2维黏弹性边界for程序施加-测试算例
一、前言
** 2d-visco-plastic-boundary&pressure test**
作为学习三维黏弹性边界的前期探索，先从二维的简单模型入手。以《_人工边界及地震动输入在有限元软件中的实现》一文中给出的算例为参考，取其参数来进行验证黏弹性边界设置的正确性。
二、整体思路
建立模型（部件，材料，装配，分析步，荷载），导出inp文件
编写for程序；
用vs2013运行for程序，生成弹簧-阻尼器的语句；
再将语句放入模型inp文件对应的位置；
提交计算inp文件，后处理。
三、模型建立过程
1. 模型几何以及物理参数
模型范围.jpg
模型范围为800x400，网格尺寸为20x20
物理参数如下
参数.jpg
2. 分析步设置
总分析时间为20s，采用固定分析步长，取为0.005
3 荷载设置
荷载取原文，如下图
荷载.jpg
本次模拟的荷载取为分布荷载，荷载的位置如图，作用在自由面中间节点两边，4个单元网格长度。
荷载加载位置.jpg
四、弹簧-阻尼器设置
弹簧刚度和阻尼系数的计算，整体思路是
通过编写for程序；
用vs2013运行出弹簧-阻尼器的语句；
再将语句放入模型inp文件对应的位置；
最后提交计算inp，进行后处理。
1.编写for程序
01参数取值
- 散射源到人工边界的距离R的取值
到侧面的距离R取值为400
到底部面的距离R取值为400
- 边界修正系数取值
弹簧刚度和阻尼系数的计算公式不按原文计算的取值，按照文献《三维黏弹性静一动力统一人工边界》中推荐的公式，以及文献《黏弹性人工边界及地震动输入在通用有限元软件中的实现》中推荐的边界修正系数。
法向的修正系数取值为1，切向的修正系数取值为0.5
弹簧-阻尼示意图.jpg
修正参数取值.jpg
- 其他参数根据文献中物理参数表所给取值即可
节点控制面积单独说明
02 节点控制面积计算
1) 原理：边界节点等效面积的取值
根据文献《波动问题中的三维时域粘弹性人工边界》指出，
不同位置处的节点面积取值（边角1/4，边线1/2，中间1/1）
二维的模型，其节点的等效面积取值按如图规则：
节点等效面积取值.jpg
2）实现思路
01 提取某一个面的节点面积，该面则采用固定约束，并施加1的压强，之后提取节点反力，就是节点控制面积。
02 再用语句** open(unit=1,file='2dx+.txt')、** 引用到 for程序中。
本模型是提取两个侧面、和底部面的节点反力。分别对每一个面采用固定约束，施加1的压强，提交计算，在odb里面report 反力（RF Magnitude），这样得到的就是节点面积。
3) 其他说明
open(unit=10,file='2dx+result.txt')
代表储存生成的弹簧-阻尼器语句的文件
open(unit=1,file='2dx+.txt')
代表节点控制面积的文件
02 使用vs编译、链接、运行fortan程序
可参考一下操作
03 for程序完整代码(以两个侧面x-、x+为例)
program main
implicit none
integer::i,s,node
real::density,G,R,alfaN,alfaT,mu,E,lamta,Cp,Cs&
&,KBN,KBT,CBN,CBT,A,y
!write(*,*)'输入密度'
!read(*,*)density
!write(*,*)'输入剪切模量G和泊松比'
!read(*,*)G,mu
!write(*,*)'输入散射源到人工边界的距离'
!read(*,*)R
!write(*,*)'输入alfaN和alfaT'
!read(*,*)alfaN,alfaT
R=400
density=2000
E=1250000000
mu=0.25
G=0.5*E/(1+mu)
lamta=E*mu/((1+mu)*(1-2*mu))
Cp=sqrt((lamta+2*G)/density)
Cs=sqrt(G/density)
KBN=1.0*G/R
KBT=0.5*G/R
CBN=density*Cp
CBT=density*Cs
write(*,*)E,lamta,Cp,Cs,KBN,KBT,CBN,CBT
!1-10为原始数据
!10-20为输出数据
!X左侧
open(unit=10,file='2dx+result.txt')
open(unit=1,file='2dx+.txt')
s=0
do i=1,10000
read(1,*,end=500)node,a
!法向x
write(10,50)node
50 format('*Spring, elset="X+N',i0,'-spring"')
write(99,150)node
150 format('X+N',i0,'-spring')
write(10,51)
51 format('1')
write(10,52)KBN*a
52 format(e10.3)
write(10,53)node
53 format('*Dashpot, elset="X+N',i0,'-dashpot"')
write(99,151)node
151 format('X+N',i0,'-dashpot')
write(10,54)
54 format('1')
write(10,55)CBN*a
55 format(e10.3)
write(10,56)node
56 format('*Element, type=Spring1, elset="X+N',i0,'-spring"')
s=s+1
write(10,57)s,node
57 format(i0,',',' Part-1-1','.',i0)
write(10,58)node
58 format('*Element, type=Dashpot1, elset="X+N',i0,'-dashpot"')
s=s+1
write(10,59)s,node
59 format(i0,',',' Part-1-1','.',i0)
!切向y
write(10,60)node
60 format('*Spring, elset="X+YT',i0,'-spring"')
write(99,152)node
152 format('X+YT',i0,'-spring')
write(10,61)
61 format('2')
write(10,62)KBT*a
62 format(e10.3)
write(10,63)node
63 format('*Dashpot, elset="X+YT',i0,'-dashpot"')
write(99,153)node
153 format('X+YT',i0,'-dashpot')
write(10,64)
64 format('2')
write(10,65)CBT*a
65 format(e10.3)
write(10,66)node
66 format('*Element, type=Spring1, elset="X+YT',i0,'-spring"')
s=s+1
write(10,67)s,node
67 format(i0,',',' Part-1-1','.',i0)
write(10,68)node
68 format('*Element, type=Dashpot1, elset="X+YT',i0,'-dashpot"')
s=s+1
write(10,69)s,node
69 format(i0,',',' Part-1-1','.',i0)
end do
500 continue
!================X -（侧面）=============
open(unit=12,file='2dx-result.txt')
open(unit=2,file='2dx-.txt')
do i=1,10000
read(2,*,end=501)node,a
!法向x
write(12,80)node
80 format('*Spring, elset="X-N',i0,'-spring"')
write(99,154)node
154 format('X-N',i0,'-spring')
write(12,81)
81 format('1')
write(12,82)KBN*a
82 format(e10.3)
write(12,83)node
83 format('*Dashpot, elset="X-N',i0,'-dashpot"')
write(99,155)node
155 format('X-N',i0,'-dashpot')
write(12,84)
84 format('1')
write(12,85)CBN*a
85 format(e10.3)
write(12,86)node
86 format('*Element, type=Spring1, elset="X-N',i0,'-spring"')
s=s+1
write(12,87)s,node
87 format(i0,',',' Part-1-1','.',i0)
write(12,88)node
88 format('*Element, type=Dashpot1, elset="X-N',i0,'-dashpot"')
s=s+1
write(12,89)s,node
89 format(i0,',',' Part-1-1','.',i0)
!切向y
write(12,90)node
90 format('*Spring, elset="X-YT',i0,'-spring"')
write(99,156)node
156 format('X-YT',i0,'-spring')
write(12,91)
91 format('2')
write(12,92)KBT*a
92 format(e10.3)
write(12,93)node
93 format('*Dashpot, elset="X-YT',i0,'-dashpot"')
write(99,157)node
157 format('X-YT',i0,'-dashpot')
write(12,94)
94 format('2')
write(12,95)CBT*a
95 format(e10.3)
write(12,96)node
96 format('*Element, type=Spring1, elset="X-YT',i0,'-spring"')
s=s+1
write(12,97)s,node
97 format(i0,',',' Part-1-1','.',i0)
write(12,98)node
98 format('*Element, type=Dashpot1, elset="X-YT',i0,'-dashpot"')
s=s+1
write(12,99)s,node
99 format(i0,',',' Part-1-1','.',i0)
end do
501 continue
end
四、提交计算&后处理
1.提交计算
- 将for程序生成的文件【2dx+result】【2dx-result】【2dyresult】（分别代表x两个方向边界和底部边界的弹簧-阻尼系数语句）同inp文件放入同一目录下
- 打开inp文件，定位end assembly,在之前插入语句，即能引用生成的黏弹性边界弹簧-阻尼系数语句。
*include, input=2dspringdashpotresults.txt
-
提交计算inp即可。
inp中引用弹簧-阻尼语句.png
2.后处理
（1）自由面中点 u2方向位移时程曲线
自由面中点时程.jpg
（2）各个边界面 u2方向位移时程曲线
各个面中点位移时程.jpg
结果显示，算例设置的黏弹性边界的效果较好。和原文基本一致。
参考文献
-
《波动问题中的三维时域黏弹性人工边界》
-
《_人工边界及地震动输入在有限元软件中的实现》
-
《三维黏弹性静一动力统一人工边界》
-
《黏弹性人工边界及地震动输入在通用有限元软件中的实现》
