Abaqus与MSCadams.docx
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Abaqus与MSCadams
Abaqus与MSC.Adams接口介绍
1步骤
（1）为Adams中的每个零件创建abaqus模型。
每个零件作为一个abaqus的子结构
（2）运行abaqus分析
（3）运行abaqus的adams用户接口，并读取分析产生的abaqus结果文件，创建Adams需要的mnf文件
（4）在Adams中读取mnf文件。
必须为Adams的柔性体零件创建一个单独的mnf文件。
**若需要abaqus的Adams用户界面能够将应力或应变传递到mnf文件中，需要修改常用的程序。
在修改的程序中，abaqus的Adams用户界面可以哦能够两个结果文件中创建一个mnf文件，所以它需要两个abaqus分析和两个用户接口步。
模块号
内容
是否能够包含
1
版本号（Versioncode）
是
2
表头（Header）
是
3
内容概要（Contentsummary）
是
4
节点坐标（Nodecoordinates）
是
5
N/A
6
全局质量属性（Globalmassproperties）
是
7
特征值（Eigenvalues）
是
8
模态形状（Modeshapes）
是
9
节点质量（Nodalmasses）
是
10
节点惯量（Nodalinertias）
是
11
单位（Units）
是
12
刚度矩阵（Generalizedstiffnessmatrix）
是
13
质量矩阵（Generalizedmassmatrix）
是
14
单元面（Elementfaces）
是
15
阻尼（Generalizeddamping）
否
16
模态形状转换（Modeshapetransformation）
是
17
界面节点（Interfacenode）
是
18
模态应力（Modalstress）
可选
19~26
惯量不变量（Inertiainvariants）
是
27
模态预载（Modalpreload）
是
28
模态载荷（Modalload）
否
29
模态应变（Modalstrain）
可选
2mnf文件内容：
Abaqus的adams接口从一个或多个abaqus结果文件（fil文件）中传递结果并创建mnf文件。
下表显示了该接口可以在所创建的mnf文件中包含的数据内容。
3准备abaqus输入文件
这是在Adams中考虑零件柔性的第一步，需要将其做为abaqus子结构建模。
这个程序包括了在abaqus中创建零件的有限元模型。
10.1.1节讲述了如何创建子结构模型。
下面将讲述构建可以导入到Adams中的子结构模型的特定要求。
<一>若需要用abaqus的Adams界面创建不包含应力或应变的mnf文件，可以应用如下的abaqus输入文件模版：
*HEADING
…
**************************
*STEP
*PREQUENCY，EIGENSOLVER=…
…
*BOUNDARY
…
*ELEMENTMATRIXOUTPUT,MASS=YES,ELSET=…
*NODEFILE
U
*ENDSTEP
**********************
*STEP,UNSYMM=NO
*SUBSTRUCTUREGENERATE,TYPE=Z…,
RECOVERYMATRIX=YES,MASSMATRIX=YES
*RETAINEDNODALDOFS
…
*RETAINEDEIGENMODES
…
*SUBSTRUCTURELOADCASE,NAME=…
*CLOAD
…
*SUBSTRUCTUREMATRIXOUTPUT
RECOVERYMATRIX=YES,MASS=YES
STIFFNESS=YES,SLOAD=YES
*ENDSTEP
***********************
输入文件的history部分必须包括一个*FREQUENCY分析步来计算固定界面时的正交模态。
其后跟一个*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步。
*FREQUENCY分析步前可以有任意数目的分析步来施加所需要的预载。
关于*FREQUENCY分析步要注意以下几点：
（1）该分析步在每个后面的*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步中保留的自由度上要施加0自由度边界。
其他自由度可以约束。
（2）该分析步必须将单元质量矩阵和特征向量写入结果文件中
关于*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步要注意以下几点：
（1）UNSYMM=NO参数是可以选择，但推荐使用该参数。
这是因为一定的预载历史（例如高摩擦系数的接触）可能会导致不对称得刚度矩阵。
而这样的预载历史后的创建的子结构矩阵在任何情况下都是对称得。
然而，默认时，abaqus会创建并将完整的子结构矩阵写入结果文件（如果先前的分析中刚度矩阵为非对称）。
采用UNSYMM=NO参数会节省计算时间和存储空间，而不影响精度
（2）*SUBSTRUCTUREGENERATE选项必须包括参数RECOVERYMATRIX=YES和MASS=YES
（3）*RETAINEDNODALDOFS必须与*FREQUENCY分析步中设置为零的自由度相同，或者是它的子集。
（4）*RETAINEDEIGENMODES必须与*FREQUENCY分析步中计算的特征模态相同，或者是它的子集。
若是它的子集，那么没有应用到的特征模态必须不写入到结果文件中。
（5）*SUBSTRUCTUREMATRIXOUTPUT选项必须将recovery矩阵、刚度矩阵和质量矩阵写入到结果文件中。
（6）若在*SUBSTRUCTUREMATRIXOUTPUT选项中应用了*SLOAD参数，那么作用在子结构上的与所有内部和外部载荷相对应的模态载荷都将会传递到mnf文件中的模态预载中。
（7）*SUBSTRUCTURELOADCASE选项是可选的。
若该选项存在，那么*CLOAD数据应将早先在通用分析步中的载荷来表示模型中其它零件对子结构的影响。
如第（6）条所述，若在*SUBSTRUCTUREMATRIXOUTPUT选项中应用了*SLOAD=YES参数，那么这些外部载荷（同内部载荷一起）将会被写入到mnf文件的预载荷数据块中。
Abaqus输入文件的历史数据部分可以在所需的*FREQUENCY和*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步前包括通用分析步。
关于这些通用分析步应注意以下几点：
（1）这些分析步中写入到结果文件的位移将用来更新写入到mnf文件中的节点坐标。
最近的分析步的位移将更新前面分析步的位移。
因此，若在任何一分析步中写入了一个子集节点的位移，那么最终的分析步应写入所有节点的位移，否则一些节点会写入其初始坐标，另一些则写入变形后的节点坐标。
（2）这些分析步的载荷可能在mnf文件中传递模态预载（在*SUBSTRUCTUREMATRIXOUTPUT选项中应用了*SLOAD=YES参数）。
这是内部载荷和外部载荷将区别对待：
Ø内部载荷包括分散载荷（例如自重）和边界条件。
这些载荷被考虑为子结构的内在部分。
所有的*DLOAD数据和由于边界条件造成的制反力都将视为内部载荷
内部载荷的结果可能不为零。
例如若在一个约束了刚体运动的子结构上施加重力载荷，那么在adams中将会在约束的自由边界上加上根重力大小相等的载荷。
Ø外部载荷表示模型中其它零件作用在子结构上的影响。
所有的*CLOAD选项都认为是外部载荷。
为了传递这些载荷到adams中，通用分析步中的*CLOAD必须在*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步中复制为*SUBSTRUCTURELOADCASE数据。
<二>若需要用abaqus的Adams界面创建包含应力或应变的mnf文件，那么需要修改前面讲到的模版。
必须在*FREQUENCY分析步中加入对应力或应变的输出要求，如下面的例子：
***********************
*ELFILE，POSITION=NODES，DIRECTIONS=YES
1，
S，
E，
***********************
关于这个输出要求应注意以下几点：
（1）POSITION=NODES参数是必须的
（2）对于所有模型推荐DIRECTION=YES参数。
对于包含壳单元的模型该参数是必须的
（3）对于包含壳单元的模型，截面点号（如上例中的1）是必须的。
而对实体单元将忽略这个点号。
只能传递一个截面点的应力或应变结果到mnf文件中
（4）输出变量应力（S）、应变（S）或者两者一起都可以写入到结果文件中
另外，你必须运行第二个abaqus分析来重新获得子结构在静态约束下的应力或应变结果。
可以采用后文讲到的程序来制作第二个分析输入文件。
关于第一个分析文件中的*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步应注意下面一点：
Ø若在*RETAINEDNODEDOFS选项中应用了SORTED=NO参数，并且在数据行中同样的节点号或是节点集出现了不止一次，那么第二个输入文件必须编辑，以保证应用的节点出现同样次。
具体可参见10.1.1
4支持的abaqus单元
Abaqus的adams界面可以支持绝大多数拥有位移自由度的abaqus单元。
然而，这里存在一些限制和考虑。
无限元（例如CIN3D8）、耦合的热-结构单元（例如C3D8T）、通用的对称单元（例如CGAX3）和绗架单元（例如FRAME3D）都不支持
5创建ADAMS的mnf文件
5.1单位
Adams需要用户在零件模型中定义单元，而abaqus不需要。
因此在创建mnf文件中用户需要给定模型中应用的单位。
Abaqus的Adams界面中给定单位的路径与在adams/view中的UNITSETTING对话框非常类似。
可以通过采用UNIT选项指定预订一的单位系统。
当然，也可以通过length、mass、force和time选项来指定长度、质量、力和时间单位。
任何指定的单位将覆盖单位系统中相应的单位。
默认的单位系统为mks。
在unit选项中有效的单位系统如下表所示。
单位系统
长度单位
质量单位
力单位
时间单位
mks
米
千克
牛顿
秒
mmks
毫米
千克
牛顿
秒
cgs
厘米
克
达因
秒
Ips
英寸
斯格勒
磅力
秒
下面是关于长度、质量、力和实践选项的有效选项：
（1）长度单位：
包括米、毫米、厘米、千米、英寸、英尺、英里
（2）质量单位：
包括千克、吨、克、磅、斯格勒、千磅、盎司
（3）力单位：
包括牛顿、千牛、千克力、达因、盎司力、磅力和千磅力
（4）时间单位：
包括秒、毫秒、分和小时
5.2执行adams命令来创建不包含应力或应变的mnf文件
Adams命令是用来读取多分析步的abaqus分析产生的abaqus结果文件并产生adams的mnf文件的命令。
对结果文件的格式有很多特定的要求。
创建一个满足这些要求的输入文件在前面已述。
命令格式为：
Abaqusadamsjob=job_name
[input=input-file]
[Units=mmks/mks/cgs/ips]
[length=length-units-name]
[mass=mass-units-name]
[time=time-units-name]
[force=force-units-name]
（2）input:
这个选项指定了结果文件的名字（当它的名字不是job-name.fil的时候）
（3）units:
这个选项指定了模型中的单位系统。
它的可取范围为mmks、mks、cgs或者是ips，这些对应于adam/view中的选项。
默认为mks
（4）length:
这个选项指定了模型的长度单位。
若这个选项指定，那么它覆盖了指定单位系统中的长度单位。
（5）mass:
这个选项指定了模型的质量单位。
若这个选项指定，那么它覆盖了指定单位系统中的质量单位。
（6）force:
这个选项指定了模型的力单位。
若这个选项指定，那么它覆盖了指定单位系统中的力单位。
（7）time:
这个选项指定了模型的时间单位。
若这个选项指定，那么它覆盖了指定单位系统中的时间单位。
可以在abaqus的环境文件（abaqus_v6.env）中定义默认的单位值。
单位选项的默认值在adams_units_family参数中定义。
长度、质量、时间和力的默认值分别在adams_length_units、
adams_mass_units、adams_time_units、adams_force_units参数中设置。
5.3执行adams命令来创建包含应力或应变的mnf文件
为了创建包含应力或应变的mnf文件，abaqus的adams界面必须从两个结果文件中读取结果。
你可以创建结果文件，然后用adams命令来创建用于第二个abaqus分析的输入文件（如5.3.1所述）。
然后运行第二个分析，写下第二个结果文件。
在运用adams命令根据5.3.2的方法创建mnf文件。
5.3.1创建第二个输入文件
为了创建第二个abaqus分析的输入文件，运行如下所示的abaqus的adams命令：
Abaqusadamsjob=job_name
[input=input-file]
[make_se_recovery]
[stress_modes={on/off}]
[strain_modes={on/off}]
[section_point=section_point_number]
（1）job:
这个选项控制了新的要创建的输入文件的名称。
名称为job-name_se_recovery.inp
（2）input：
这个选项指定了第一个abaqus分析的结果文件（仅在其名不为job-name.fil时）
（3）make_se_recovery:
这个选项指定了编译器是用来创建一个新的abaqus输入文件，而不会创建mnf文件。
（4）stress_modes:
这个选项指定了新的abaqus输入文件会写入应力到结果文件中。
这里可选的值为on和off，默认时为on
（5）strain_modes：
这个选项指定了新的abaqus输入文件会写入应变到结果文件中。
这里可选的值为on和off，默认时为off
（6）section_point：
这个选项指定了壳单元截面点的应力或应变将写入到结果文件中。
默认值为1。
当为实体单元时，将忽视这个选项。
5.3.2从两个结果文件创建mnf文件（即两次abaqusjob=。
。
。
。
）
当运行两个abaqus分析后，可以运行下面的命令来生成包含应力或应变的mnf文件。
Abaqusadamsjob=job_name
[input=input-file]
[se_recovery_job=job-name_se_recovery]
[Units=mmks/mks/cgs/ips]
[length=length-units-name]
[mass=mass-units-name]
[time=time-units-name]
[force=force-units-name]
（1）job:
这个选项指定了创建的mnf文件的名称。
生成的mnf文件的名称为job-name.mnf。
当省略该选项时，会提示用户输入这个名称。
（2）input：
这个选项指定了第一个分析结果文件的名称（如果其名称不是job-name.fil）
（3）se_recovery_job:
这个选项指定了第二个分析的结果文件名称
（4）units:
这个选项指定了模型中的单位系统。
它的可取范围为mmks、mks、cgs或者是ips，这些对应于adam/view中的选项。
默认为mks
（5）length:
这个选项指定了模型的长度单位。
若这个选项指定，那么它覆盖了指定单位系统中的长度单位。
（6）mass:
这个选项指定了模型的质量单位。
若这个选项指定，那么它覆盖了指定单位系统中的质量单位。
（7）force:
这个选项指定了模型的力单位。
若这个选项指定，那么它覆盖了指定单位系统中的力单位。
（8）time:
这个选项指定了模型的时间单位。
若这个选项指定，那么它覆盖了指定单位系统中的时间单位。
5.4传递带有负特征值的模态
Abaqus的adams用户界面采用模态综合法来合成固定界面的正交模态和子结构向量，使之成为一个基本的模态自由度，这样可以在adams的动态分析中应用。
这个基础模态跨越了包括子结构刚体响应的空间。
典型的，对于一个没有预应力、在三维空间中没有约束的物体而言，它将具有六个刚体模态，特征值为0。
然而更常见的是一个没有约束的预应力结构可能具有少于6个的刚体模态。
预应力将预期的零值改成了明显的正值或负值，这取决于预应力的符号。
默认时，abaqus的adams界面删除了那些负特征值。
如果想保留这些负特征值，需要定义环境变量。
Ø在unix平台，键入以下命令：
setenvMDI_MNFWRITE_OPTIONSnegative_roots_OK
Ø在windows平台，键入以下命令：
setMDI_MNFWRITE_OPTIONS=negative_roots_OK
这样abaqus的adams接口会对负特征值模态按与其他模态同样的方式处理。
为了确定一个模型是否存在并传递了负特征值模态，你可以在输入文件中加入一个不包含任何边界条件的*FREQUENCY分析步。
如果加入这个分析步并运行得到在adams接口应用的结果文件时，它必须在结果文件中不写人任何信息。
6诊断错误信息和问题
在执行adams命令的过程中，可能会输出以下的警告和错误信息：
WARNING：
Thereare‘N’elementinsubstructureZ1,butonly‘M’massmatricshavebeenprocessedfromtheresultsfile.Carefullyreviewthisdiscrepancybeforeproceeding.
解释：
若读到的质量矩阵的树木为0，需要确认在*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步之前的*FREQUENCY分析布中存在一个*ELEMENTMATRIXOUTPUT，MASS=YES选项。
若m非零，但是小于n，那么模型可能是正确的。
一些abaqus单元，例如阻尼器，不具有质量矩阵。
一些其它的单元，如果在子结构的质量矩阵中没有明显标记的话，那么可能被忽视。
那些可以忽略质量的单元可以不需要包含在那些要在结果文件中写入质量的单元集中。
WARNING：
Nofixed-interfacenormalmodes.Theresultfiledidnotcontainanymodesfroma*FREQUENCYstep.Typically,thisstepcontains:
*NODEFILEU,
解释：
在结果文件中丢失了振动模态形状。
在*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步之前必须存在一个*FREQUENCY分析步。
采用如下的命令来将*FREQUENCY分析步中的振动模态形状写入到结果文件中：
*NODEFILE
U，
通常所有的模态形状都会被写入。
然而，若在*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步中保留了计算模态的一个子集（采用*RETAINEDEIGENMODES选项），那么*FREQUENCY分析步必须只写入这些模态。
*ERROR：
Misselementmassmatrics.Noelementmassmatricswerefoundintheresultfile.Theinputfilemustcontainanentrysimilarto*ELEMENTMATRIXOUTPUT,MASS=YES,ELSET=
Elset_name.Thisentrymustbeinthe*FREQUENCYstepprecedingthe*SUBSTRUCTURE
GENERATEstep.
解释：
*FREQUENCY分析步必须采用上面信息中给定的语法形式将单元质量矩阵写入到结果文件中。
ERROR：
Missinggeneralizedstiffnessandmassmatrices.Verifythatinputfiledefinesthissubstructureandcontainthefollowoption:
*SUBSTRUCTUREMATRIXOUTPUT,STIFFNESS
=YES,MASS=YES,RECOVERYMATRIX=YES[,SLOAD=YES]
解释：
*SUBSTRUCTUREGENERATE分析步必须将质量和刚度矩阵和recovery矩阵写入到结果文件中。
子结构载荷向量也可以写入，用SLOAD=YES选项。
ERROR：
Deprecatedsuperelementdataintheresultfile.ABAQUS/ADAMSVersion6.2andlaterrequirearesultfileinABAQUSVersion6.2.TheABAQUSanalysismustbererun.
解释：
用abaqus6.1或是更早的版本创建的结果文件不能被ABAQUS/ADAMS6.2或是更近的版本传递。
Abaqus与MSC.Adams接口实例
本节内容讲述了三个例子。
第一和第二个例子模拟了一个简单的柔性连杆。
第三个粒子是一个轮胎，它通过预应力膨胀，并在创建abaqus子结构之前与路面接触。
1.1采用实体单元模拟连杆
本例采用了三维实体单元模拟了一个简单的柔性连杆。
（1）键入以下命令来提取输入文件：
Abaqusfetchjob=adams_exl
Abaqusfetchjob=adams_exl_nodes
Abaqusfetchjob=adams_exl_elements
（2）键入以下命令来执行abaqus分析
Abaqusjob=adams_exl
（3）键入以下命令来指定abaqus的adams接口并传递abaqus分析生成的结果文件到mnf文件中：
Abaqusadamsjob=adams_exl
图1.1显示了adams四连杆中应用的实体连杆模型。
该连杆采用642个C3D10D四面体单元建模（1368个节点）
由于实体单元在节点上只有位移自由度，在adams模型中采用了多点约束来提供和其它零件的廉洁。
在铰链孔的中心沿着beam的中心线添加了两个节点。
位于铰链孔面上的C3D10节点与增加的节点采用beam型的多点约束连接，允许节点在连杆和其它零件间传递力和力矩。
在前文中讲述了如何定义单个子结构的选项。
计算了20个固定界面的振动模态来表述连杆的动态行为。
Adams采用固定界面的震动模态和约束模态来衡量连杆的柔性。
由abaqus计算的八个较低的固定界面的振动频率
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