由材料确定的，材料变形则单元也变形。拉格朗日单元通常是100%的单一材料，因此材料边界和单元边界是一致的。
相对的，在欧拉分析中，节点是空间固定的，单元不会发生变形，而材料在单元间流动。欧拉单元可能不会是100%的充满材料，很多情况下可能是部分的材料甚至是空的。因此，欧拉材料的边界必须在每个增量步中进行计算，通常和单元边界并不一致。欧拉网格通常是由简单的矩形单元组成，为材料提供流动和变形的空间。一旦欧拉材料移动到欧拉网格以外，它就不再参与到欧拉分析中了。
欧拉材料可以通过欧拉-拉格朗日接触（CEL）和拉格朗日单元联系起来。这个强健而易用通用接触特征能分析多场耦合仿真，比如；流固耦合问题。
2、应用：
欧拉分析在用于解决极端变形情况以及包含流体流动的情况很有效。在这些应用中，传统的拉格朗日单元变得极端扭曲而失去了原有的精度。液体晃动、气体流动、以及穿透问题都可以用欧拉分析有效的进行处理。CEL技术允许欧拉材料和传统的非线性拉格朗日分析联合使用。
3、欧拉体积分数（Eulerian volume fraction）：
在Abaqus/Explicit中欧拉方法的实现是基于流体体积方法的。在这种方法中，材料在网格中流动的轨迹是通过计算每一个单元中的欧拉体积分数（EVF）来确定的。这个分数是这样定义的：如果一个材料完全充满了一个单元，它的体积分数便为1；如果一个单元中材料为空，它的体积分数便为0.
欧拉单元可能同时包含对于一种的材料。如果一个单元中所有材料体积分数的总和小于1，这个单元的剩余部分自动被“虚”材料所占据。“虚”材料既没有质量也没有强度。
4、材料分界面：
一个单元中的每种欧拉材料的体积分数都会计算。在每个增量步中，用这些数据重建欧拉材料的边界。界面重建算法把一个单元中的材料边界近似为一个简单的小平面（欧拉方法只能用于三维单元）。这个假定提供了一个简单的、近似的材料面，这个材料面可能在相邻的单元间不连续。因此，单元中精确的材料位置可能只存在于简单的几何中，因此良好的网格在大多数欧拉分析中是必须的。
4、欧拉截面定义：
一个欧拉截面的定义包括所有可能进入到欧拉单元中的材料的清单。“虚”材料自动的包括在这个清单中。
材料清单中可以任意设置材料实例的名称。材料实例名称是唯一的，但是同一材料你可以多次使用。重复性的材料是游泳的，比如，在一个混合仿真中，一个运动的材料的分界面的计算：容器中的水可以被分开定义，材料实例“water_left”和“water_right”，这样材料的分界面的变化就可以仿真出来了。
默认的，所有的欧拉单元初始都被充满了“虚”材料，忽视截面的指定。你应该使用“initial
condition”把非虚的材料放进你的欧拉单元中。
5、欧拉单元变形：
欧拉时间增量算法是基于控制方程的算子平衡的，传统的拉格朗日分析阶段后接着是欧拉分
析阶段。这个过程可以概括为“拉格朗日分析+重划分”。在拉格朗日阶段，节点暂时的和
材料固定，单元随着材料的变形而变形。在欧拉阶段，变形被缓和，有明显变形的单元会自动的重划分，相应相邻单元间的材料流动被计算。
在每个时间增量步的拉格朗日阶段，一个公差被用于确定单元是否明显变形。
6、初始条件：Initial conditions
您可以用和拉格朗日节点和单元一样的方法为欧拉节点和单元定义初始条件。初始应力场，温度，和速度都是普遍的例子。另外，大多数欧拉分析都要求欧拉材料的初始化。
默认的，所有的欧拉单元都是初始被定义为“虚”材料。您可以用初始条件定义，来为欧拉单元充满一种或多种材料（在欧拉截面中定义的材料清单）。通过选择性的填满材料，您可以创建每种欧拉材料的初始形状。
为了填满一个欧拉单元，你应该为每一个有用的材料实例定义初始体积分数。材料被填充知道体积分数达到1为止，剩余材料被忽略。初始条件定义只在分析开始进行；在分析中，材料变形是根据定义的载荷，体积分数被重新计算。
文件输入格式：*INITIAL CONDITIONS,TYPE=VOLUME FRACTION
Abaqus/CAE：Load模块：Create Predefined Field->
Step:Initial-> Category:Other ->Material Assignment
7、欧拉材料的初始形状定义策略：
包括单元全部充满和部分充满。
部分充满可以使用工具“The volume fraction tool”。
使用步骤：
1、        创建一个参考几何体。这个几何体定义了材料的边界。
2、        将几何体装配至欧拉实例部件内。位置位于你想得到的偶来材料区域。
3、        使用“the volume fraction tool”创建一个离散场。
4、        用上面得到的离散场为欧拉实例指派一个材料预定义场。

8、边界条件：
默认的，欧拉材料可以自由的通过单元边界流入和流出欧拉区域。您可以约束欧拉节点的自由度来限制材料的流动。举个例子，您可以定义可流动的“粘性”或“滑动”墙限制边界的法向和切向移动（这段话不是很理解）。欧拉节点在欧拉分析阶段中会自动配置位置，因此您不能为它们指定位移自由度。（不能约束位移）
您可以为欧拉节点加载预定义的速度或者加速度条件来控制材料的流动。预定义的速度或者加速度将在欧拉分析阶段中起作用，因此材料经过这些欧拉节点时速度或者加速度将会达到您给定的预定义值。如果，材料的速度直接指向欧拉单元边界的外层（无论是您指定的还是动态平衡的计算结果），材料都将流出欧拉区域。这部分流出的材料也就不再参与到仿真计算了，整体模型的质量和能量都会随之而减少了。（因此定义的时候要考虑到这点，欧拉区域要足够大哦）
同样滴，如果速度直接指向边界内，材料将会流进欧拉区域内。当材料通过边界面流入一个单元内，流入材料的目录和每种流入材料的状态等于当前存在于单元内的材料。举例说，如果一个边界单元包含60%的热水和40%的冷空气，而材料的分界面的法向平行于边界面，材料流进速度将是60%的热水和40%的热水的混合。这种情况下，整体模型的质量和能量将会增加哦。
您也可以在欧拉区域边界上定义流入和流出条件。见“Defining Eulerian boundaries”，Section13.1.2。

9、载荷
欧拉节点和单元的载荷赋予和拉格朗日方法一样。欧拉载荷只作用于欧拉分析阶段，当欧拉材料流经载荷作用点时，欧拉载荷作用于欧拉材料。
10、材料说明
您可以和在拉格朗日分析中一样定义欧拉材料属性。
气体和流体材料的定义使用EOS方程（equation of state）。
超弹性材料定义各向异性材料不支持于欧拉分析中。
Brittle cracking（不知道怎么翻译，怕是专业名词）不被支持，因为它的失效模式是各向异性的。
欧拉分析允许材料经历大变形，而没有拉格朗日分析中的单元变形限制。因此，在整个应变阶段，定义您的材料行为是很重要滴，通常要求失效行为的定义。
支持各向同性材料的失效模型，采用一个破坏变量来描述失效级别。单元的删除在欧拉阶段被禁止，因为非破坏的材料可能会流入“失效”单元。
多孔金属的塑性、剪切失效模型不支持。
11、单元说明
欧拉方法的实现是借助于单元类型EC3D8R。单元的积分形式是基于拉格朗日单元C3D8R进行扩展的，允许多种材料，支持欧拉流动分析状态。积分形式对单元中的每种材料使用相同的应变，然后允许每种材料独立的处理应力和其他状态。这些应力和体积分数联合起来创建单元平均值。
EC3D8R单元要求8个节点。不支持退化单元。
欧拉方法不能用于2维单元的分析。
默认的，EC3D8R单元使用粘性沙漏控制。当使用EOS材料特性定义不可压缩的流体材料时，沙漏控制默认的不使用。
12、约束
在欧拉相变阶段，欧拉节点自动的更新位置，因此您不能使用欧拉节点来定义拉格朗日模型中的一些特征，例如单元、连接器、以及约束。但是，可以使用tie接触来定义欧拉材料和拉格朗日部件之间的约束。
13、相互作用
欧拉材料实例使用一种粘性行为相互作用。这个粘性行为发生是基于运动学假设：对于一个单元内的所有材料有相同的应变场。应力张量可以在两个欧拉材料的分界面间传递，两个分界面之间没有滑动发生。这种欧拉对欧拉的接触行为在一些仿真中是很有意义的，比如，一个弹珠侵透到一块钢板中。
欧拉对欧拉接触关系默认的定义在欧拉分析中，您不需要定义。
当接触体中存在欧拉单元时，更复杂的接触形式可以仿真出来。这种强健的能力支持流固耦合分析。
欧拉-拉格朗日接触是显式通用接触的扩展形式。这种扩展是自动的，您只需要定义显式通用接触行为即可。
文件输入格式：
使用下面的输入格式来定义所有欧拉体和拉氏体之间的接触：
*CONTACT
*CONTACT INCLUSIONS,ALL EXTERIOR
使用下面的格式来包含或排除特殊的欧拉面和拉氏面
*CONTACT
*CONTACT INCLUSIONS
Lagrangian_surface,Eulerian_surface
*CONTACT EXCLUSIONS
Lagrangian_surface,Eulerian_surface
14、限制条件
•边界条件：您不能对欧拉节点施加位移边界条件
•拉格朗日附件：您不能将拉氏单元直接连接到欧拉节点上。应该使用tie约束。
•约束条件：您不能对欧拉节点使用拉氏约束（比如MPC）。应该使用tie约束代替。
•材料限制：不支持超弹性材料和方向性材料（比如各向异性，失效模式各向异性）等材料。
不支持Brittle crack和剪切失效模型。
•单元限制：欧拉单元只能使用EC3D8R单元。
•单元import：欧拉单元不能使用import。
•双面接触：欧拉材料和拉氏壳单元或膜单元接触时，欧拉材料可能会穿透入分界面。因此，您尽量使用体单元来代替壳单元和膜单元。
•接触类型：CEL不支持拉氏梁单元和杆单元，也不支持解析刚体面。也不支持热接触属性
•接触import：不支持CEL状态的导入。
•接触output：只能导出分界面的拉氏面。
•面上的载荷：您不能使用通用的面载荷。然而，分布式的载荷比如压力是可以为欧拉单元
              面定义滴。
•质量放大：您不能对欧拉单元进行质量放大。
•热传递：您不能在热传递分析中包含欧拉单元。欧拉材料假定是绝热滴。
•输出：总体应变（LE）不能用于欧拉单元。

dreamlb

刚注册了个马甲，一小时后就可以继续发了=。=

小梦

第四部分：创建分析步：Dynamic Explicit。
CEL方法只能应用于Dynamic Explicit分析中：
1、创建分析步，如下图所示：

2、对集合Eulerian-1.ALL定义输出变量EVF和PFEQVAVG。EVF这个变量主要是用于可视化流体，表示的是单元内体积分数。具体设置如下图所示。对整个模型定义输出变量UT。输出间隔都为30.


3、创建3个参考点，坐标分别为(0，0，-2)、(0，0，7)、（0，0，13）。为这三个参考点创建几何集：Die-1-RefNode、Plate-RefNode、Die-2-RefNode：
4、创建历史输出，,输出参考点Die-1-RefNode和Die-2-RefNode的支反力RF3，输出间隔设置为：Every x units of time: x:1E-5.
定义整个模型的能量输出：ALLAE,ALLIE,ALLKE,ALLPD,ALLSE,ALLVD,ALLWK,ETOTAL

小梦

第五部分：Interaction
本部分将建立一个显式通用接触，以及三个刚体约束。
1、创建3个刚体约束，如下图所示：分别将die-1,die-2,plate-1约束为刚体。

2、创建一个空的接触属性：即不定义任何切向和法向属性。
3、创建一个显式通用接触关系。这个接触支持欧拉体和拉格朗日体之间的接触关系。如果只含有欧拉体，则不需要定义。由于定义了欧拉体，这个通用接触自动的被扩展为CEL，即欧拉-拉格朗日接触。

小梦

第六部分：定义载荷
本部分中包括了使用工具“The volume fraction tool”来定义欧拉材料的初始形状，因此需要先对欧拉体进行网格划分。
1、对欧拉体进行网格划分。参数为：总体种子尺寸为0.25，单元类型为EC3D8R。沙漏控制采用默认。如果定义的是流体，如水等的网格，沙漏控制宜选用释放刚度控制。


2、回到load模块，定义幅值曲线amp-1。在explicit分析中，定义载荷和位移必须定义幅值曲线，否则软体将报错。

3、定义三个位移边界条件分别为：Plate固定，Die-1向Z向移动3mm，Die-2向Z向移动-2mm。

小梦

第七部分：划分网格
1、为Die划分网格：全局种子为0.75，网格类型为C3D8R.
2、同样的设置给Plate部件划分网格
这两个，俺就不贴图了，无流量~

小梦

第八部分：创建job，并分析。
第九部分：结果的可视化
由于采用了欧拉单元，结果的可视化需要借助于工具viewcut。
没流量了，不发图了。讲解一下，进入到visualization中，进入tools->viewcuts->manager,然后勾上EVF_ASSEMBLY_EUL，只选择第二列的选项。您就可以看到变形图了~

seawideyp

帮助中文件的离散场是怎么建的？？谢谢！

dreamlb

帮助中文件的离散场是怎么建的？？谢谢！
seawideyp 发表于 2009-7-20 15:30

请您仔细看15楼的讲解~
15楼讲的正是如何定义离散场的~

dreamlb

再问一句，上面那个例子是帮助文档那里的例子？怎么找不到呢？是6.8－1里面的吗？
casio24 发表于 2009-7-20 16:05

我使用的版本是6.9，不过6.8版本也有的
例子所处的位置是：Abaqus Example Problem Manual的2.3.1节：Rivet forming

casio24

还是看你的演示做一遍吧。
我的6.8－1上面搜索了所有文档都没有这个字眼。
Abaqus Example Problem Manual的2.3.1节的例子是Closure of an air-filled door seal。