加工仿真、汽车部件等涉及的多工步分析问题（Marc的Pre-State和Model Section技术）

2021-04-21 16:03 作者:Marsco-CAE 0人读过 | 我要投稿

1．Pre-State功能介绍

在多工步、多工况分析过程中，后面的分析往往需要用到先前分析的结果作为初始条件，例如变形后的构型或者残余应力等，Pre-State就是一项提供分析结果数据转换的功能。利用Pre-State，用户可以在当前分析中直接调用先前分析的结果文件，从而方便的实现轴对称分析模型向3D模型、2D平面应变模型向3D模型的结果数据传递。当然，一般的同种类型分析的结果数据传递也是可以实现的。如果是接触分析，并且存在两个以上的变形接触体，Pre-State允许用户指定哪些变形接触体的数据需要进行传递。

使用Pre-State功能，应明确下面几个问题：

— 正确传递相关数据。例如，对于金属大应变塑性分析，先前分析的结果文件至少应当包含应力（Stress）和等效塑性应变（Equivalent Plastic Strain），并在后续分析中，通过Pre-State的定义选择这些结果，否则，不完整的数据传递将导致后续分析的错误。

— 前后分析所用单元的对应。并非所有单元都可以使用Pre-State功能。下面列出了目前支持Pre-State功能的单元类型。

轴对称→3D：10→7，20→7，82→84，83→84，28→21，67→21，33→35，66→35，55→57，59→61，48→23，142→23，144→146，145→146；

2D平面应变→3D：11→7，19→7，27→21，29→21，80→84，81→84，32→35，34→35；

2D→2D或3D→3D：7，157，10，11，19，20。

Pre-State分析的基本过程如下：

1）扫描某一结果文件的某个增量步结果；

2）收集指定接触体单元和节点的编号；

3）根据单元和节点的编号，收集相应结果值；

4）将收集的结果值直接复制或者按照二维到三维的扩展规则作为初始条件复制到新模型中。

Pre-State分析的具体操作步骤为：

1）运行第一工步分析；

2）打开结果文件；

3）从前一步分析的结果文件中抽取结果文件并扩展(如果需要可以将二维扩展到三维模型)到三维网格；边界条件也可以同时扩展；

4）基于抽取或扩展的新网格建立第二个工部的分析模型；

5）在定义初始条件的菜单中定义pre-state初始条件；

6）运行新模型。

2．Model Section功能介绍

在Marc2013版推出了一个比Pre-State 更灵活的新功能。虽然PRE STATE是一个非常好的的功能，但它是通过结果文件来传递数据，这会带来一些不便。它不仅要求所有需要的数据均要存在结果文件中（这有时是不可能的并会导致很大的数据文件），另外在前一个分析没有结束之前也不能准备出后一个完整的分析模型。采用Model Section 来传递各个分析阶段的数据就没有这些限制。在Marc手册C卷的 CREATE SEC 选项列出了支持的选项。Model Section可用于结构、热以及热机耦合分析之中。

一个 Model Section代表一个自我包容的有限元模型，即包括节点坐标、单元节点编号、材料模型和结果数据如应力、应变、位移、温度等。当采用在多工步仿真采用了Model Section，可以将前一个工步分析得到的Model Section包括在当前的工步中，即使不知道模型中有多少个单元或采用了何种材料本构模型。

Model Section 的使用方法大致如下：

• 采用CREATE SEC 选项来定义model section。每个Model Section存在一个文件中，在每个分析成功结束时产生。可以是不加任何载荷的分析（只有增量步0），或具有不同增量步的。在任何条件下，分析结束时的情况会存在Model Section 中。

• 采用IMPORT SEC 选项可以将前面定义的Model Section包含进来。如前所述，所有信息，包括材料本构模型和使用的单元，以及完整的求解状态都在Model Section中。当定义接触体，可以直接将一个Model Section为一个变形体。另外，边界条件如重力和塑性功热生成可以直接施加到Model Section 中。输入的Model Section 可以重新定位，这对采用不同前面工步采用的刚体模型是比较方便。

• 如果当前分析的工步会接着下一个仿真工步，可以用 EXPORT SEC 选项来输出Model Section。在输出过程中，可以改变维数，例如将轴对称或平面应变的Model Section 为全3D模型。

对于轴对称到3D的转化，支持以下单元类型：

10—> 7 20—> 7

28—> 21 67—> 21

33—> 35 66—> 35

55—> 57 59—> 61

82—> 84 83—> 84

对于平面应变扩展到3D实体单元，支持以下单元类型：

11—> 7 27—> 21

32—> 35 80—> 84

对于每个Model Section只能用一个材料模型，不允许用不同的单元的类型如实体和壳体单元。对于多种材料和单元类型的问题应该采用多个Model Section，这些Model Section必须用Marc分析分别产生。

3．Model Section应用案例

下面以Marc2013用户指南手册E 卷8.61内容为例加以说明。该例子原来是用于演示PRE SRTATE功能的，橡胶承套内、外环均与钢管（刚体）粘接，第一阶段外钢管(刚体)沿轴向移动2毫米，内环不动；第二阶段外钢管沿Y向向下移动1毫米，内环不动。第一阶段可以用轴对称单元来分析，第二阶段必须用3D单元来分析。鉴于以前有些教程中已有PRE-STATE应用案例，此处仅介绍Model Section的应用部分。

采用Model Section功能分析时，分三个模型，下面进行分别介绍。

第一个运行模型文件e8x61c.dat或e8x61c.mud产生轴对称的Model Section。该模型文件只有单元、节点以及材料数据，不加任何载荷与约束，在作业参数中定义输出Model Section，如图1所示。

第二个运行模型文件e8x61d.dat或e8x61d.mud输入第一个模型输出的Model Section，如图2所示。此模型要定义接触体、接触属性、接触表、工况、输出结果等，另外在作业参数中定义输出新的Model Section，如图3所示。注意在定义变形体时直接采用Model Section定义。

模型二分析得到的X向位移结果以及等效应力结果如图4、5所示。

第三个模型e8x61e.dat或e8x61e.mud读入3D的Model Section如图6所示，注意此时的Model Section一定要设定正确。其它的前处理工作做如定义接触体、接触属性、接触表、工况、输出结果等与模型二类似。同样定义接触体时可以采用Model Section而不需用单元定义。