[PDF] CalculiX CrunchiX USERS MANUAL version 2.13

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CalculiX CrunchiX USER"S MANUAL version

2.13

Guido Dhondt

October 8, 2017

Contents

1 Introduction.10

2 How to perform CalculiX calculations in parallel 10

3 Units13

4 Golden rules14

5 Simple example problems16

5.1 Cantilever beam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.2 Frequency calculation of a beam loaded by compressive forces . . 23

5.3 Frequency calculation of a rotating disk on a slender shaft . . . . 25

5.4 Thermal calculation of a furnace . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.5 Seepage under a dam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.6 Capacitance of a cylindrical capacitor . . . . . . . . . . . . . .. 41

5.7 Hydraulic pipe system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.8 Lid-driven cavity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.9 Transient laminar incompressible Couette problem . . . .. . . . 53

5.10 Stationary laminar inviscid compressible airfoil flow. . . . . . . 54

5.11 Stationary laminar viscous compressible airfoil flow .. . . . . . . 58

5.12 Channel with hydraulic jump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5.13 Cantilever beam using beam elements . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.14 Reinforced concrete cantilever beam . . . . . . . . . . . . . . .. 69

5.15 Wrinkling of a thin sheet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

6 Theory74

6.1 Node Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6.2 Element Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6.2.1 Eight-node brick element (C3D8 and F3D8) . . . . . . . . 76

6.2.2 C3D8R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.2.3 Incompatible mode eight-node brick element (C3D8I) .. 78

1

2CONTENTS

6.2.4 Twenty-node brick element (C3D20) . . . . . . . . . . . . 79

6.2.5 C3D20R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6.2.6 Four-node tetrahedral element (C3D4 and F3D4) . . . . . 81

6.2.7 Ten-node tetrahedral element (C3D10) . . . . . . . . . . . 81

6.2.8 Modified ten-node tetrahedral element (C3D10T) . . . . .83

6.2.9 Six-node wedge element (C3D6 and F3D6) . . . . . . . . 83

6.2.10 Fifteen-node wedge element (C3D15) . . . . . . . . . . . . 83

6.2.11 Three-node shell element (S3) . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.2.12 Four-node shell element (S4 and S4R) . . . . . . . . . . . 86

6.2.13 Six-node shell element (S6) . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

6.2.14 Eight-node shell element (S8 and S8R) . . . . . . . . . . . 87

6.2.15 Three-node membrane element (M3D3) . . . . . . . . . . 94

6.2.16 Three-node membrane element (M3D4 and M3D4R) . . . 94

6.2.17 Three-node membrane element (M3D6) . . . . . . . . . . 94

6.2.18 Three-node membrane element (M3D8 and M3D8R) . . . 94

6.2.19 Three-node plane stress element (CPS3) . . . . . . . . . . 94

6.2.20 Four-node plane stress element (CPS4 and CPS4R) . . . 94

6.2.21 Six-node plane stress element (CPS6) . . . . . . . . . . . 95

6.2.22 Eight-node plane stress element (CPS8 and CPS8R) . . .95

6.2.23 Three-node plane strain element (CPE3) . . . . . . . . . . 97

6.2.24 Four-node plane strain element (CPE4 and CPE4R) . . . 97

6.2.25 Six-node plane strain element (CPE6) . . . . . . . . . . . 97

6.2.26 Eight-node plane strain element (CPE8 and CPE8R) . . .97

6.2.27 Three-node axisymmetric element (CAX3) . . . . . . . . 97

6.2.28 Four-node axisymmetric element (CAX4 and CAX4R) . . 98

6.2.29 Six-node axisymmetric element (CAX6) . . . . . . . . . . 98

6.2.30 Eight-node axisymmetric element (CAX8 and CAX8R) . 98

6.2.31 Two-node 2D beam element (B21) . . . . . . . . . . . . . 100

6.2.32 Two-node 3D beam element (B31 and B31R) . . . . . . . 100

6.2.33 Three-node 3D beam element (B32 and B32R) . . . . . . 100

6.2.34 Two-node 2D truss element (T2D2) . . . . . . . . . . . . 106

6.2.35 Two-node 3D truss element (T3D2) . . . . . . . . . . . . 106

6.2.36 Three-node 3D truss element (T3D3) . . . . . . . . . . . . 108

6.2.37 Three-node network element (D) . . . . . . . . . . . . . . 108

6.2.38 Two-node unidirectional gap element (GAPUNI) . . . . .109

6.2.39 Two-node 3-dimensional dashpot (DASHPOTA) . . . . . 109

6.2.40 One-node 3-dimensional spring (SPRING1) . . . . . . . . 110

6.2.41 Two-node 3-dimensional spring (SPRING2) . . . . . . . . 110

6.2.42 Two-node 3-dimensional spring (SPRINGA) . . . . . . . . 111

6.2.43 One-node coupling element (DCOUP3D) . . . . . . . . . 111

6.2.44 One-node mass element (MASS) . . . . . . . . . . . . . . 111

6.2.45 User Element (Uxxxx) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

6.3 Beam Section Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

6.3.1 Pipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

6.3.2 Box . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

6.3.3 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

CONTENTS3

6.4 Fluid Section Types: Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

6.4.1 Orifice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

6.4.2 Bleed Tapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

6.4.3 Preswirl Nozzle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

6.4.4 Straight and Stepped Labyrinth . . . . . . . . . . . . . . . 125

6.4.5 Characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6.4.6 Carbon Seal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

6.4.7 Gas Pipe (Fanno) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.4.8 Restrictor, Long Orifice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

6.4.9 Restrictor, Enlargement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6.4.10 Restrictor, Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

6.4.11 Restrictor, Bend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

6.4.12 Restrictor, Wall Orifice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

6.4.13 Restrictor, Entrance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

6.4.14 Restrictor, Exit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

6.4.15 Restrictor, User . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

6.4.16 Branch, Joint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.4.17 Branch, Split . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

6.4.18 Cross, Split . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

6.4.19 Vortex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

6.4.20 M¨ohring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

6.4.21 Change absolute/relative system . . . . . . . . . . . . . . 161

6.4.22 In/Out . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

6.4.23 Mass Flow Percent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

6.4.24 Network User Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

6.5 Fluid Section Types: Liquids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

6.5.1 Pipe, Manning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

6.5.2 Pipe, White-Colebrook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

6.5.3 Pipe, Sudden Enlargement . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

6.5.4 Pipe, Sudden Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

6.5.5 Pipe, Entrance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

6.5.6 Pipe, Diaphragm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

6.5.7 Pipe, Bend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

6.5.8 Pipe, Gate Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

6.5.9 Pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

6.5.10 In/Out . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

6.6 Fluid Section Types: Open Channels . . . . . . . . . . . . . . . . 176

6.6.1 Straight Channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

6.6.2 Sluice Gate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

6.6.3 Sluice Opening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

6.6.4 Weir Crest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

6.6.5 Weir slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

6.6.6 Discontinuous Slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

6.6.7 Discontinuous Opening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

6.6.8 Reservoir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

6.6.9 Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

4CONTENTS

6.6.10 Enlargement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

6.6.11 Drop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

6.6.12 Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

6.6.13 In/Out . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

6.7 Boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

6.7.1 Single point constraints (SPC) . . . . . . . . . . . . . . . 186

6.7.2 Multiple point constraints (MPC) . . . . . . . . . . . . . 187

6.7.3 Kinematic and Distributing Coupling . . . . . . . . . . . 187

6.7.4 Mathematical description of a knot . . . . . . . . . . . . . 188

6.7.5 Node-to-Face Penalty Contact . . . . . . . . . . . . . . . 191

6.7.6 Face-to-Face Penalty Contact . . . . . . . . . . . . . . . . 207

6.8 Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

6.8.1 Linear elastic materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

6.8.2 Linear elastic materials for large strains (Ciarlet model) . 213

6.8.3 Ideal gas for quasi-static calculations . . . . . . . . . . .. 214

6.8.4 Hyperelastic and hyperfoam materials . . . . . . . . . . . 215

6.8.5 Deformation plasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

6.8.6 Incremental (visco)plasticity: multiplicative decomposition 216

6.8.7 Incremental (visco)plasticity: additive decomposition . . . 217

6.8.8 Tension-only and compression-only materials. . . . . .. . 218

6.8.9 Fiber reinforced materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

6.8.10 The Cailletaud single crystal model. . . . . . . . . . . . . 220

6.8.11 The Cailletaud single crystal creep model. . . . . . . . .. 224

6.8.12 Elastic anisotropy with isotropic viscoplasticity. . . . . . . 225

6.8.13 Elastic anisotropy with isotropic creep defined by a creep user subroutine.229

6.8.14 User materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

6.9 Types of analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

6.9.1 Static analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

6.9.2 Frequency analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

6.9.3 Complex frequency analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

6.9.4 Buckling analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

6.9.5 Modal dynamic analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

6.9.6 Steady state dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

6.9.7 Direct integration dynamic analysis . . . . . . . . . . . . 242

6.9.8 Heat transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

6.9.9 Acoustics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

6.9.10 Shallow water motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

6.9.11 Hydrodynamic lubrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

6.9.12 Irrotational incompressible inviscid flow . . . . . . . .. . 247

6.9.13 Electrostatics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

6.9.14 Stationary groundwater flow . . . . . . . . . . . . . . . . 249

6.9.15 Diffusion mass transfer in a stationary medium . . . . . .251

6.9.16 Aerodynamic Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

6.9.17 Hydraulic Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

6.9.18 Turbulent Flow in Open Channels . . . . . . . . . . . . . 257

6.9.19 Three-dimensional Navier-Stokes Calculations . . .. . . 259

CONTENTS5

6.9.20 Substructure Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

6.9.21 Electromagnetism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

6.9.22 Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

6.9.23 Green functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

6.10 Convergence criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

6.10.1 Thermomechanical iterations . . . . . . . . . . . . . . . . 277

6.10.2 Line search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

6.10.3 Network iterations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

6.10.4 Implicit dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

6.11 Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

6.11.1 Point loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

6.11.2 Facial distributed loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

6.11.3 Centrifugal distributed loading . . . . . . . . . . . . . . . 286

6.11.4 Gravity distributed loading . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

6.11.5 Forces obtained by selecting RF . . . . . . . . . . . . . . 288

6.11.6 Temperature loading in a mechanical analysis . . . . . .. 291

6.11.7 Initial(residual) stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

6.11.8 Concentrated heat flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

6.11.9 Distributed heat flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

6.11.10Convective heat flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

6.11.11Radiative heat flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

6.12 Error estimators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

6.12.1 Zienkiewicz-Zhu error estimator . . . . . . . . . . . . . . . 292

6.12.2 Gradient error estimator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

6.13 Output variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294

7 Input deck format296

7.1 *AMPLITUDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

7.2 *BEAM SECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

7.3 *BOUNDARY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

7.3.1 Homogeneous Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

7.3.2 Inhomogeneous Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

7.3.3 Submodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

7.4 *BOUNDARYF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

7.5 *BUCKLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

7.6 *CFD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

7.7 *CFLUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

7.8 *CHANGE FRICTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

7.9 *CHANGE MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

7.10 *CHANGE PLASTIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

7.11 *CHANGE SURFACE BEHAVIOR . . . . . . . . . . . . . . . . 313

7.12 *CHANGE SOLID SECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

7.13 *CLEARANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

7.14 *CLOAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

7.15 *COMPLEX FREQUENCY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318

7.16 *CONDUCTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

6CONTENTS

7.17 *CONTACT DAMPING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

7.18 *CONTACT FILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

7.19 *CONTACT OUTPUT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

7.20 *CONTACT PAIR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

7.21 *CONTACT PRINT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

7.22 *CONTROLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

7.23 *COUPLED TEMPERATURE-DISPLACEMENT . . . . . . . . 330

7.24 *COUPLING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

7.25 *CREEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

7.26 *CYCLIC HARDENING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

7.27 *CYCLIC SYMMETRY MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

7.28 *DAMPING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

7.29 *DASHPOT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

7.30 *DEFORMATION PLASTICITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

7.31 *DENSITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

7.32 *DEPVAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

7.33 *DESIGN VARIABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

7.34 *DFLUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

7.35 *DISTRIBUTING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

7.36 *DISTRIBUTING COUPLING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

7.37 *DLOAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

7.38 *DSLOAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

7.39 *DYNAMIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

7.40 *ELASTIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

7.41 *ELECTRICAL CONDUCTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

7.42 *ELECTROMAGNETICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

7.43 *ELEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

7.44 *ELEMENT OUTPUT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

7.45 *EL FILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

7.46 *EL PRINT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

7.47 *ELSET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374

7.48 *END STEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

7.49 *EQUATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

7.50 *EXPANSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

7.51 *FILM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

7.52 *FLUID CONSTANTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

7.53 *FLUID SECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

7.54 *FREQUENCY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

7.55 *FRICTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

7.56 *GAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388

7.57 *GAP CONDUCTANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

7.58 *GAP HEAT GENERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

7.59 *GREEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

7.60 *HEADING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

7.61 *HEAT TRANSFER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

7.62 *HYPERELASTIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

CONTENTS7

7.63 *HYPERFOAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402

7.64 *INCLUDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

7.65 *INITIAL CONDITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404

7.66 *KINEMATIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

7.67 *MAGNETIC PERMEABILITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409

7.68 *MASS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

7.69 *MASS FLOW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

7.70 *MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

7.71 *MODAL DAMPING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

7.72 *MODAL DYNAMIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

7.73 *MODEL CHANGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416

7.74 *MPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

7.75 *NETWORK MPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418

7.76 *NO ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419

7.77 *NODAL THICKNESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419

7.78 *NODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420

7.79 *NODE FILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421

7.80 *NODE OUTPUT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

7.81 *NODE PRINT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

7.82 *NORMAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

7.83 *NSET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

7.84 *OBJECTIVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

7.85 *ORIENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

7.86 *OUTPUT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

7.87 *PHYSICAL CONSTANTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

7.88 *PLASTIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

7.89 *PRE-TENSION SECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

7.90 *RADIATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438

7.91 *RESTART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443

7.92 *RETAINED NODAL DOFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444

7.93 *RIGID BODY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445

7.94 *SECTION PRINT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

7.95 *SELECT CYCLIC SYMMETRY MODES . . . . . . . . . . . . 448

7.96 *SENSITIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449

7.97 *SHELL SECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450

7.98 *SOLID SECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451

7.99 *SPECIFIC GAS CONSTANT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

7.100*SPECIFIC HEAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

7.101*SPRING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453

7.102*STATIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455

7.103*STEADY STATE DYNAMICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458

7.104*STEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

7.105*SUBMODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

7.106*SUBSTRUCTURE GENERATE . . . . . . . . . . . . . . . . . 464

7.107*SUBSTRUCTURE MATRIX OUTPUT . . . . . . . . . . . . . 465

7.108*SURFACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465

8CONTENTS

7.109*SURFACE BEHAVIOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468

7.110*SURFACE INTERACTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

7.111*TEMPERATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471

7.112*TIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472

7.113*TIME POINTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475

7.114*TRANSFORM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476

7.115*TRANSFORMF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478

7.116*UNCOUPLED TEMPERATURE-DISPLACEMENT . . . . . . 479

7.117*USER ELEMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482

7.118*USER MATERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482

7.119*VALUES AT INFINITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483

7.120*VIEWFACTOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

7.121*VISCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485

8 User subroutines.486

8.1 Creep (creep.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486

8.2 Hardening (uhardening.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488

8.3 User-defined initial conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .488

8.3.1 Initial internal variables (sdvini.f) . . . . . . . . . . . .. 488

8.3.2 Initial stress field (sigini.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489

8.4 User-defined loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490

8.4.1 Concentrated flux (cflux.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . 490

8.4.2 Concentrated load (cload.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . 491

8.4.3 Distributed flux (dflux.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492

8.4.4 Distribruted load (dload.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . 494

8.4.5 Heat convection (film.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496

8.4.6 Boundary conditions(uboun.f) . . . . . . . . . . . . . . . 498

8.4.7 Heat radiation (radiate.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499

8.4.8 Temperature (utemp.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501

8.4.9 Amplitude (uamplitude.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501

8.4.10 Face loading (ufaceload.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502

8.4.11 Gap conductance (gapcon.f) . . . . . . . . . . . . . . . . . 502

8.5 User-defined mechanical material laws. . . . . . . . . . . . . . .. 503

8.5.1 The CalculiX interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504

8.5.2 ABAQUS umat routines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509

8.6 User-defined thermal material laws. . . . . . . . . . . . . . . . . .511

8.7 User-defined nonlinear equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513

8.7.1 Mean rotation MPC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515

8.7.2 Maximum distance MPC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517

8.7.3 Network MPC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518

8.8 User-defined elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518

8.8.1 Network element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518

CONTENTS9

9 Program structure.519

9.1 Allocation of the fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520

9.1.1 openfile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520

9.1.2 readinput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520

9.1.3 allocate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522

9.2 Reading the step input data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530

9.2.1 SPC"s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530

9.2.2 Homogeneous linear equations . . . . . . . . . . . . . . . 532

9.2.3 Concentrated loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534

9.2.4 Facial distributed loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534

9.2.5 Mechanical body loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536

9.2.6 Sets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537

9.2.7 Material description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538

9.3 Expansion of the one-dimensional and two-dimensional elements 540

9.3.1 Cataloguing the elements belonging to a given node . . .541

9.3.2 Calculating the normals in the nodes . . . . . . . . . . . . 541

9.3.3 Expanding the 1D and 2D elements . . . . . . . . . . . . 543

9.3.4 Connecting 1D and 2D elements to 3D elements . . . . . 543

9.3.5 Applying the SPC"s to the expanded structure . . . . . . 545

9.3.6 Applying the MPC"s to the expanded structure . . . . . . 546

9.3.7 Applying temperatures and temperature gradients . . .. 546

9.3.8 Applying concentrated forces to the expanded structure . 546

9.4 Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547

9.5 Determining the matrix structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

9.5.1 Matching the SPC"s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

9.5.2 De-cascading the MPC"s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

9.5.3 Determining the matrix structure. . . . . . . . . . . . . . 562

9.6 Filling and solving the set of equations, storing the results . . . . 564

9.6.1 Linear static analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564

9.6.2 Nonlinear calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565

9.6.3 Frequency calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569

9.6.4 Buckling calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570

9.6.5 Modal dynamic calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . 571

9.6.6 Steady state dynamics calculations . . . . . . . . . . . . . 571

9.7 Major routines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572

9.7.1 mafillsm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572

9.7.2 results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572

9.8 Aerodynamic and hydraulic networks . . . . . . . . . . . . . . . . 573

9.8.1 The variables and the equations . . . . . . . . . . . . . . 574

9.8.2 Determining the basic characteristics of the network. . . 576

9.8.3 Initializing the unknowns . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578

9.8.4 Calculating the residual and setting up the equation system578

9.8.5 Convergence criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579

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