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Biomecânica dos Tecidos, LEBM, IST

Implementação de método evolutivo – interacção com o ABAQUS

Estrutura da apresentação

• Ficheiros de input de um processo ABAQUS• ficheiro quad1_comentado.inp• ficheiro quad2.inp (duas zonas com propriedades mecânicas distintas)• ficheiro quad3.inp (filas de elementos com diferentes propriedades)• ficheiro quad4.inp (todos os elementos tem propriedades diferentes)

• 1º Processo evolutivo no ABAQUS – programa biomecV1cada elemento é um diferente elset

• 2º Processo evolutivo no ABAQUS – programa biomecV2propriedades do material dependentes de uma field variable

• Análise e visualização da evolução


Ficheiros de input de um processo ABAQUS

1. ficheiro quad1_comentado.inp

2. ficheiro quad2.inp (duas zonas com propriedades mecânicas distintas)

3. ficheiro quad3.inp (filas de elementos com diferentes propriedades)

4. ficheiro quad4.inp (todos os elementos tem propriedades diferentes)

→ ficheiros associados às análises estão na directoria quad


Ficheiro de input de um processo ABAQUS (quad1_comentado.inp)

10 m

2 m10 m

x

p = 1 MN/m

4 m

y

E=200 GPaν=0.3


Malha de Elementos Finitos Deformada e tensão de Von Mises

Ficheiro de input de um processo ABAQUS (quad1_comentado.inp)


** --------------------+** Indicacao do titulo |** --------------------+*Headingexemplo de quadrado sujeito a pressão na parte superior e apoiado na parte inferior** -----------------------------------------------------------------+** Instrucao de controlo da informacao visualizada no ficheiro .dat |** -----------------------------------------------------------------+*Preprint, echo=NO, model=NO, history=NO, contact=NO** -------------------------------------------------------+** Definicao dos nos, indicando as coordenadas de cada no |** -------------------------------------------------------+*Node

1, -0.5, -0.52, -0.4, -0.53, -0.3, -0.54, -0.2, -0.55, -0.1, -0.5

:120, 0.4, 0.5121, 0.5, 0.5

** --------------------------------------------------------------------+** Definicao dos elementos, indicando a conectividade de cada elemento |** --------------------------------------------------------------------+*Element, type=CPS4

1, 1, 2, 13, 122, 2, 3, 14, 133, 3, 4, 15, 144, 4, 5, 16, 155, 5, 6, 17, 16

:

Ficheiro quad1_comentado.inp


:** ---------------------------------------------------------------------+** Definicao das propriedades dos elementos (subdividida em tres fases) |** |** Fase 1. criacao de um conjunto de elementos - elset - com todos os |** elementos existentes (com o nome de elem_all) |** Nota: Em vez de se listar extensivamente todos os elementos, |** utilizou-se a opcao generate, de modo a gerar incrementalmente |** de uma unidade todos os elementos entre 1 e 100 |** ---------------------------------------------------------------------+*Elset, elset=elem_all, generate

1, 100, 1** ---------------------------------------------------------------------------------+** Fase 2. definicao das propriedades da "seccao" do conjunto de elementos elem_all |** O material associado, mas ainda nao definido, tem o nome Mat1 |** ---------------------------------------------------------------------------------+*Solid Section, elset=elem_all, material=Mat11.,** ------------------------------------------------------------------------+** Fase 3. definicao das propriedades do material com a designacao Mat1 |** O material e elastico sendo fornecido o modulo de Young e coef. Poisson |** ------------------------------------------------------------------------+*Material, name=Mat1*Elastic200E+9, 0.3

:



:** ------------------------------------------------------------------------------+** Criacao do conjunto de nos - nset - para aplicacao das condicoes de fronteira |** Conjunto com o nome nbc_uxy sendo constituido pelos nos 1, 2, 3, 9, 10, 11 |** ------------------------------------------------------------------------------+*Nset, nset=nbc_uxy

1, 2, 3, 9, 10, 11** -----------------------------------------------------------------------------+** Aplicacao das condicoes de fronteira (ao conjunto de nos com o nome nbc_uxy) |** Nota: deslocamento constrangido na direcao 1 e na direcao 2 |** -----------------------------------------------------------------------------+*Boundarynbc_uxy, 1, 1nbc_uxy, 2, 2** ----------------------------------------------------------------+** Criacao dos conjuntos de nos - nset - para aplicacao das forcas |** Conjunto com o nome nfy1 constituido pelos nos 114 e 118 |** e conjunto com o nome nfy2 constituido pelos nos 115, 116 e 117 |** ----------------------------------------------------------------+*Nset, nset=nfy1

114, 118*Nset, nset=nfy2

115, 116, 117

:



:** ----------------------------------------------------------------------+** Criacao de step - passo de resolucao do problema de elementos finitos |** o problema de EF consiste numa analise estatica |** ----------------------------------------------------------------------+*Step*Static** -----------------------------------------------------------------------------+** Aplicacao das forcas (ao conjunto de nos com o nome nfy1 e ao conjunto nfy2) |** Nota: as forcas sao verticais na direccao negativa, no conjunto nfy1 a forca |** tem um valor 0.5E+06 enquanto ao conjunto nfy2 tem um valor 1.0E+06 |** -----------------------------------------------------------------------------+*Cloadnfy1, 2, -0.5E+06nfy2, 2, -1.0E+06

:



:** ------------------------------------------------------------------------------+** Controlo da escrita de resultados para ficheiros. |** Controlo para os ficheiros de restart (.res), de visualizacao grafica (.odb), |** de visualizacao tipo texto (.dat), de extraccao via rotina de programa (.fil) |** e de mensagens do processo de resolucao (.msg) |** |** |** Ficheiro ___.res |** Nao escrever nada no ficheiro de restart |** ------------------------------------------------------------------------------+*Restart, write, frequency=0** -----------------------------------------------------------------+** Ficheiro ___.odb (de visualizacao grafica) |** Escrever as variaveis field pre-selecionadas pelo ABAQUS |** adicionando as variaveis FV e SDV (caso existam) |** Nao escrever as variaveis de history |** Nota: frequency=99999 significa escrever apenas no final do step |** -----------------------------------------------------------------+*Output, field, variable=PRESELECT,frequency=99999*Element OutputFV,SDV*Output, history,frequency=0

:



:** -------------------------------------------------------------------------+** Ficheiro ___.dat (de visualizacao tipo texto) |** Escrever no centro de cada elemento: |** a area de cada elemento (EVOL), o tensor das deformacoes (E), |** o tensor das tensoes (S), parametros de tensao (SINV, inclui Von Mises), |** parametros de Energia (ENER, inclui densidade de energia elastica) |** -------------------------------------------------------------------------+*NODE PRINT, FREQ=0U,*EL PRINT, POS=INTEG, FREQ=0*EL PRINT, POS=NODES, FREQ=0*EL PRINT, POS=CENTROIDAL, FREQ=99999EVOL,E,S,SINV,ENER*EL PRINT, POS=AVERAGE, FREQ=0*ENERGY PRINT, FREQ=99999

:



:** -------------------------------------------------------------------------+** Ficheiro ___.fil (de extraccao de resultados via subroutina) |** Escrever no centro de cada elemento: |** a area de cada elemento (EVOL), o tensor das deformacoes (E), |** o tensor das tensoes (S), parametros de tensao (SINV, inclui Von Mises), |** parametros de Energia (ENER, inclui densidade de energia elastica) |** -------------------------------------------------------------------------+*NODE FILE, FREQ=0*EL FILE, POS=INTEG, FREQ=0*EL FILE, POS=NODES, FREQ=0*EL FILE, POS=CENTROIDAL, FREQ=99999EVOL,E,S,SINV,ENER*EL FILE, POS=AVERAGE, FREQ=0*ENERGY FILE, FREQ=99999** ---------------------------------------------------------------------+** Ficheiro ___.msg (de mensagens do processo de resolucao) |** Escrever informacao em todos os incrementos do processo de resolucao |** ---------------------------------------------------------------------+*PRINT, FREQ=1** ------------+** Fim do step |** ------------+*END STEP



10 m

2 m10 m

p = 1 MN/m4 m

E = 200 GPaν=0.3

Ficheiro de input de um processo ABAQUS (quad2.inp)

E = 20 GPaν=0.3


:** ---------------------------------------------------------------------------------+** Definicao das propriedades dos elementos |** Os elementos da metade esquerda possuem um modulo de Young |** 10 vezes superior aos elementos da metade direita |** |** Definicao de dois elsets, um referente a metade esquerda (elset=elem_fila12345) |** e outro elset referente a metade direita (elset=elem_fila67890) |** O elset elem_fila12345 e constituido pelo material Mat12345 (com Modulo de Young |** de 200E9), enquanto o elset elem_fila67890 e constituido pelo material Mat67890 |** (com Modulo de Young de 20E9) |** ---------------------------------------------------------------------------------+*Elset, elset=elem_fila12345

1, 2, 3, 4, 5,11, 12, 13, 14, 15,21, 22, 23, 24, 25,31, 32, 33, 34, 35,41, 42, 43, 44, 45,51, 52, 53, 54, 55,61, 62, 63, 64, 65,71, 72, 73, 74, 75,81, 82, 83, 84, 85,91, 92, 93, 94, 95

*Solid Section, elset=elem_fila12345, material=Mat123451.,*Material, name=Mat12345*Elastic200.E+9, 0.3

:

Ficheiro quad2.inp


:***Elset, elset=elem_fila67890

6, 7, 8, 9, 10,16, 17, 18, 19, 20,26, 27, 28, 29, 30,36, 37, 38, 39, 40,46, 47, 48, 49, 50,56, 57, 58, 59, 60,66, 67, 68, 69, 70,76, 77, 78, 79, 80,86, 87, 88, 89, 90,96, 97, 98, 99,100

*Solid Section, elset=elem_fila67890, material=Mat678901.,*Material, name=Mat67890*Elastic20.E+9, 0.3

:

Ficheiro quad2.inp


10 m

2 m10 m

x

p = 1 MN/m4 m

yMódulo de Young varia entre 200 GPa e 20 GPa(diminuição da zona da esquerda do domínio para a zona da direita) ν=0.3



** ----------------------------------------------------------------------------+** Definicao das propriedades dos elementos |** Cada fila de elementos possui um Modulo de Young diferente |** A segunda fila a contar da esquerda possui 90% do valor da primeira, |** a terceira fila a contar da esquerda possui 80% do valor da primeira, |** a quarta fila 70% e assim sucessivamente. |** |** De uma certa maneira, é como se existisse um material com modulo de Young |** directamente proporcional a uma densidade, valendo essa densidade 1 na fila |** da esquerda, 0.9 na segunda fila, 0.8 na terceira, etc |** |** Definicao de um elset para cada fila, estando a cada elset associado um |** diferente material |** ----------------------------------------------------------------------------+*Elset, elset=elem_fila1

1, 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91*Elset, elset=elem_fila2






7, 17, 27, 37, 47, 57, 67, 77, 87, 97

:

Ficheiro quad3.inp


:*Solid Section, elset=elem_fila1, material=Mat11.,*Solid Section, elset=elem_fila2, material=Mat21.,*Solid Section, elset=elem_fila3, material=Mat31.,*Solid Section, elset=elem_fila4, material=Mat41.,*Solid Section, elset=elem_fila5, material=Mat51.,

::

*Material, name=Mat1*Elastic200.E+9, 0.3




:

Ficheiro quad3.inp


Ficheiro quad3_modificado.inp:

** É possivel definir variaveis com um determinado valor em cada elemento |** finito ou em cada conjunto de elementos. |** Podemos identificar uma variavel por elemento finito (ou conjunto de |** elementos) como a densidade. |** Para isso e necessario, numa primeira fase, acrescentar na definicao do |** material a instrucao *DEPVAR, seguido do numero de variaveis dependentes |** |** NOTA: Na implementacao utilizada, este procedimento é apenas para permitir |** a visualizacao de uma grandeza proporcional ao valor do modulo de Young |** (a densidade). Fica disponivel no ABAQUS CAE a visualizacao de um field com |** a designacao SDV (SDV1) |** ----------------------------------------------------------------------------+

::


*DEPVAR1,*Material, name=Mat2*Elastic1800.E+9, 0.3

*DEPVAR1,*Material, name=Mat3*Elastic160.E+9, 0.3

*DEPVAR1,

:


Ficheiro quad3_modificado.inp

:*Material, name=Mat10*Elastic

20.E+9, 0.3*DEPVAR1,** -------------------------------------------------------------------------+** Após a indicacao que cada material possui uma variavel dependente, |** é possivel atribuir valor à variavel. |** A atribuicao pode ser feita indicando linha a linha o valor por elemento |** ou por conjunto de elementos |** NOTA: Esta definicao pode ser feita atraves de leitura de ficheiro texto |** -------------------------------------------------------------------------+*initial conditions, type=solutionelem_fila1, 1.0elem_fila2, 0.9elem_fila3, 0.8elem_fila4, 0.7elem_fila5, 0.6elem_fila6, 0.5elem_fila7, 0.4elem_fila8, 0.3elem_fila9, 0.2elem_fila10,0.1

:


Distribuição da variável SDV Deformada e tensão de Von Mises

Ficheiro de input de um processo ABAQUS (quad3_modificado.inp)


10 m

2 m10 m

x

p = 1 MN/m4 m

yMódulo de Young diminui 1% na transição entre elementos, ou seja começando no canto inferior esquerdo diminui 1% por elemento até atingir o canto superior direito ν=0.3



Distribuição da variável SDV (densidade) Deformada e tensão de Von Mises



** ----------------------------------------------------------------------------+** Definicao das propriedades dos elementos |** Cada elemento possui um Modulo de Young diferente, começando com o valor |** 200E9 e diminuindo 1% em cada elemento de acordo com o numero do elemento. |** |** De uma certa maneira, é como se existisse um material com modulo de Young |** directamente proporcional a uma densidade, valendo essa densidade 1 no |** elemento 1, 0.99 no elemento 2, 0.98 no elemento 3 e assim sucessivamente. |** |** Definicao de um elset para cada elemento, estando a cada elset associado um |** diferente material. |** |** Para simplificar a escrita deste ficheiro de input e estruturar melhor os |** dados, a leitura das instrucoes das propriedades materiais é feita num |** ficheiro de texto em separado (elemprop.inp) |** |** Foi definida uma variavel SDV1 à qual foi atribuida um valor de densidade. |** Este procedimento é apenas para permitir a visualizacao de uma grandeza |** proporcional ao valor do modulo de Young. Fica assim disponivel no |** ABAQUS CAE a visualizacao de um field com a designacao SDV1. A leitura do |** valor da variavel SDV1 foi feita de um ficheiro à parte (dens.dat) |** |** ----------------------------------------------------------------------------+*include, input=elemprop.inp*initial conditions, type=solution, input=dens.dat**

Ficheiro quad4.inp


*Elset, elset=elem0011,

*Solid Section, elset=elem001, material=mat0011.,

*Material, name=Mat001*Elastic

0.2000E+12, 0.3*DEPVAR1

** -------------------------------------*Elset, elset=elem002

2,*Solid Section, elset=elem002, material=mat0021.,


0.1980E+12, 0.3*DEPVAR1

** -------------------------------------*Elset, elset=elem003

3,*Solid Section, elset=elem003, material=mat0031.,


0.1960E+12, 0.3*DEPVAR1

** -------------------------------------

:

Ficheiro elemprop.inp Ficheiro dens.dat

1, 1.002, 0.993, 0.984, 0.975, 0.966, 0.957, 0.948, 0.939, 0.92

10, 0.9111, 0.9012, 0.89

::

95, 0.0696, 0.0597, 0.0498, 0.0399, 0.02

100, 0.01

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