任意梁截面的仿真解决方案-VABS(变分渐近梁截面分析)
VABS（Variational Asymptotic Beam Section Analysis，变分渐近梁截面分析）是一种基于变分渐近法的梁截面力学特性分析理论，由美国佐治亚理工学院的Hodges教授团队于20世纪90年代提出。该方法通过数学上的渐近分析，将三维弹性问题降维为一维梁理论，同时高精度地预测梁的截面刚度特性、应力分布及耦合效应。
结构有限元求解器OptiStruct和VABS集成在Altair Simulation平台上，通过后者计算任意横截面形状和材料的整套梁截面属性的能力来分析细长结构，而无需任何临时的运动学假设。
在开始之前，请将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录。
HyperMesh仍然是为VABS生成输入的主要预处理工具。
VABS（变分渐近梁截面分析）是一种横截面分析工具，用于计算1D梁属性并恢复细长复合结构（以及各向同性材料）的3D应力/应变。
借助OptiStruct和Altair Simulation框架中的这一增强功能，用户可以在OptiStruct的单次无缝运行中执行复合梁分析，其中VABS在内部调用。VABS库可以从Altair Connect下载。
Note：在Altair Connect上，有两个VABS版本可供下载，对于OptiStruct-VABS集成，要选择的VABS版本将命名为VABS-# Packaged with OptiStruct，其中# 是VABS软件的版本号。
然后，应将下载的VABS库放置在OptiStruct安装目录中的以下位置：
·对于Windows：\hwsolvers\optistruct\lib\win64\VABS
·对于Linux：/hwsolvers/optistruct/lib/linux64/VABS
HyperMesh接口具有特殊功能，可以生成横截面的有限元网格，包括几何和材料的所有细节，作为计算截面属性（包括结构属性和惯性属性）的输入。VABS兼容的输入文件保存在规定的工作目录中。统一的工作流程进一步支持在同一HyperMesh会话中为残差模型生成OptiStruct输入平台。
使用ASSIGN命令，OptiStruct识别VABS输入，通过调用VABS可执行文件来求解并生成等效刚度矩阵。OptiStruct进一步读取VABS输出并执行完整的求解器运行。
在本教程中，考虑了具有均匀厚度的复合管道。层排序和方向为：
铺层方向（以度为单位）的正交各向异性材料为：
·E11 = 141.693
·E22 = E33 = 9.79056（GPa）
·G12 = G23 = G31 = 5.99844e9（GPa）
·v12= v23= v31 = 0.42
1D单元（CBEAM） 沿管道中心理想化，使梁轴与管道的X轴对齐。总共选择了25个CBEAM 单元以实现更好的收敛。
一、启动HyperMesh并设置配置文件
本练习中使用了图3中所示的模型 。2D（SHELL） 网格和1D（CBEAM） 单元已经理想化。
1.启动HyperMesh Desktop。此时将打开User Profile对话框。
2.对于Application，选择Engineering Solutions（#）。
3.切换Aerospace-OptiStruct并单击OK。
二、打开模型
1.单击File>Open>Model。
2.选择保存到工作目录的osVABS_example.hm 文件。
3.单击Open。
4.在Model Browser中，右键单击Properties文件夹上的Review，以可视化属性分配和层布局。查看两个属性：wall_top_bottom和wall_sides。
5.单击任一属性。
6.在Entity Editor中，展开Number of Plies。
7.单击表格编辑器以查看层顺序和方向。
三、设置模型
3.1更新VABS的截面属性并创建*.dat文件
打开特殊工具以创建给定截面的截面属性，并将VABS输入文件导出到工作目录。
1.单击行Aerospace>Beams>Beams。此时将打开Beam Tool对话框。
2.对于Action，从下拉菜单中选择Value下的Update。
3.对于Entities，单击0 Elements（Element），然后单击黄色的Elements按钮。这允许您从面板中选择Element。
4.在面板中，单击黄色的elems按钮。
5.选择by id并从图形窗口中选择任意一个1D（CBEAM） Element（请选择Element ID：5761）。
6.单击Proceed。
7.对于Property/Sections，单击Update Section/Property旁边的复选框。
8.对于Section，单击Value字段，然后从下拉菜单中选择Elements。这应该允许从面板中选择Element（类似于上面的步骤）。
9.单击面板中的Elements>By Collector），然后选择包含shell Element的四个component（pipe_top; pipe_bottom; pipe_right; pipe_left）。
10.单击Proceed。
11.在Export VABS下，指定要导出VABS输入文件（*.dat） 的位置。
12.单击Apply。
这应该在横截面平面上生成壳网格，仅用于可视化目的。
13.单击Close关闭Beam Tool对话框。将显示一个用户警告窗口以清除截面图形。
14.单击Yes。
3.2更新component
1.在Model Browser中，展开Components文件夹。
2.右键单击beam component，然后单击Assign。此时将打开Assign to Components对话框。
3.选择新创建的属性Beam_ID_Vabs_5761_Prop。
4.单击Apply和OK。
Note：由于在本练习中厚度是均匀的，因此仅为一个CBEAM单元（单元ID：5761）创建了一个截面属性，然后将新创建的梁属性分配给24个CBEAM单元中的其余部分（步骤2）。
如果管道的截面发生变化，则应创建多个截面。梁工具为每个选定的CBEAM单元生成单独的横截面，因此如果在步骤3中选择了多个CBEAM单元，则会生成单独的VABS输入文件（*.dat）。
5.在Model Browser中，展开Components文件夹。
6.选择包含shell Element（pipe_top;pipe_bottom;pipe_right; 和pipe_left）。
7.右键单击并选择Delete。
3.3定义Material
在MAT8条目上，E2和NU12以及HyperMesh是默认定义的，当前在**.dat文件中将E3、NU13和NU23导出为零。因此，您将在.dat文件中手动设置以下数据。
1.在文本编辑器中，打开您在步骤4中保存的*.dat文件。
2.滚动到*.dat文件的末尾以找到：
1.41963000E+11
9.79056000E+09
0.00000000E+00
5.99844000E+09
5.99844000E+09
5.99844000E+09
4.200000000E-01
0.00000000E+00
0.00000000E+00
3.手动编辑以读取为：
1.41963000E+11
9.79056000E+09
9.79056000E+09
5.99844000E+09
5.99844000E+09
5.99844000E+09
4.200000000E-01
4.20000000E-01
4.20000000E-01
Note：如上所述，E3、NU13和NU23的默认设置将在HyperMesh的未来版本中实现自动化。
3.4查看截面属性和ASSIGN卡
1.在Model Browser中，展开Properties文件夹。
2.右键单击Beam_ID_Vabs_5761_Prop。
3.单击Card Edit查看PBEAML的Group和Type。
a.验证Group是否设置为VABS。
b.类型设置为Vabs5761（为生成横截面而选择的CBEAM的Element ID的后缀）。
4.在Model Browser中，展开Cards文件夹。
5.右键单击ASSIGN。
6.在Entity Editor中，验证：
a.Type设置为VABS。
b.Section_Name设置为Vabs5761。
c.Section_Path设置为必须导出VABS输入*.dat的目录。
3.5Create Load Collector
这里定义了模态分析的边界条件。
1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。
2.对于Name，输入SPC。
3.对于Card Image，选择NONE。
4.从工具栏中，选择BCs>Create>Constraints。
5.选择节点ID：1，并检查从1到6的所有dof。
6.单击create。在CBEAM Element上的节点1处创建一个SPC。
7.点击Esc键退出约束创建面板。
8.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step Inputs。
9.对于Name，输入Eigen。
10.对于Config type，从下拉列表中选择Real Eigen value extraction。
11.对于Type，从下拉列表中选择EIGRL。
12.对于ND，输入10。
3.6创建Loadstep
在此步骤中，您将定义模态Load Case。
1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step。
2.对于Name，输入ModeShapes。
3.对于Analysis type ，选择Normal modes。
4.对于SPC，从Load Collector列表中选择SPC。
5.对于Method（STRUCT），选择Eigen load step input。创建模态分析Load Case。
四、提交作业
1.在Analysis页面中，单击OptiStruct。
2.单击input file： 字段后面的save as。此时将打开Save As对话框。
3.对于File name ，输入osVabs_example.fem。
4.input file： 字段设置为osVabs_example.fem的位置。
5.单击Save。
6.单击OptiStruct提交分析。
五、查看结果
OptiStruct会自动调用VABS可执行文件并运行*.dat文件以生成等效刚度矩阵。OptiStruct读取VABS输出并执行完整的求解器运行。
1.分析过程完成后，单击HyperView以启动结果。
2.在Results选项卡中，从subcase字段中选择Subcase 1（Mode Shapes）。
3.转到HyperView中的云图面板。
4.对于Result type ，选择Eigen Mode（v）。
5.单击Apply以可视化云图。
可以通过更改Subcase下的mode编号来查看不同的模态。
与各向同性梁不同，复合梁在各种类型的变形之间表现出很强的耦合，在这种情况下是伸展-扭曲和弯曲-剪切耦合，这从振型中可以明显看出。
