FE-Berechnungen in der Geotechnik (SS 2012)

Institut für
Bodenmechanik
und Felsmechanik
FE-Berechnungen in der Geotechnik (SS 2012)
Kurzeinführung zu ABAQUS/CAE (ComputerAided Engineering)
C. Grandas and A. Niemunis
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und
nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
www.kit.edu
Motivation
Für komplizierte FE Modelle kann das manuelle Erzeugen
einer Eingabedai (z.B. durch Texteditor) extrem mühsam
sein.
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Einleitung
ABAQUS/CAE ist eine grafische Oberfläche (GUI),
mit der man u.a.:
FE-Modelle für ABAQUS definiert
Jobs zum ABAQUS/Standard abschickt
Simulationergebnisse darstellt
ABAQUS/CAE ist in Module aufgeteilt. Jedes
Modul dient einem Aspekt der Modellierung.
Modul ist ein Teil des CAE-Programms und nicht
des FE-Modells.
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Einleitung
ABAQUS/CAE kann auch eine Eingabedatei
(*.inp) erzeugen, die mit einem Text-Editor
nachgearbeitet werden kann.
ABAQUS/CAE ermöglicht auch die Ausgabedatei
(*.odb) zu öffnen und die Ergebnisse darzustellen
(wie ABAQUS/Viewer).
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CAE-Module*:
Part: Erstellen eines Modellteils (wie bei Maschinenbau,
nützlich für Kontakte, evtl. für das Kopieren)
Part = Muster, z.B. Part-1
Instanz = Kopie eines Parts, z.B.
Part-1-1
Part-1-2
Property: zum Definieren vom Material and Querschnitt
Assembly: um die Instanzen zusammen zu setzen
Module* = Sammlung von Tools für eine bestimmte Aufgabe
innerhalb des gleichen Programms
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CAE-Module Part und Assembly in Aktion:
Definition der Modellteile
(=mit Parts)
Reife
Karosserie
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Zusammensetzung der
Instanzen von Modellteilen
(=mit Assembly)
Karosserie-Instanz-1
Reife-Instanz-1
Reife-Instanz-2
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Weitere CAE-Module:
Step: Definition des Belastugsschritts inkl. der Ausgabe
Interaction: Definition von Kontakten zwischen Instanzen
Load: Definition von Lasten und Randbedingungen. Sie
werden auf geometrische Objekte (z.B. Flächen, Seiten
einer Instanz) und nicht auf das Netz bezogen!
Mesh: Definition des FE-Netzes
Job:
Erstellung einer Eingabedatei für evtl. manuelle Nachbearbeitung
Einbindung von User-Subroutinen (z.B. UMAT)
Einreichen des Jobs zum ABAQUS-Standard
Visualization: Darstellung der Ergebnisse
Sketch: Erstellung von Skizzen für die Nachbearbeitung
von Parts
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ABAQUS/CAE Hauptfenster
Hier kann ein Modul
gewählt werden
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Aufgabe 1: axiale Kompression (Triaxialversuch)
Die axiale Kompression einer Probe wird simuliert. Die Probe wird mit
einem axialsymmetrischen Modell repräsentiert. Das Modell soll mit Hilfe
von ABAQUS/CAE erstellt werden. Das Materialverhalten sei zunächst
linear-elastisch mit E = 2.1e+08 und ν = 0.29. Die Anfangsspannung sei
isotrop σ1= σ2 = -100 kPa. Die Inkrementierung der vorgegebenen
axialen Verschiebung von ε2= 10 % soll automatisch erfolgen: das
Anfangsinkrement sei 0.01, das größte bzw. kleinste Inkrement betrage
0.001 bzw. 0.5. Die Endplatten sind rau (keine relative Verschiebung
zwischen Probe und Platten möglich).
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Abaqus-Skriptsprache
Jedes „Klicken“ in CAE wird in Form eines Python-Befehls
in einer Replay-Datei (*.rpy) intern gespeichert.
Die Replay-Datei kann entweder neu eingelesen werden
(z.B. nach einem Abbruch des CAE-Programms) oder mit
einem externen Texteditor bearbeitet und für ein anderes
Modell verwendet werden.
Z.B. ein Ausschnitt aus Replay-Datei von Aufgabe 1 ist:
s.ConstructionLine(point1=(0.0, -100.0), point2=(0.0, 100.0))
s.FixedConstraint(entity=g[2])
s.rectangle(point1=(0.0, 0.0), point2=(0.05, 0.1))
p = mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',
dimensionality=AXISYMMETRIC, type=DEFORMABLE_BODY)
p = mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']
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Abaqus Scripting Interface
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Abaqus-Skriptsprache
Man kann die rpy-Datei mit einem Text-Editor
parametrisieren.
Damit kann man den Einfluss von Geometrie der
Probe (r und h) auf die Verformung des Materiales
in einem Triaxialversuch leicht testen.
h
r
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So wird rpy-Datei parametrisiert:
Die Koordinaten des Eckpunkts der Probe (0.05, 0.1)
in der ursprünglichen rpy-Datei
s.ConstructionLine(point1=(0.0, -100.0), point2=(0.0, 100.0))
s.FixedConstraint(entity=g[2])
s.rectangle(point1=(0.0, 0.0), point2=(0.05, 0.1))
p = mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',
dimensionality=AXISYMMETRIC, type=DEFORMABLE_BODY)
p = mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']
werden mit den Variablen r und h ausgedrückt (=parametrisiert):
r = 0.05 # Radius (Parameter)
h = 0.1 # Höhe der Probe (Parameter)
s.ConstructionLine(point1=(0.0, -100.0), point2=(0.0, 100.0))
s.FixedConstraint(entity=g[2])
s.rectangle(point1=(0.0, 0.0), point2=(r, h))
p = mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',
dimensionality=AXISYMMETRIC, type=DEFORMABLE_BODY)
p = mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']
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Einführung zu Python
Python ist eine Interpreter-Programmiersprache (keine
Kompilierung möglich).
Python ist eine objekt-orientierte (OO-) Sprache.
Objekt = verkapselte Daten (members, möglicherweise mit anderen
Objekten) + Funktionen (methods)
Ein stand-alone Python-Interpreter (mit libraries and
Dokumentation) ist unter www.python.org frei verfügbar !
CAE besitzt ein eigenes, integriertes Python-Interpreter:
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Syntax der Python-Sprache
Python unterscheidet zwischen Groß- und
Kleinschreibweise (im Gegensatz zu Fortran).
Variablen werden nicht deklariert (im Gegensatz
zu C, Pascal, Java).
Einrückungen trennen die Sprachstrukturen
(statt begin…end oder { } )
Erweiterung der Python Skriptdateien ist *.py.
end-of-line Kommentare fangen mit # an.
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Datentypen in Python
Integer
>>> i = 20
>>> j = 64
Float
>>> pi = 3.14159
Sequences
Strings
Lists
Tuples
Arrays
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Datentypen in Python (Sequences)
List: veränderbare heterogene Sequenz
>>> myList = [7,6.0,‘Hallo‘,4]
Das Objekt ‚List‘ hat seine eigene Methoden, z.B.
>>> myList [1, 9, 3]
>>> myList.append(33)
>>> myList [1, 9, 3, 33]
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Datentypen in Python (Sequences)
Tuple: unveränderbare heterogene Sequenz
>>> myTuple = (7,6.0,‘Hallo‘,4)
>>> myTuple = Tuple( [1, 9, 3] )
Das Objekt ‚Tuple‘ hat keine Methode.
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Datentypen in Python (Sequences)
String: unveränderbare homogene Sequenz
>>> myString= ‘Hallo‘
>>> myString = ‘Hallo‘ + ‘ Python‘
Das Objekt ‚String‘ hat eigene Methode, z.B.
>>> myString.split()
[‘Hallo‘, ‘Python‘ ]
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Datentypen in Python (Dictionary)
Veränderliche Tabelle mit Objectreferenz.
>>>
>>>
>>>
>>>
myPart = {} #Create an empty dictionary
myPart['height'] = 3.0
myPart['width'] = 6.0
myPart['color'] = 'Red'
In gegensatz zu Sequenzen erfolgt der Zugriff durch den
Schlüssel und nicht über die Position.
>>> aspect = myPart['height'] / myPart['width']
>>> aspect
>>> 0.5
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Steuerblöcke in Python
Python verwendet Einrückung um Steuerblöcke zu
begrenzen.
If Blöcke
>>> load = 10
>>> if load > 6.75:
print 'Reached critical load'
While Blöcke
>>> load = 10
>>> length = 3
>>> while load < 1E4:
load = load * length
print load
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Steuerblöcke in Python
For Blöcke
>>> for i in range(5):
print i
0
1
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Beispiel einer Python Skriptdatei (ohne Abaqus)
Das Skript kann mit einem Texteditor geschrieben werden und unter
den Namen „bsp.py“ (in z.B „C:\Temp“) gespeichert.
import math
import os
var = raw_input("Radius of the circle= ")
area = math.pi*float(var)**2
f = open('result.txt', 'w')
line = "The area of the circle is " + str(area)
f.write(line)
f.close()
os.system("C:\WINDOWS\system32\\notepad.exe result.txt")
Die Ausführung erfolgt in einem DOS-Fenster mit dem Befehl
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Struktur in der Input Information in Abaqus CAE
Abaqus verschafft Ordnung für die Input und
Output Information.
Alle Input Information des AnfangsRandwertproblems werden im Abaqus in einer
gemeinsamen Struktur (database = model)
aufbewahrt. Nur die Einträge werden sich
unterscheiden (oder leer bleiben)
Durch die input (zB. via CAE) verändern wir den
Inhalt der einzelnen Einträge/Felder
(=Objekte=containers) des models.
Die containers können ebenfalls eine komplizierte
baumartige Struktur haben.
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Struktur der Output Information in Abaqus CAE (View)
Ergebnisse aus Abaqus werden in einer fest definierten Struktur (output database
= odb) geschrieben. Nur die Einträge (Inhalte) werden sich unterscheiden (oder
leer bleiben), abhängig vom Output aus der Abaqus Berechnung.
Einige Einträge (=Objekte=containers) in der odb können evtl. vervielfacht werden
(z.B. step, frame)
Die containers können ebenfalls eine komplizierte baumartige Struktur haben.
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