ABAQUS PROGRAMA DE ELEMENTOS FINITOSPor: Maylett Y. Uzcátegui Flores [email protected] Mérida, Venezuela. desde un simple análisis lineal hasta simulaciones complejas no lineales. El programa puede resolver casi todo tipo de problemas.Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes ABAQUS es un programa destinado a resolver problemas de ciencias e ingeniería y esta basado en el método de los elementos finitos. permitiendo su aplicabilidad en distintas áreas de ingeniería. Este manual constituye una introducción que permite a los nuevos usuarios tener un punto de partida que les guíe y oriente en la búsqueda de información para resolver sus problemas e inquietudes. Abaqus posee una extensa librería de elementos finitos que permite modelar virtualmente cualquier geometría. MANUAL DE USUARIO 1 . así como su extensa lista de modelos que simulan el comportamiento de una gran mayoría de materiales. el cual contiene en una serie de líneas. que son interpretadas por Abaqus. dichos análisis están definidos por: División del problema en steps. o por medio de archivos de texto. Parte II El programa de elementos finitos crea durante un análisis archivos de salidas. especificar un tipo de análisis para cada step y describir cargas. Estos tienen como objetivo mostrar a través de visualizaciones. líneas de datos y líneas de comentarios. opciones (palabras claves). que proporciona una poderosa herramienta para la solución de una gran variedad de problemas. Este archivo de entrada es un archivo de datos. los convenios usados y las partes que definen un modelo. y luego se describe el archivo de entrada. por lo tanto en los siguientes párrafos se describen las reglas de sintaxis para su escritura. La gran mayoría de los archivos de entrada contienen la misma estructura básica. tal como Abaqus/Cae. En este capítulo se describen las características más resaltantes de cada uno de los elementos de la librería. además esta permitido combinar comportamientos de materiales como por ejemplo Elasticidad – Plasticidad. condiciones de borde y las salidas requeridas para cada step. así como los posibles errores originados durante un análisis. Parte IV En este capitulo se describen los tipos de materiales disponibles en Abaqus y contiene una pequeña descripción del comportamiento de los mismos. Parte V En este capitulo se describen los tipos de análisis disponibles en Abaqus/Standard y Abaqus/Explicit. que puede ser creado usando un editor de texto o desde el preprocesador gráfico del programa. Los materiales son definidos a partir de la selección del material y la definición de los requerimientos necesarios para establecer su comportamiento. los resultados del modelo analizado.Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes MANUAL DE USUARIO DE ABAQUS Parte I Se describe la documentación disponible. bien sea escrita o en línea de los manuales de Abaqus. MANUAL DE USUARIO 2 . Parte III Abaqus presenta una extensa librería de elementos finitos. 2 REGLAS DE SINTAXIS PARA EL ARCHIVO DE ENTRADA 1.4 DEFINICION DE UN MODELO MANUAL DE USUARIO 3 .Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes PARTE I DEFINICIÓN DE UN MODELO__________________________________________ 1.3 CONVENIOS 1.1 DOCUMENTACION 1. elementos rígidos. así como la definición de estudios parametritos. Analysis: Ofrece información sobre los tipos de análisis permitidos con Abaqus/Standard o Abaqus/Explicit. Analysis User`s Manual. tutorial de ejemplos. estas condiciones están relacionadas con condiciones iniciales. Constraints & Interactions: Este volumen establece las distintas condiciones que pueden ser impuestas en Abaqus. así como la instalación del programa bajo circunstancias particulares. manual de teoría. Spatial Modeling. carga. condiciones de borde. especificaciones del archivo de entrada. procedimientos.Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes 1. materiales. MANUAL DE USUARIO 4 . Entre los elementos se tienen elementos continuos. la información concerniente a: tipos de elementos finitos. Prescribed Conditions. propiedades eléctricas y propiedades definidas por el usuario entre otras. Volumen IV. execution & Output: Describe el archivo de entrada. modelado con Abaqus/Cae. convenio de signo. ejemplos. interacciones del tipo contacto tanto en Abaqus/Standard como Abaqus/Explicit. así como los archivos de salidas generados al ejecutar un proceso. elementos estructurales. así control de la convergencia. Este es un documento básico de referencia tanto para Abaqus/Standard como Abaqus/Explicit. Analysis User`s Manual. Volumen II. propiedades acústicas. Volumen I.1 DOCUMENTACION ____________ ___ Abaqus tiene a completa disposición del usuario. materiales. transferencia de calor.1 Documentación Escrita Se refiere a la información contenida en los manuales impresos: Analysis User`s Manual: Este manual contiene una completa descripción de los elementos. Analysis User`s Manual. constraint. Materials: Describe las propiedades mecánicas elásticas. Volumen VI. Este Manual contempla: Analysis User`s Manual. etc. propiedades inelásticas y propiedades de otros materiales como. así como la elección de los elementos apropiados para el tipo de análisis. y elementos de usuarios. Volumen III. elementos conectores. Elements: Ofrece información sobre los distintos elementos de la librería. Analysis User`s Manual. Analysis User`s Manual. 1. sintaxis. manual de palabras claves. elementos con propósitos especiales. condiciones iniciales. partes de un modelo. las técnicas de análisis. por medio de documentación escrita y en línea. Users Subroutines & Parametric Studies: Se refiere a todas las subrutinas que son definidas por el usuario. Volumen V. Intoduction. métodos de solución para resolver problemas lineales y no lineales. procedimientos de análisis. visualización y evaluación de resultados. son dadas en Analysis User`s Manual. shell. 1.6/.2 Documentación en Línea Abaqus tiene a disposición en la página: http://grid013. para proporcionar una guía para el usuario que tiene que trabajar con problemas que son relativamente desconocidos. Keywords Reference Manual. a través de la creación de modelos sólidos. Este manual contiene además. y el segundo. La información contenida en los libros de la última versión disponible. para análisis estáticos y dinámicos. ejemplos completamente resueltos para proporcionar una guía práctica para el análisis con Abaqus.Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes Example Problems Manual: Este volumen contiene más de 125 ejemplos detallados. Existen tres tipos de líneas: líneas de palabras claves. Getting Started with Abaqus: Este documento contempla un tutorial diseñado para ayudar a nuevos usuarios del programa a familiarizarse con Abaqus/Cae.H). section 1. Volumen II (I – Z): Este volumen contiene una completa descripción de todas las palabras claves del archivo de entrada. Algunas de las informaciones presentadas en este libro. Vol.1 __________ En esta sección se describen las reglas de sintaxis que gobiernan los archivos de entrada que son leídos por el programa de elementos finitos Abaqus. las mas relevantes para los usuarios. Los problemas propuestos sirven para dos propósitos: el primero para desarrollar habilidades en Abaqus con casos no triviales. líneas de datos y líneas de comentario. tanto en Abaqus/Standard como Abaqus/Explicit. I: Introduction. Installation and Licensing Guide: Este documento describe como instalar Abaqus y como configurar la instalación para circunstancias particulares.2 REGLAS DE SINTAXIS PARA ARCHIVOS DE ENTRADA_____ Referencia: Análisis User’s Manual. Abaqus/Cae User`s Manual: Este manual ofrece una descripción detallada de cómo usar Abaqus/Cae para la generación del modelo. sin embargo algunos problemas presentan un grado de dificultad mayor que requieren de la experiencia del usuario.2. y framed.ula.ve:2080/v6. Líneas de palabras claves: Estas líneas introducen palabras claves y a menudo parámetros conocidos por el programa.cecalc. que ilustran el uso del programa para problemas comunes. Release notes: Este documento contiene una breve descripción de las nuevas características disponibles en el último lanzamiento del paquete Abaqus. análisis. las cuales se encuentran en frases separadas MANUAL DE USUARIO 5 . 1. con Abaqus/Standard o Abaqus/Explicit. Volumen I (A . la palabra clave debe estar seguida por una coma (. el punto decimal y la notación exponencial. Dependencias=1 1. de esta manera los datos son asignados a una opción determinada. 1.2. Type= Isotropic. Las palabras claves y parámetros son definidos en el “Abaqus Keywords Reference Manual”. Un dato real es una cantidad formada por una parte entera y otra fraccionada. El valor puede ser entero. Si un parámetro tiene un valor.). Los parámetros deben estar separados por comas. el exponente será precedido por E y la opción (-) o (+) debe ser colocada. Un número real puede ser escrito de forma exponencial.) es usado para definir este tipo de datos. Un espacio en blanco dentro de las líneas de comando es ignorado. *Elastic. Una línea de datos sólo debe contener el número de datos especificados.2 Reglas generales para las líneas de datos Las líneas de datos deben ser escritas después de una Palabra Clave. el punto decimal (. Dependencias=1 Si el último carácter en es una coma.1 Reglas generales para las líneas de palabras claves Toda línea debe comenzar con un asterisco (*). de ser así. para ello.2. *Elastic Si un parámetro es dado. Un dato entero no puede ocupar un máximo de 10 dígitos. Type= Isotropic.Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes por comas. Los números con puntos flotantes pueden ocupar un máximo de 20 espacios incluyendo el signo. Líneas de datos: Se usan para la entrada de datos que pueden ser numéricos o alfanuméricos. Líneas de comentarios: Son líneas que se utilizan para escribir comentarios en el archivo de entrada. Una línea de datos no puede contener más de 256 caracteres incluyendo los espacios en blanco. MANUAL DE USUARIO 6 . se usa el signo igual (=). la próxima línea es interpretada como una continuación de la palabra clave. Los parámetros son usados para definir el comportamiento de una opción. real. o carácter.). Type=Isotropic Una línea de palabras claves no puede contener más de 256 caracteres incluyendo los espacios en blancos. *Elastic. *Elastic. Cuando se tienen un grupo de datos estos deben estar separados por coma (. el cual describe cada una de las opciones. 2. cargas. ya sea para las salidas referidas a variables nodales (desplazamiento. unidades y tiempo. Pueden contener cualquier tipo de información y se permiten caracteres alfanuméricos y especiales.Sistema coordenado cartesiano. Una línea de comentario no puede contener más de 256 caracteres incluyendo los espacios en blanco. section 1.). material. Y X Z Figura 1. Vol.3. Los siguientes tópicos son discutidos: Sistema coordenado. Abaqus permite que los datos puedan ser agrupados. MANUAL DE USUARIO 7 . las mismas. etc. Abaqus permite elegir otro sistema localmente. I: Introduction. 1.1.2 _____________ Los convenios que son usados a través del programa de elementos finitos están definidos en esta sección. restricciones y especificaciones de material de las secciones.3 CONVENIOS__________________________________________ Referencia: Análisis User’s Manual.3 Reglas generales para líneas de comentarios Toda línea de comentario debe comenzar con doble asterisco (**). y debe coincidir con la regla de la mano derecha. 1.1 Sistema coordenado El sistema coordenado usado por el programa de elementos finitos es el sistema cartesiano. cuyo convenio de signo positivo se muestra en la figura 1.Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes Una cadena de datos caracter no pueden contener una longitud superior a 80 caracteres. grados de libertad. Son ignoradas por el programa de elementos finitos.2. 1. ** Análisis del modelo Pueden estar localizadas en cualquier parte del archivo de entrada. etc. de esta manera se puede asignar a un grupo de datos las mismas condiciones de borde. aceleración. condiciones de carga. esfuerzos. Por ejemplo para elementos sólidos en dos dimensiones 2D.Grados de libertad considerados por el programa de elementos finitos. Para Abaqus las direcciones x – y – z. 1. (1) (2) (5) (6) Desplazamiento en r Desplazamiento en z Rotación a través del eje z Rotación en el plano r .3. coincide con las direcciones globales X – Y –Z.2 Grados de libertad El programa considera los grados de libertad que se muestran en la tabla 1. Presión de poros Potencial eléctrico No usado Temperatura (ó concentración normalizada en análisis de difusión de masa) (12) Segunda temperatura (para elementos Shell o Beams) (13) Tercera temperatura (para elementos Shell o Beams) (14) Etc.Grados de libertad considerados para elementos axisimétricos.3.Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes 1. las direcciones globales coinciden con las direcciones locales definidas.1. MANUAL DE USUARIO 8 . se usa únicamente los grados de libertad 1 y 2. Para elementos axisimétricos los grados de libertad referidos a los desplazamientos y rotaciones son: Tabla 1.z Los grados de libertad sólo son activados cuando el análisis lo requiere. si una transformación local es definida a un nodo. respectivamente. Tabla 1. las unidades utilizadas por Sistema Internacional de unidades (SI). ya que cada elemento finito usa los grados de libertad requeridos. sin embargo. Por ejemplo se muestran en la tabla 2.3 Unidades El programa no especifica las unidades a utilizar.2. Los grados de libertad asociados a cada nodo se refieren exclusivamente a los del elemento finito usado. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) Desplazamiento en x Desplazamiento en y Desplazamiento en z Rotación a través del eje x Rotación a través del eje y Rotación a través del eje z Warping amplitude (para secciones abiertas de elementos beams). por lo tanto. las unidades elegidas deben ser consistentes entre si. 5 Transformación del sistema coordenado Una transformación es usada para definir un sistema local de coordenadas. todos los datos de entrada para fuerzas concentradas. El tiempo del paso del análisis es medido desde el comienzo de cada paso partiendo desde cero. sin embargo. cuando un sistema de coordenadas es transformado y asociado con un nodo. 1.3.Ejemplo de símbolos y unidades usadas para el Sistema Internacional. sin embargo a través de Abaqus/Cae en el modulo de visualización se puede ver e imprimir los resultados en el sistema coordenado que se desee. cuyo objetivo será: definición de fuerzas concentradas y momentos. desplazamientos y rotaciones.3. Dimensión Indicador S. Los resultados siempre son dados en el sistema global de coordenadas (por conveniencia del postproceso). las componentes de esfuerzos y deformaciones son dadas en las direcciones del MANUAL DE USUARIO 9 . Las siguientes transformaciones son permitidas: Rectangular.I unidades Longitud L Metro Peso M Kilogramo Tiempo T Segundo Fuerza F Newton En Abaqus las rotaciones son expresadas en radianes y los ángulos en grados. Esférica. las componentes de esfuerzos y deformaciones son dadas por defecto en la dirección del material de la configuración inicial de referencia. mientras que el tiempo total es medido de forma acumulada hasta el último paso del análisis.3.3. Para análisis no lineales. Un sistema local de coordenadas no puede ser usado para definir coordenadas nodales ni propiedades del material.4 Tiempo Se consideran dos medidas de tiempo: tiempo del paso de análisis y tiempo total.Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes Tabla 1. 1. momento. Cilíndrica. Las transformaciones dadas a un nodo deben ser consistentes con sus grados de libertad.6 Direcciones locales Para análisis lineales. Normalmente las componentes de desplazamiento y rotación están representadas en el sistema global cartesiano. desplazamientos y rotaciones son dadas en el sistema local. 1.