Abaqus、Tosca和Fe-safe联合仿真进行疲劳优化

金影雨芬飞

　　1综述
　　
　　运用Abaqus、Tosca、Fe-safe联合仿真，实现产品的疲劳优化。Abaqus进行有限元计算，结果ODB文件导入到Fe-safe中进行疲劳分析，疲劳分析的损伤值作为Tosca形状优化的优化目标，Tosca对表面节点进行扰动，更新后的inp文件导入给Abaqus，如此循环实现疲劳优化。
　　

　　
　　图1疲劳优化流程
　　
　　2模型准备
　　
　　2.1ABAQUS模型
　　
　　有限元分析中采用线性分析，有2个LOADCASE，载荷分别为150MPa、70MPa（如图2）。由于TOSCA中不支持*Part、*Instance、*Assemble等关键字，输出inp文件时需进行设置，Model>Editattribute>Model>Donotusepartsandassembliesininputfile，如图3所示。
　　

　　
　　图2载荷
　　

　　
　　图3输出设置
　　
　　导出inp后，写批处理命令运行inp文件。
　　
　　callabaqusjob=holeplate_damcpus=4int
　　
　　2.2FE-SAFE模型
　　
　　FE-SAFE中疲劳分析设置过程如下图，导入FEA模型、设置分析集合材料、设置载荷工况，然后进行疲劳分析计算。
　　

　　
　　图4FE-SAFE疲劳分析设置过程
　　
　　疲劳计算完成后，在.\jobs\job_01\fe-results文件下生成holeplate_damResults.odb，last_run.stlx等文件。last_run.stlx文件是FE-SAFE计算的脚本文件，通过批处理命令可以直接运行。-p设置工作路径，j=refresh重新读结果文件，b输入文件，o输出文件名，-w不立即退出dos窗口，方便查看信息。具体设置参考帮助文档Userguide23.1节。
　　
fe-safe_cl-pC:\Users\zw\Desktop\tosca_fe-safej=refreshb=./last_run.stlxo=fatigueResult.odb–w
　　
　　注意stlx文件中输入输出文件的路径，*.ldf（载荷定义文件）采用绝对路径，*odb采用相对路径，否则Tosca在优化过程中会提示找不到*.ldf文件。
　　

　　
　　图5路径设置
　　
　　2.3TOSCA模型
　　
　　TOSCA中设置如下，选择2.2中写好的*.stlx文件，将Damage作为响应，优化时设置FE-SAFE为求解器。
　　

　　
　　图5TOSCA设置过程
　　
　　FE-SAFE疲劳分析可以采用脚本（Batchfile）宏(Macrofile)两种方式，TOSCA中需要进行相应的配置。配置文件tosca.cfg在路径.\Tosca\2017\win_b64\SMATsoResources\config中，该文件是PYTHON写的，若选择脚本形式（*.stlx），只需要在#defaultfe-safecommandlineusingmacrolife下一行前加入#即可。
　　

　　
　　图6Tosca.cfg文件修改
　　
　　TOSCA批处理命令如下，若不能运行，则需要在windows环境变量中添加path路径。
　　
　　tosca-jC:\Users\zw\Desktop\tosca_fe-safe\fatigueOpti-solverabaqus-lifefesafe
　　
　　3结果分析
　　
　　TOSCA优化结果如下图，优化前最大损伤值为1.9e-5（5.26e4次），优化后最大损伤值为1.13e-5（8.85e4次）。
　　

　　
　　图7优化前后寿命对比
　　
　　损伤值D随迭代次数的变化如图8所示。
　　

　　
　　图8损伤值D
　　
　　源文件连接：https://pan.baidu.com/s/1q7U533Flo_qpvOtjTdjAMg提取码：ib4u
　　
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