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點?如何在Abaqus/CAE中設置?

　　對于裂紋擴展問題，傳統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.

　　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中實現流固耦合分析?

　　DS SIMULIA公司于2010年開發出第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Abaqus/Standard，Abaqus/Explicit與Abaqus/CFD的耦合，實現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.

　　圖6 Edit Co·execution對話框

　　3 如何實現求解器Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的協同仿真?

　　求解器Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit各有優缺點.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.二者的協同仿真可充分利用其各自優點，對于應變變化不大且沒有接觸或接觸狀態不復雜的區域，可用Abaqus/Standard計算，而對于應變變化較大或接觸狀態復雜的區域，用Abaqus/Explicit計算可大大提高計算效率.協同仿真的實現方法為：

　　(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，完成后點擊OK結束定義.