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有限元分析的后處理涉及多種后處理軟件，其中Abaqus和HyperView是常用的兩種。它們在強度結(jié)果讀取方面有所差異，這給工程分析人員帶來了一定困擾。本文將結(jié)合一個案例介紹兩種后處理方式的差異和感悟，并為實際工程提供參考和借鑒。

先通過Hypermesh進行前處理，將對應(yīng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入并進行網(wǎng)格劃分。我們可以選擇六面體單元或者二階四面體單元來完成結(jié)構(gòu)離散化，同時需要確保單元大小達到4mm以上以滿足標準要求。如果采用六面體單元，則需要整體Jacobia達到0.6以上。

(資料圖)

圖1某卡箍（六面體網(wǎng)格）

二、載荷及邊界設(shè)定

該卡箍計算載荷為施加螺栓的安裝力矩30Nm。

三、后處理方式解析

在實際工程分析中，Abaqus/Viewer與Hyperview的強度后處理時，不管采用什么方法，兩者位移結(jié)果一致。有限元中采用形函數(shù)，先計算位移再計算應(yīng)力，應(yīng)力結(jié)果因處理方式不同而不同。

1、ABAQUS后處理門檻值

Abaqus最終計算出的是積分點上的應(yīng)力分量，但是在后處理中顯示的時候，單元之間會出現(xiàn)應(yīng)力梯度，為了使contour光滑需要將積分點應(yīng)力插值到節(jié)點處，最終可以以等效應(yīng)力的方式顯示的（通常采用mises應(yīng)力）或者是其他變量顯示節(jié)點的mises應(yīng)力是它相鄰的單元積分點的應(yīng)力插值過來的，但一個節(jié)點通常有多個相鄰單元，比如六面體節(jié)點有8個相鄰單元，但是每個單元插值到這個節(jié)點的應(yīng)力并不相同（通常情況下單元越密，不同單元插值到同一個節(jié)點的應(yīng)力越接近），這就需要一種方法來平均一下在節(jié)點處得到唯一的應(yīng)力值，使單元之間應(yīng)力連續(xù)。Abaqus提供了兩種插值方式，compute scalars before averaging和compute scalars after averaging。

（1）computescalars before averaging：首先計算出積分點上的等效應(yīng)力，然后分別插值到節(jié)點處，再平均。

（2）compute scalars after averaging：現(xiàn)將積分點處的應(yīng)力分量插值到節(jié)點處，再平均出節(jié)點處的應(yīng)力分量，最后通過應(yīng)力分量求出等效應(yīng)力。

其中第二種方法不需要設(shè)置閥值。

第一種方法將積分點處的應(yīng)力插值到節(jié)點處時，不同的單元插值過來的等效應(yīng)力由于單元等原因可能相差很大的，這樣就出現(xiàn)了閥值 averaging。

計算公式一：relative nodalvariation = （maximum at node – minimum at node）/( maximum over active regions- minimum over activeregions)

計算公式二：relative nodalvariation = （maximum at node – minimum at node）/(maximum within region- minimum within region)

第一個公式和第二個公式分母部分是選取的不同的參考區(qū)域。

如果 relative nodal variation

如果 relative nodal variation>averaging 則不做平均處理（會在節(jié)點處出現(xiàn)應(yīng)力不連續(xù)）。

Averaging處于0到100%Averaging值越大等值線越光滑，當averaging等于0的時候單元之間出現(xiàn)明顯應(yīng)力不連續(xù)，當averaging等于100%的時候 contour非常光滑，一般選擇75%即可。

注意：選擇Computescalars before averaging變量在平均方法得到的節(jié)點Mises 應(yīng)力偏大，作為工程分析的結(jié)果會更安全。此外，若在所關(guān)心的部位看到應(yīng)力不連續(xù)現(xiàn)象，應(yīng)在此處細化網(wǎng)格。

圖2 Abaqus應(yīng)力平均方法選項

2、Hyperview強度結(jié)果后處理方式

Hyperview中對應(yīng)力結(jié)果提供四種平均方法，分別是None、Simple、Adavanced、Difference。

（1）None：應(yīng)力結(jié)果不作任何處理；（2）Simple：張量和矢量分量被提取計算，并且對不變量進行計算，然后再進行平均處理，即先計算再平均。此方法相當于Abaqus/Viewer中的Compute scalars before averaging；（3）Advanced：張量和矢量結(jié)果被換算到一致的坐標系中，然后單獨平均產(chǎn)生一個平均張量或矢量，這些不變量再從這些平均的張量或矢量進行計算，即先平均再計算。此方法近似于Abaqus/Viewer中的Compute scalars after averaging；（4）Difference：在一個節(jié)點處的最大和最小角值間的差值。

圖3 None應(yīng)力平均方法 圖4 Simple應(yīng)力平均方法

圖5Advanced應(yīng)力平均方法圖6Difference應(yīng)力平均方法

3、分析結(jié)果對比（1）Abaqus和Hyperview兩種后處理位移結(jié)果一致（有限元計算原理先計算位移再計算應(yīng)力）。

圖7 Abaqus Before averaging方法 圖8 Hyperview Simple方法

（2）若結(jié)構(gòu)采用六面體單元離散，采用Simple結(jié)果一樣。

圖9 Abaqus Before averaging方法 圖10 Hyperview Simple方法

（3）若采用四面體單元離散，在Hyperview中需要將Use corner data選項勾選，此時兩種軟件最大主應(yīng)力結(jié)果一致。

圖11 Abaqus Before averaging方法 圖12 Hyperview Simple方法

表1 Abaqus與Hyperview結(jié)果對比

四、小結(jié)

通過大量的實際工程對比，得出初步的以下參考或建議：

1、對于結(jié)構(gòu)強度分析，推薦采用六面體單元進行結(jié)構(gòu)離散；若采用四面體單元，建議采用二階四面體單元。

2、采用Abaqus作為后處理時，建議采用Before averaging應(yīng)力處理方法；

3、采用Hyperview作為后處理時，建議采用Simple應(yīng)力處理方法；

4、若采用四面體單元進行結(jié)構(gòu)離散，建議勾選use corner data選項；

5、至于采用哪種強度理論，需結(jié)合實際結(jié)構(gòu)件材料和使用性質(zhì)來定。