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一、前言

  本文以参考文献[1]中的四腿方桌为例，来介绍 Abaqus 子结构分析的实现。

子结构简单例子/原文截图

  桌腿的长度为 80 mm，其横截面为一正方形，截面尺寸为 20 mm × 20 mm，桌面板为长 160 mm，宽 120 mm 的矩形，厚度为 10 mm。整个桌子由 Q235B 级钢制成，钢材的弹性模量为 200 GPa，泊松比为 0.3，在桌面板形心位置处作用有竖直向下的集中荷载 F=5000 N。采用实体单元建模，网格尺寸为 5 mm × 5 mm × 5 mm。

类别	名称	几何尺寸
子结构	桌腿	80 × 20 × 20
主结构	桌面板	160 × 120 × 10

二、子结构的创建与分析

2.1 创建几何

  Step 1. Module: Part >> 创建桌腿 Part ，命名为 leg，如下图所示。

创建桌腿几何模型

2.2 属性指定

  Step 2. Module: Property >> 创建材料 >> 创建截面 >> 为桌腿 Part 赋截面。

材料属性的创建以赋予

2.3 模型装配

  Step 3. Module: Assembly

2.4 定义分析

  Step 4. Module: Step >> Create Step >> Linear perturbation >>

       Substructure generation >> Substructure identifier: Z 中输入 1~9999 之间的任意数字 (本算例输入107，你想输几就输几)，作为子结构识别号。

分析步的创建及设置

2.5 网格划分

  Step 5. Module: Mesh >> 划分网格。

为桌腿部件划分网格

2.6 单元属性

  Step 6. Module: Mesh >> Assign Element Type，设置单元积分类型为完全积分。

  Step 7. 为保留自由度的结点创建一个集合，集合名称为 RTNodes 。

结点集合RTNodes的创建

2.7 定义边界

  Step 8. Module: Load >> Create Boundary Condition >> Ratined nodal dofs >> 选择 step 6 创建的结点集合 RTNodes 。

设置保留自由度的结点及保留的自由度

2.8 提交作业

  Step 9. Module: Job >> 创建名为 leg 的作业并提交计算。

  至此，桌腿子结构部分创建完毕，完成分析后，在工作目录中将产生如下图所示的各种文件，其中最重要的文件之一是 leg_Z107.sim 。

三、主子结构的装配

3.1 主结构的创建

  Step 1. 启动一个新的 Abaqus/CAE 。

  Step 2. 创建桌面板 Part，命名为 slab，并赋截面属性。

桌面板几何模型的创建及材料属性的赋予

3.2 子结构的导入

  Step 3. 导入桌腿子结构，File >> Import >> Part >> leg_Z107.sim 。

桌腿子结构部分的导入

3.3 主子结构装配

  Step 4. Module: Assembly 完成桌面板(主结构)与桌腿(子结构)的装配。

桌腿子结构与桌面板主结构的装配

3.4 子结构场输出

  Step 5. 创建静力通用分析步及设置主子结构的场输出，若不设置子结构的场输出，在后续主子结构的 .odb 文件合后，子结构的结果将得不到有效的显示 (子结构云图为灰色) 。

分析步的创建及主子结构场输出设置

3.5 主结构分网格

  静力通用分析步 Step-1 创建完成后，自动生成场输出选项 F-Output-1，该输出选项可用于主结构部分的场输出设置，而子结构部分需要单独创建场输出 F-Output-2，并按如上图所示的方式设置。如果不单独设置子结构部分的场输出，则在主子结构计算结果文件 (.odb文件) 合并后，绘制应力云图等时，子结构部分为灰色，即没有相关数据，故子结构部分场输出的设置十分必要。

  Step 6. Module: Mesh >> 划分网格。

桌面板网格的划分(网格尺寸为5mm)

  Step 7. 创建结点集合 MNodes、SNodes 和 BCNodes，以方便后续约束的创建及边界条件的指定。

结点集合MNodes (桌面板下表面与桌腿接触部分的各结点)

结点集合FNode (桌面板上表面中点)

结点集合SNodes (桌腿顶部与桌面接触部分各结点)

结点集合BCNodes (桌腿底部与地面接触部分各结点)

3.6 主子结构约束

  Step 8. Module: Interation 创建约束等。

桌腿子结构与桌面主结构间的绑定约束

3.7 施加边界条件

  Step 8. Module: Load 施加荷载及设置边界条件。

集中荷载的施加

边界条件的指定

3.8 提交作业分析

  Step 9. Module: Job >> 创建名为 desk 的作业并提交计算。

忽略提示

  分析完毕后得到 5 个 .odb 文件，即包含桌面板计算结果的 desk.odb 文件，4个桌腿子结构的计算结果文件：desk_1537.odb、desk_1538.odb、desk_1539.odb 和 desk_1540.odb 。四个桌腿 .odb 文件后的四位数字为 Abaqus 随机指定，并没有什么规律。

四、.odb文件的合并

  分析完成后直接点击 Job Manager 页面内的 Results，只能查看主结构的计算结果，如下图所示。若想将主子结构的计算结果在一个 odb 文件内查看，需要将 4 个桌腿子结构的 odb 文件合并到桌面板主结构 odb 文件内。

  按如下方法可将主子结构的计算结果合并到 1 个.odb文件中：

  Step 1. 启动 Abaqus Command 。

  Step 2. 修改工作目录为上述 5 个 odb 文件所在的路径。

  在 CMD 命令行内输入 CD /D 新工作目录 后，按回车键，即可执行工作目录的修改。例如，将工作目录修改为 D盘内的 test 文件夹下，则需要输入 CD /D D:\test 后，按回车键 。

CD /D D:\test

  修改工作路径的另一种方法如下图所示。

  Step 3. 在命令行中输入 abaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1537.odb ，然后按回车键，就会执行将 1 个桌腿的计算结果 (desk_1537.odb) 合并到主结构的计算结果 (desk.odb) 中，最终实现 desk_1537.odb 文件中的内容被写入到 desk.odb 文件中。依次再执行 3 遍该合并命令，即可将全部桌腿的计算结果写入到 desk.odb 文件中。

abaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1537.odbabaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1538.odbabaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1539.odbabaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1540.odb

  若在 odb 文件的合并中，提示如下错误： ‘abaqus’ 不是内部命令或外部命令，也不是可运行程序或批处理文件。如下图所示。这说明 abaqus 不是你电脑中安装的 ABAQUS 版本的可执行程序名称，此时，需要将 abaqus 替换成你电脑中安装的 ABAQUS 版本的可执行程序名称，例如： abq691 等。

  已安装的 ABAQUS 可执行程序名称可按如下方式查看： Abaqus CAE 快捷方式 图标 >> 右击 >> 属性 >> 目标(T): ，如下图所示。

  由上图可以看到，abq6141 即为本电脑中安装的 16.4-1 版本 ABAQUS 的可执行程序名称，将上述各命令中的 abaqus 替换为 abq6141，即可顺利执行。

abq6141 substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1537.odbabq6141 substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1538.odbabq6141 substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1539.odbabq6141 substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1540.odb

  若该方法仍然报错，那么解决措施详见： cmd运行abaqus 出现‘abaqus’不是内部或外部指令的错误提示 。

  本文采用，最麻烦的一种方式解决上述报错。首先，将工作目录切换到 abq614 文件所在的目录下，即执行命令 CD /D F:\software\SIMULIA\Abaqus\Commands。

  其次，将 5 个 odb 文件复制到该目录下，即复制到 F:\software\SIMULIA\Abaqus\Commands ，如下图所示。

  最后，依次执行如下命令，便可实现主子结构的 odb 文件合并。

abaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1537.odbabaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1538.odbabaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1539.odbabaqus substructureCombine baseodb=desk.odb copyodb=desk_1540.odb

odb文件合并命令的顺利执行

  odb 文件合并完成后，可利用 Abaqus CAE 打开 desk.odb 文件，即可查看主子结构合并后的各种结果数据，如下图所示，为 Mises 应力云图。

  特别注意： 在进行主子结构分析时，若想显示子结构的计算结果，就要单独设置子结构的场输出。

子模型

五、尾声

  以上，便是 Abaqus 子结构 分析 的简单介绍。

  因篇幅有限，某些内容未做详细介绍，如有疑问，欢迎邮件交流。

  Email： liyang@alu.hit.edu.cn 。

  仅以此文为我有关子结构部分的计算做一个备忘，同时也为有需要的人多一份参考。

  本文仅用于个人学习，除此之外，无其他任何用途。

  因个人水平有限，文中难免有所疏漏，还请各位大神不吝批评指正。

  胸藏文墨怀若谷，腹有诗书气自华，希望各位都能在知识的 pāo 子里快乐徜徉。

  欢迎大家点赞、评论及转载，转载请注明出处！

  为我打call，不如为我打款！

  最后，祝各位攻城狮们，珍爱生命，保护发际线！

六、参考文献

[1]. 子结构简单例子. 仿真科技论坛. jinchengsimu.

[2]. Abaqus 6.14-1 帮助文档.

[3]. Abaqus输出矩阵：输出总体矩阵、单元体矩阵及使用python生成、读取矩阵文件的简易代码. 姜俊涛.

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