→ chiouss:請記得轉繁體字，不然應該很多人看不到... 04/15 11:58
一、扩展有限元（XFEM）的引入
我认为ABAQUS将扩展有限元引入是其最大亮点，也非常有市场前景。该方法可以认为是有
限元方法处理不连续问题的革命性变革。据我所知，这是第一个将XFEM商用化的软件。我
厂在生产过程中可能遇到的裂纹问题，夹杂问题，气孔，复合材料问题（复合材料的纤维
相当于夹杂）都可以通过这种方法解决。虽然我对该方法的理论不胜了解，但是在此我想
就我所知对该方法多做些介绍。
固体力学中存在两类典型的不连续问题，一类是
因材料特性突变引起的弱不连续问题，这类问题以双材料问题和夹杂问题为代表，其复杂
性由物理界面处的应变不连续性引起;另一类是因物体内部几何突变引起的强不连续问题
，这类问题以裂纹问题为代表，其复杂性由几何界面处的位移不连续性和端部的奇异性引
起.物体内部物理界面的脱粘或起裂，是上述两类问题的混合.另外，在复杂流体、复杂传
热、物质微结构演化等复杂问题中，也存在许多不连续力学问题。
数值方法 ，如有限元、边界元、无单元法等，一直是处理不连续问题的
主要途径.有限元法具有其它数值方法无可比拟的优点，即适用于任意几何形状和边界条
件、材料和几何非线性问题、各向异性问题、容易编程等，因而成为数值分析裂纹等不连
续问题的主要手段。更为重要的是有限元方法的商业化程度和推广程度都很高，对于我们
这样的企业已经有一大批熟悉有限元技术的工程师。因此通过有限元方法来解决这一问题
是成本低效率高的途径。但是传统的有限元方法在处理裂纹，夹杂，空隙这些不连续问题
时困难非常大。
常规有限元法(CFEM)采用连续函数作为形状(插值)函数，要求在单元内部形状函数连续且
材料性能不能跳跃，在处理像裂纹这样的强不连续(位移不连续)问题时，必须将裂纹面设
置为单元的边、裂尖设置为单元的结点、在裂尖附近的高应力区需要令人难以接受的网格
密度，同时在模拟裂纹生长时还需要对网格进行重新剖分。现在绝大多数商业软件在模拟
裂纹扩展问题时都需要预设裂纹的扩展方向，而且在裂纹扩展过程中不断的从新划分网格
，效率极低甚至无能为力。在处理多裂纹问题时，其求解规模之大、网格剖分之难是不可
想象的。处理夹杂问题时，要求单元的边必须位于夹杂与基体的界面处，即使对于网格自
动化程度很高的二维问题这也不容易，更何况拓扑结构更复杂的三维问题。
1999年以来，在有限元框架内发展起来的扩展有限元法，
以解决不连续问题为着眼点，对常规有限元法在求解裂纹问题时所遇到的困难提出了近乎
完美的解决方案。
1999年，以美国西北大学Belytschko教授为代表的研究组首先提出扩展有限元思想，20
00年，他们正式使用扩展有限元法(XFEM)这一术语即。XFEM是迄今为止求解不连续力学问
题最有效的数值方法，它在标准有限元框架内研究问题，保留了CFEM的所有优点，但并不
需要对结构内存在的几何或物理界面进行网格剖分。XFEM与CFEM的最根本区别在于所使用
的网格与结构内部的几何或物理界面无关，从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集
中区进行高密度网格剖分所带来的困难，当模拟裂纹扩展时也无需对网格进行重新剖分。
也就是说在裂纹的扩展过程中裂纹可以穿透单元扩展。就其理论我们可以简单的理解为在
单元内部有很多的潜在节点，当需要时这些节点被激活实现裂纹穿透单元扩展。在宣讲会
上ABAQUS业务代表现场展示了其用XFEM完成的II裂纹扩展模拟，裂纹面沿70°方向穿透单
元扩展。
我有个师兄也在从事XFEM方面的研究工作。他在研究中遇到的
主要问题是材料中有大小随机的夹杂的时候可能会出现一个单元将一个或多个夹杂完全包
围在其中的情况。处理这种情况XFEM会遇到困难。就此问题业务代表表示目前尚不能解决
。除此以外，复合型裂纹、多裂纹、复杂几何结构、分层、夹杂（包括裂纹穿透夹杂扩展
）这些问题都可以比较好的解决。应用前景广阔。
二、复合材料冲击问题
ABAQUS购买了Czone模块。Czone是专门处理复合材料的高速冲击问题的模块。在航天和军
工领域应用广泛。
三、变截面厚度功能
新版ABAQUS增加了变截面厚度功能。可以指定每个节点处的壳厚度。这个还是很有意
义。例如需要考虑叶片对转子或者叶根的影响，又不关心叶片本身的应力分布的时候可以
对叶片抽中面形成壳单元，并且给定各个节点处叶片的厚度。这样就可以快速高效解决上
述问题。
四、焊点问题
6.8及以前版本添加焊点需要在inp文件（相当于一个命令流文件）中添加，6.9版可
以在交互窗口中直接添加焊点。
五、机电一体化分析
新版软件增加了机电一体化分析过程。主要用于模拟自动控
制过程以及自动控制过程中的力、热、电问题。可实现根据传感器信号改变边界条件。
六、复合材料铺层方向问题
在复合材料分析中需要设定铺层的方向。对于平板类
结构可以很容易设定铺层方向，但是对于空间曲面需要对每个单元逐一设定铺层方向，非
常麻烦（绝大多数软件都存在这个问题）。新版软件可以通过设定空间曲面成型前原板材
的材料方向，再将该材料方向投影到成型后的曲面上以实现对很多结构快速设定材料铺成
方向。这在风电部门应该有用。
七、关于分布式计算
这次了解到ABAQUS具有专门的实现多机并行计算的
模块。盗版的估计没有这个功能哈
除上面提及的之外，ABAQUS还宣传了他们的新产品Isight（
优化模块，可以实现多目标优化）和SLM（流程和数据管理）。由于之前对这两个模块没
有接触过。没有什么了解。所以也没有什么影响。此外还有一些零星的，小的改动。
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