절단 육면체 요소의 Abaqus 사용자 요소 서브루틴(UEL) 개발

임현호(Hyean-Ho Lim),김호영(Ho-Young Kim),김현규(Hyun-Gyu Kim) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.4

최근 유한요소법에서 다면체 요소와 더불어 절단 육면체 요소가 개발되었으며 구조해석에 활용될 수 있게 되었다. 절단 육면체 격자는 배경 육면체 격자를 해석 영역 표면을 따라 절단하여 구성되며, 표면의 다면체 요소와 내부의 균일한 육면체 요소로 이루어진다. 본 연구에서는 Abaqus에서 절단 육면체격자를 사용하기 위해 절단 육면체 요소의 사용자 요소 서브루틴(UEL)을 개발하였다. 절단 육면체 요소의 형상함수는 미리 저장된 마스터 요소의 조화 형상함수를 사용하여 명시적으로 표현되며, 절단 육면체 요소의 사면체 분할영역에 기반한 수치적분을 수행하였다. Abaqus에서 절단 육면체 격자의 결과 가시화를 위해 사용자 재료 서브루틴(UMAT)을 적용한 더미격자를 사용하였다. 본 연구에서 개발된 절단 육면체 요소의 UEL을 패치 테스트와 수치 예제를 통해 정확도 및 유효성을 확인하였다. Recently, polyhedral elements and trimmed hexahedral elements have been developed and applied to structural analysis. A trimmed hexahedral mesh is constructed by cutting a background hexahedral mesh with the surface of an analysis domain. Polyhedral elements are then placed on the structural boundaries, and regular hexahedral elements remain in the interior domain. In this study, an Abaqus user element subroutine (UEL) for trimmed hexahedral elements is developed to analyze hexahedral dominant meshes. The shape functions of trimmed hexahedral elements are explicitly expressed in the Abaqus UEL using the harmonic shape functions on master elements stored in advance, and numerical integration is performed based on a tetrahedral division of trimmed hexahedral elements. In Abaqus a dummy mesh with a user material subroutine (UMAT) is used to visualize the results of trimmed hexahedral meshes. Accuracy and effectiveness of the Abaqus UEL for analyzing trimmed hexahedral meshes are verified through patch tests and numerical examples.

Assessment of cohesive traction-separation relationships in ABAQUS: A comparative study

Park, Kyoungsoo,Choi, Habeun,Paulino, Glaucio H. Elsevier 2016 Mechanics research communications Vol.78 No.2

<P><B>Abstract</B></P> <P>The definition of a traction-separation relationship is essential in cohesive zone models because it describes the nonlinear fracture process zone. A few models are investigated in this paper and a comparative study is conducted. Among various traction-separation relationships, the one in Abaqus is assessed by evaluating the cohesive traction and its tangent stiffness according to a given separation path. The results demonstrate that the traction-separation relationship in Abaqus can lead to non-physical responses because of a pathological positive tangent stiffness under softening condition. This is reflected in cohesive tractions that increase and decrease repeatedly while the cohesive separation monotonically increases. Thus, together with supporting information, this paper conveys the message that a traction-separation relationship should be developed and selected with great caution, especially under mixed-mode conditions.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> The traction-separation relationship of Abaqus can lead to non-physical responses. </LI> <LI> Negative tangent stiffness within the softening region is not guaranteed in the Abaqus model. </LI> <LI> The consistency of the traction-separation relationships is addressed. </LI> </UL> </P>

ABAQUS XFEM을 이용한 응력확대계수 계산 시 격자 밀도 영향 분석

김지수(Ji-Su Kim),이현재(Hyun-Jae Lee),김윤재(Yun-Jae Kim),제진호(Jin-Ho Je),김용범(Yong-Beum Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.10

본 연구에서는 상용유한요소해석 프로그램 ABAQUS에서 제공하는 균열 평가 옵션인 XFEM을 이용하여 응력확대계수를 계산하고 이에 대해 격자 밀도가 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 해석 대상은 반 타원 표면 균열을 포함한 평판 모델을 선정하였다. XFEM 방법을 이용한 계산에 앞서, 동일한 형상에 대해 RSE-M 코드의 계산 결과와 상세 균열 메쉬 방법을 이용한 계산 결과를 비교하여 잘 일치하는 것을 확인하였고 이를 XFEM 계산 결과의 비교 대상으로 선정하였다. 하중은 인장 하중과 굽힘 하중을 각각 고려하였으며 수행한 모든 경우에 대해 공통적으로 균열최소길이와 격자비가 20이상인 경우 두 방법이 거의 동일한 결과를 도출해 낼 수 있음을 확인하였다. In this study, stress intensity factors are calculated using the XFEM method provided by ABAQUS, and the effect of mesh density is analyzed to evaluate stress intensity factor. For the analysis configuration, a plate with a semielliptical surface crack is considered. Prior to the crack evaluation using the XFEM method, results using the crack tip mesh method are obtained for verification against the RES-M code results and are used as reference values for comparison. It was found that the two methods of crack evaluation can produce similar results for all cases, provided that the ratio of the minimum crack dimension and the mesh size is above twenty.

Conversion of ABAQUS user Material Subroutines

Yang, Seung-Yong Computational Structural Engineering Institute of 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.6

When using finite element pogram ABAQUS to compute material characteristics, one builds a user material subroutine if unique constitutive feature needs to be included. In ABAQUS/Standard, UMAT subroutine should be built, and in ABAQUS/Explicit, VUMAT should be used. Although two subroutines carry out the same type of task, two different programs should be made depending on the working environment, and it is not easy to program the subroutines following the manual without enough understanding of solid mechanics. In this paper, difference between UMAT and VUMAT subroutines is epitomized, and a conversion scheme from UMAT to VUMAT is discussed. An example shows that the two programs give the same stress computation result.

Abaqus/CAE를 이용한 모듈러 지중아치 교량의 지진해석

누엔반토안 ( Nguyen Van Toan ),당반푸 ( Dang Van Phu ),허정원 ( Huh Jungwon ),강충현 ( Kang Choonghyun ) 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.23 No.2

In this study, the soil-structure interaction impact of a 3-hinge Concrete Modular Underground Arch (CMUA) is simulated using Abaqus/CAE. The results indicate that Abaqus/CAE is an effective tool for seismic simulation of the CMUA. Besides, the structural damage under the earthquake impact can occur locally on lining structure or its surrounding at the soils that is influenced significantly by the interaction and contact between structural parts as well as linkages of segments.

ABAQUS를 이용한 휨벽체의 비선형 유한요소 해석기법

한민기,박완신,한병찬,황선경,최창식,윤현도 대한건축학회 2004 대한건축학회 학술발표대회 논문집 - 계획계/구조계 Vol.24 No.1(구조계)

The finite element method(FEM) models were developed for the reinforced concrete flexural walls and analysed under constant axial and monotonic lateral load using ABAQUS. The major objective of the present study is to determine if the ABAQUS finite element program can be used to accurately model the post-cracked mode of failure in plastic regions of walls, and, if so, to develop practical failure criteria in the plastic range of the material response. The research comprises constitutive models to represent behavior of the materials that compose a wall on the basis of experimental data, development of techniques that are appropriate for analysis of reinforced concrete structures, verification, and calibration of the global model for reinforced concrete walls of increasing complexity. The proposed FEA technique is verified by Lefas's benchmark data. Results from the analyses of these FEM models offers significant insight into the flexural behavior of benchmark data.

ABAQUS를 이용한 고인성 섬유보강 복합체의 비선형 유한요소해석

한민기 ( Han Min-ki ),전에스더 ( Cheon Esther ),박완신 ( Park Wan-shin ),양일승 ( Yang Il-seung ),한병찬 ( Han Byung-chan ),윤현도 ( Yun Hyun-do ) 한국구조물진단유지관리공학회 2004 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.8 No.1

The role of fibers in fiber reinforced cement cased composites was studied by means of finite element method. A finite element study of compression, direct tension, and four point bending specimens made in high performance fiber reinforced cement composites(HPFRCCs) is studied using the finite element code ABAQUS. The major objective of the present study is to determine if the ABAQUS finite elemtnt program can used to accurately model the post-cracked mode of failure in plastic regions of HPFRCCs, and, if so, to develop practical failure criteria in the plastic range of the material response. The research comprises constitutive models to represent behavior of the cementitious composites on the basis of experimental data, development of techniques that are appropriate for analysis of HPFRCCs members, verification, and calibration of the global model for HPFRCCs of increasing complexity. The proposed FEA technique is verified by experimental benchmark data. Results from the analyses of these FEM models offers significant insight into the structural behavior of benchmark data.

ABAQUS를 이용한 CFT기둥의 내화성능에 관한 해석적 연구

황규재,이치형,김해수,윤성기 대한건축학회지회연합회 2010 대한건축학회연합논문집 Vol.12 No.4

본 연구에서는 ABAQUS 프로그램을 이용한 유한요소해석에 의해 콘크리트충전 각형강관(CFT)기둥의 내화성능을 평가하는 것을 목적으로 한다. 과도상태 열전달 해석을 이용한 변수요소의 연구결과를 제시하고, 제시한 변수요소 연구의 정확성을 확인하기 위하여 기존 연구결과들과 비교하였다. 내화피복의 두께, 강재의 두께, 단면의 형상, 콘크리트의 강도 그리고 온도 측정위치 변화와 같은 다양한 변수연구로 내화피복된 CFT기둥의 내화성능을 평가하였다. 연구 결과로, 내화피복의 두께가 두꺼울수록 온도저감효과가 더 크게 나타났다. 그러나, 강재두께와 콘크리트의 강도의 영향은 내화피복된 CFT기둥의 온도변화에 영향을 미치지 못한다.

LS-DYNA3D 및 ABAQUS/Explicit Code를 이용한 사용후 핵연료 운반용기의 자유낙하 충격특성연구

최영진,김승중,김용재,이재형,이영신,Choi, Young-Jin,Kim, Seung-Joong,Kim, Yong-Jae,Lee, Jae-Hyung,Lee, Young-Shin 한국전산구조공학회 2005 한국전산구조공학회논문집 Vol.18 No.1

방사선물질을 수송하기 위한 용기는 가상 사고조건에서도 안전해야만 한다. 운반용기 설계요구조건은 실험 및 유한요소 해석을 통해 구조적 건전성을 확보하여야 한다. 최근에는 실험보다 유한요소해석을 이용한 방법이 상대적으로 비용이 적기 때문에 주로 사용된다. 그러나 기계적인 반응이 복잡하기 때문에 프로그램을 적용하는 사용자의 방법에 의해 결과가 결정되고 해석하는 동안 여러가지 문제를 발생시킬 수 있다. 본 논문에서, 유한요소해석은 LS-DYNA3D와 ABAQUS/Explicit을 이용하여 운반용기의 9m 자유낙하충격실험에 대한 해석기술과 여러가지 손상을 갖는 경우를 발견하기 위해 연구하였다. 운반용기의 각각의 경우를 비교하고 사용후 핵연료 운반용기의 낙하 실험에 대해서 신뢰할 수 있는 비교적 간단한 해석 기술을 제안하였다. The package used to transport radioactive materials, which is called by the shipping cask, must be safe under normal and hypothetical accident conditions. These requirements for the cask design must be verified through test or finite element analysis. Since the cost for FE analysis is less than the one for test, the verification by FE analysis is mainly used. But due to the complexity of mechanical behaviors, the results depend on how users apply the codes and can cause severe errors during analysis. In this paper, finite element analysis is carried out for the 9 meters free drop condition of the hypothetical accident conditions using LS-DYNA3D and ABAQUS/Explicit. We have investigated the analyzing technique lot the free drop impact test of the cask and investigated several vulnerable cases. The analyzed results were compared with each other. We have suggested a reliable and relatively simple analysis technique for the drop test of spent nuclear fuel casks.

고온과 편심 축하중을 받는 세장한 철근 콘크리트 기둥의 유한요소해석

이정환,김한수 한국전산구조공학회 2022 한국전산구조공학회논문집 Vol.35 No.3

In this study, slender reinforced concrete columns subjected to high temperatures and eccentric axial loads are evaluated by finite elementanalysis employing Abaqus (a finite element analysis program). Subsequently, the analysis results are compared and assessed. Thesequentially coupled thermal stress analysis provided by Abaqus was employed to reflect the condition of an axially loaded column exposed tofire. First, heat transfer analysis was performed on the column cross-section. After verifying the results, another analysis was conducted: thecross-section was transformed into a three-dimensional element and then structural analyzed. In the analysis process, the column was modeledby accounting for the effects of tension stiffening and initial imperfection that could affect convergence and accuracy. The analysis resultswere compared with 74 experimental records, and an average error of 6% was observed based on the fire exposure and resistance. Theforegoing indicates that the fire resistance performance of reinforced concrete columns can be predicted through finite element analysis. 본 논문에서는 유한요소해석 프로그램 Abaqus를 이용하여 고온과 편심 축하중을 받는 세장한 철근 콘크리트 기둥의 유한요소해석절차를 제시하고 해석 결과를 비교・분석하였다. 기둥에 축하중과 화재가 가해지는 상황을 해석에 반영하기 위해 Abaqus에서 제공하는 순차 결합 열-응력 해석을 사용하였다. 우선 콘크리트 단면에 대한 열전달 해석을 수행하여 검증한 뒤, 이를 3차원 요소로 확장하고구조해석과 결합하여 해석을 수행하였다. 해석 과정에서 수렴성 및 정확성에 영향을 미치는 인장 증강 효과와 초기 불완전성을 고려하여 모델링하였다. 해석 결과는 74개 실험 데이터와 비교하였으며, 내화시간을 기준으로 평균 6%의 오차를 나타냄에 따라 유한요소해석을 통해 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 예측할 수 있게 되었다.