[发明专利]一种基于ABAQUS有限元与边界元的耦合方法

说明书

本发明提供了一种基于ABAQUS有限元与边界元的耦合方法,包括：S1、ABAQUS根据输入文件调用ABAQUS/Explicit分析计算生成结果文件Job‑1.odb；S2、运行odbHistoryOutput.py把位移和坐标数据写入到TXT文本；S3、读取TXT文本的数据生成边界坐标矩阵和节点位移向量；S4、调用SolveStrategye进行时域边界元分析计算；S5、根据时域边界元分析计算将边界的面力转换成节点力；S6、利用平衡原理f=‑Mp生成节点力矩阵并写入TXT文本；S7、运行Inpmodify.py生成下一个时间步耦合的输入文件。数据读写处理速度快，方便快捷。

技术领域

本发明属于建筑结构耦合技术改进领域，尤其涉及一种基于ABAQUS有限元与边界元的耦合方法。

背景技术

随着中国城市化进程不断扩张，高层建筑、大跨桥梁、地铁以及交通隧道等都在大量建设而且还将不断涌现。这些建筑物的结构类型、规模复杂多样，地基却是一成不变的；结构减震、抗震研究已成为热点研究课题，然而结构及地基组成的体系的抗震研究更加具有研究意义。

当前，正在众多数值分析算法中，有限元法通过对区域进行插值离散，不仅能够很好的处理线弹性、均匀介质问题；也适用于非线性、非均质、各向异性问题的求解；同时有限元算法适应不同的几何形状。目前存在着较多的有限元分析软件，例如德国的ASKA，英国的PAFEC，法国的SYSTUS、美国的ABAQUS、ANSYS还有中国的PKPM。这些有限元分析软件的共同特点是具有高效的非线性求解器以及丰富和实用的非线性材料库，这些特点使得有限元法可以更加真实地分析实际工程问题。

边界元法是在边界积分方程和对全域为连续函数的基本解的基础上发展起来的。由于基本解包含奇异性且能够自动的满足无穷远处的边界条件，因此边界元法容易处理无限域、半无限域和带有奇异性的问题。同时只对边界进行离散，降低了问题的维数，使数值计算过程得到简化。目前边界元法数学理论还处于完善之中，在收敛性、误差分析和各种不同的边界元形式的统一等方面有待于形成较规范的数学理论，所以较多的存在一些研究者自己编写的边界元程序，缺乏完善的前后处理程序，只能分析一些简单的模型。

有限元边界元耦合法可以充分发挥边界元法处理远场线性土体问题的优势；有限元法处理近场结构非线性问题的长处，结合二者的优点，避免二者的缺点，能解决一些大型复杂结构的动力问题。对于边界元工作者而言，一般都编有边界元程序。但是，进行有限元边界元耦合法的工作研究时，由于缺乏有限元软件和边界元软件对应的接口，为了方便利用现有的边界元程序，目前有限元边界元耦合方面的研究主要采用的方法是自行编制相应的有限元程序及耦合程序。

有限元法在处理场域分布剧烈变化的奇异问题时，存在较大的困难；同时有限元处理无限延伸的开域或者半无限域的开域问题时，一般采用透射边界、粘性边界、粘弹性边界或者无限单元等，这些处理方式较为复杂，而且在有限元软件中实现难度较高。

边界元能够很好的处理无限域问题，并能很好地保持计算精度，但是边界元法对于各向异性问题、以及非均质、非线性问题的处理存在困难，并且边界元法缺乏大型通用商业软件。

针对有限元和边界元耦合法的工作研究，由于缺乏有限元软件和边界元软件对应的接口，为了方便利用现有的边界元程序，目前有限元边界元耦合方面的研究主要采用的方法是自行编制相应的有限元程序及耦合程序。而这样做的局限性在于：(1)分析计算时由于缺乏有限元软件那样的丰富的材料库和单元库，因此在需要有限元边界元耦合法分析非线性或者具有复杂边界条件问题时，前期建模往往会花费更大时间成本编制前处理程序。(2)当使用耦合法的计算之后，想要呈现模型的应力分布情况时，需要寻找生成应力云图的插件，并将应力数据输入至插件的接口才能生成应力云图，这种后处理操作过程相当麻烦。

现有的时域边界元软件是用MATLAB编制的。以python编制的脚本文件关联MATLAB和ABAQUS。MATLAB编制的程序python识别不了，python编制的脚本文件MATLAB也读取不了。

发明内容