7.2.1 静态分析一：直接写inp文件
1）分析要点
应力在裂缝尖端具有奇异性，为了提高分析的精度，应采用奇异单元分析裂缝尖端附近区域的应力场。奇异单元的结点存在重合现象，可采用直接写＊.inp文件的方法进行建模求解。
2）定义全局控制结点
采用“＊NODE”关键字定义全局控制关键结点的结点号和坐标。
＊HEADING
＊NODE
＊＊结点1、17均为裂缝尖端点（相互重合）
1，
17，
＊＊结点121为裂缝尾点（即裂缝垂直线与下面层底面的交点），结点137为结点121关于裂缝尖端的对称点
121，0，－0.03
137，0，0.03
＊＊结点737、937和1137分别为裂缝垂直线与中面层底面、表面层底面、表面层表面的交点
737，0，0.21
937，0，0.27
1137，0，0.31
＊＊结点721、1521、3321分别为裂缝垂直线与基层底面、底基层底面、模型底边界的交点
721，0，－0.18
1521，0，－0.38
3321，0，－2.69
＊＊以下各结点分别为距裂缝横向距离为0.053 25m的垂直线与各结构层底面或表面的交点
125，0.05325，－0.03
133，0.05325，0.03
733，0.05325，0.21
933，0.05325，0.27
1133，0.05325，0.31
725，0.05323，－0.18
1525，0.05325，－0.38
3325，0.05325，－2.69
＊＊以下各结点分别为距裂缝横向距离为0.159 75m的垂直线与各结构层底面或表面的交点
40125，0.15975，－0.03
40133，0.15975，0.03
40733，0.15975，0.21
40933，0.15975，0.27
41133，0.15975，0.31
40725，0.15975，－0.18
41525，0.15975，－0.38
43325，0.15975，－2.69
＊＊以下各结点分别为距裂缝横向距离为0.266 25m的垂直线与各结构层底面或表面的交点
80125，0.26625，－0.03
80133，0.26625，0.03
80733，0.26625，0.21
80933，0.26625，0.27
81133，0.26625，0.31
80725，0.26625，－0.18
81525，0.26625，－0.38
83325，0.26625，－2.69
＊＊以下各结点分别为距裂缝横向距离为3.0m的垂直线与各结构层底面或表面的交点
240125，3.0，－0.03
240133，3.0，0.03
240733，3.0，0.21
240933，3.0，0.27
241133，3.0，0.31
240725，3.0，－0.18
241525，3.0，－0.38
243325，3.0，－2.69
3）定义模型其他结点
用“＊NGEN”关键字自动生成两个关键结点之间的所有结点，并用“NSET”选项把生成的所有结点定义成一个结点集，此时的结点集是一条线上的所有结点。用“＊NFILL”关键字自动生成两个线形结点集之间的所有结点，其中“＊NFILL”关键字中的“SINGULAR＝1”的选项是生成裂尖奇异单元所必须的。
＊＊用＊NGEN关键字分别定义裂尖结点集tip、裂缝外围结点集outer
＊NGEN，NSET＝tip
1，17，1
＊NGEN，NSET＝outer
121，125，1
125，133，1
133，137，1
＊＊用＊NFILL关键字定义裂缝区域结点集crackfield
＊NFILL，SINGULAR＝1，NSET＝crackfield
tip，outer，6，20
＊NGEN，NSET＝end1
133，137，1
＊NGEN，NSET＝end01
733，737，1
＊NGEN，NSET＝end2
933，937，1
＊NGEN，NSET＝end3
1133，1137，1
＊NFILL，NSET＝nf01
end1，end01，6，100
＊NFILL，NSET＝nf02
end01，end2，2，100
＊NFILL，NSET＝nf1
end2，end3，2，100
＊NGEN，NSET＝end4
121，125，1
＊NGEN，NSET＝end5
721，725，1
＊NGEN，NSET＝end6
1521，1525，1
＊NFILL，NSET＝nf2
end4，end5，6，100
end5，end6，8，100
＊＊结点集line1、line2、line3和line4分别为距离裂缝0.053 25m、0.159 75m、0.266 25m和3.0m的垂直线
＊NGEN，NSET＝line1
125，133，1
133，733，100
733，933，100
933，1133，100
125，725，100
725，1525，100
＊NGEN，NSET＝line2
40125，40133，1
40133，40733，100
40733，40933，100
40933，41133，100
40125，40725，100
40725，41525，100
＊NGEN，NSET＝line3
80125，80133，1
80133，80733，100
80733，80933，100
80933，81133，100
80125，80725，100
80725，81525，100
＊NGEN，NSET＝line4
240125，240133，1
240133，240733，100
240733，240933，100
240933，241133，100
240125，240725，100
240725，241525，100
＊NFILL，NSET＝nf3
line1，line2，4，10000
＊NFILL，NSET＝nf4
line2，line3，4，10000
＊NFILL，NSET＝nf5，bias＝1.06765961
line4，line3，16，－10000
＊NGEN，NSET＝a
1521，1525，1
1525，41525，10000
41525，81525，10000
＊NSET，NSET＝x1
81525
＊NSET，NSET＝x2
241525
＊NFILL，NSET＝b，bias＝1.06765961
x2，x1，16，－10000
＊NSET，NSET＝end7
a，b
＊NGEN，NSET＝c
3321，3325，1
3325，43325，10000
43325，83325，10000
＊NSET，NSET＝x3
83325
＊NSET，NSET＝x4
243325
＊NFILL，NSET＝d，bias＝1.06765961
x4，x3，16，－10000
＊NSET，NSET＝end8
c，d
＊NFILL，NSET＝nf6，bias＝1.06765961
end8，end7，18，－100
＊＊定义结点集rightfield，包括所有右边的结点集
＊NSET，NSET＝rightfield
crackfield，nf1，nf2，nf3，nf4，nf5，nf6，nf01，nf02
＊＊使用＊NCOPY关键字复制所有右边的结点集rightfield到左边结点集leftfield
＊NCOPY，REFLECT＝line，OLDSET＝rightfield，NEWSET＝leftfield，CHANGE＝1000000
0，0，0，0，1，0
4）定义单元
用“＊ELEMENT”定义单元的种类和编号，其中“TYPE”选项定义单元种类。
＊ELEMENT，TYPE＝CPE8
1，1，41，43，3，21，42，23，2
25，133，333，337，137，233，335，237，135
30，20125，20129，129，125，20127，10129，127，10125
35，60125，60133，40133，40125，60129，50133，40129，50125
44，20133，20333，333，133，20233，10333，233，10133
104，121，321，325，125，221，323，225，123
120，20325，20125，125，325，20225，10125，225，10325
用“＊ELGEN”关键字自动生成单元，并用“ELSET”选项把生成的所有单元定义成一个单元集。
＊ELGEN，ELSET＝rfe
1，3，40，1，8，2，3
25，5，200，1
30，2，20000，1，2，4，2
34，10，20000，1
44，12，20000，1，5，200，12
104，16，200，1
120，12，20000，1，16，200，12
＊ELCOPY，ELEMENT SHIFT＝1000，OLDSET＝rfe，NEWSET＝lfe，SHIFT NODE＝1000000，REFLECT
提示：此时可将上述关键字及其相关数据行保存在以inp为后缀的文件中。在ABAQUS/CAE中，依次点击［File］→［Import］→［Model...］，在弹出的Import Model对话框中选择此inp文件，可得孤立网格（Orphan Mesh）（图7.10）。
图7.10 由inp文件导入的孤立网格（Orphan Mesh）
依次点击［View］→［Assembly Display Options...］，在弹出的Assembly Display Options对话框中选择Mesh选项卡，点击Show node labels或Show element labels前的复选框，可以显示结点或单元标识，可方便地进行模型的校核。
5）定义材料
用“＊ELSET”定义下列结点集（surface1、surface2、surface3、base、subbase和subgrade），以方便材料定义：
＊ELSET，ELSET＝surface1，GENERATE
29，29，1
92，103，1
1029，1029，1
1092，1103，1
＊ELSET，ELSET＝surface2，GENERATE
28，28，1
80，91，1
1028，1028，1
1080，1091，1
＊ELSET，ELSET＝surface3，GENERATE
1，27，1
30，79，1
1001，1027，1
1030，1079，1
＊ELSET，ELSET＝base，GENERATE
104，106，1
120，155，1
1104，1106，1
1120，1155，1
＊ELSET，ELSET＝subbase，GENERATE
107，110，1
156，203，1
1107，1110，1
1156，1203，1
＊ELSET，ELSET＝subgrade，GENERATE
111，119，1
204，311，1
1111，1119，1
1204，1311，1
采用“＊MATERIAL”定义材料属性，用“＊SOLID SECTION”把所定义的材料属性赋予所定义的单元集。
＊SOLID SECTION，MATERIAL＝SMA，ELSET＝surface1
1.，
＊MATERIAL，NAME＝SMA
＊ELASTIC
1400，.35
＊SOLID SECTION，MATERIAL＝AC20，ELSET＝surface2
1.，
＊MATERIAL，NAME＝AC20
＊ELASTIC
1200，.3
＊SOLID SECTION，MATERIAL＝ATB，ELSET＝surface3
1.，
＊MATERIAL，NAME＝ATB
＊ELASTIC
1000，.3
＊SOLID SECTION，MATERIAL＝GM，ELSET＝base
1.，
＊MATERIAL，NAME＝GM
＊ELASTIC
500，.35
＊SOLID SECTION，MATERIAL＝CTB，ELSET＝subbase
1.，
＊MATERIAL，NAME＝CTB
＊ELASTIC
1500，.25
＊SOLID SECTION，MATERIAL＝SG，ELSET＝subgrade
1.，
＊MATERIAL，NAME＝SG
＊ELASTIC
40，.4
6）定义接触
先用“＊NSET”定义结点集sym1和sym2（这两个结点集分别定义了裂缝所在垂直线与各结构层相交的右侧结点和左侧结点，但不包含裂缝两侧的结点），然后用“＊MPC”关键字定义把除裂缝外的所有右侧、左侧结点约束起来。
＊NSET，NSET＝sym1，GENERATE
1，17，1
17，137，20
137，737，100
737，937，100
937，1137，100
121，721，100
721，1521，100
1521，3321，100
＊NSET，NSET＝sym2，GENERATE
1000001，1000017，1
1000017，1000137，20
1000137，1000737，100
1000737，1000937，100
1000937，1001137，100
1000121，1000721，100
1000721，1001521，100
1001521，1003321，100
＊MPC
tie，sym1，sym2
7）定义边界条件
先用“＊NSET”定义结点集fix1（模型底部边界）和fix2（模型右侧、左侧边界），然后用关键字“＊BOUNDARY”定义位移边界条件，其数据行分别是有边界条件的结点集和所限制的位移方向。
＊NSET，NSET＝fix1，GENERATE
3321，3325，1
3325，243325，10000
1003321，1003325，1
1003325，1243325，10000
＊NSET，NSET＝fix2，GENERATE
240125，240133，1
240133，241133，100
240125，243325，100
1240125，1240133，1
1240133，1241133，100
1240125，1243325，100
＊BOUNDARY
fix1，ENCASTRE
fix2，1，1
8）定义分析步、施加载荷和输出需求
用“＊ELSET”定义施加载荷的边界，用“＊NSET”定义裂缝区域。
＊ELSET，ELSET＝pressure1
92，95，1
1092，1095，1
＊NSET，NSET＝crack，GENERATE
1，17，1
1000001，1000017，1
用“＊STEP”关键字定义求解过程，“＊STATIC”关键字定义静态力学问题，“＊DLOAD”关键字加载，其数据行分别是所需加载的单元集，加载面和加载大小。
＊STEP
＊STATIC
＊dload
pressure1，p2，0.11737
提示：“pressure1，p2，0.11737”中的0.11737为标准轴载（0.7MPa）转化为平面问题的值。
用“＊CONTOUR INTEGRAL”关键字定义断裂力学模块的输出，可输出J积分和应力强度因子K，相应的选项有其特殊的意义，“FREQUENCY”表示输出频率，“CONTOURS”表示输出J积分和应力强度因子K的个数，本例是4个。“OUTPUT＝BOTH”表示输出结果到＊.odb和＊.dat文件中。“＊ENERGY PRINT”和“＊NODE PRINT”分别定义能量输出和结点输出到＊.dat文件中。裂缝尖端的J积分和应力强度因子K的数据可在＊.dat文件中查到。
＊CONTOUR INTEGRAL，FREQ＝1，CONTOURS＝4，OUTPUT＝BOTH
CRACK，0，1
＊CONTOUR INTEGRAL，FREQ＝1，CONTOURS＝4，TYPE＝K FACTORS，OUTPUT＝BOTH
CRACK，0，1
＊ENERGY PRINT
＊NODE PRINT，FREQ＝0
U，RF
＊END STEP
9）输出结果
将上述关键字行、数据行和注释行保存为Crackinp.inp文件。在ABAQUS Command窗口中输入abaqus job＝Crackinp int，回车确认，等待计算结束。
在ABAQUS/Viewer中打开Crackinp.odb文件，裂缝尖端的应力云图如图7.11所示，可知在裂缝尖端存在应力集中现象。
图7.11 裂缝尖端的Mises应力云图（inp）
在Crackinp.dat文件中，可知裂缝尖端的J积分为5.32×10－10 N/m（平均值），应力强度因子KⅠ为4.83×10－4 MPa·m1/2（平均值）。
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