ABAQUS 单元总结与分析技巧Word文件下载.docx

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决定单元插值的阶数

数学描述：

定义单元行为的数学理论

积分：

应用数值方法在每一单元的体积上对不同的变量进行积分。

大部分单元采用高斯积分方法计算单元内每一高斯点处的材料响应。

单元末尾用字母“R”识别减缩积分单元，否则是全积分单元。

ABAQUS拥有广泛适用于结构应用的庞大单元库。

单元类型的选择对模拟计算的精度和效率有重大的影响；

节点的有效自由度依赖于此节点所在的单元类型；

单元的名字完整地标明了单元族、单元的数学描述、节点数及积分类型；

所用的单元都必须指定单元性质选项。

单元性质选项不仅用来提供定义单元几何形状的附加数据，而且用来识别相关的材料性质定义；

对于实体单元，ABAQUS参考整体笛卡尔坐标系来定义单元的输出变量，如应力和应变。

可以用*ORIENTATION选项将整体坐标系改为局部坐标系；

对于三维壳单元，ABAQUS参考建立在壳表面上的一个坐标系来定义单元的输出变量。

可以用*ORIENTATION选项更改这个参考坐标系。

2．实体单元（C）

实体单元可在其任何表面与其他单元连接起来。

C3D:

三维单元

CAX:

无扭曲轴对称单元，模拟3600的环，用于分析受轴对称载荷作用，具有轴对称几何形状的结构；

CPE:

平面应变单元，假定离面应变ε33为零，用力模拟厚结构；

CPS:

平面应力单元，假定离面应力σ33为零，用力模拟薄结构；

广义平面应变单元包括附加的推广：

离面应变可以随着模型平面内的位置线性变化。

这种数学描述特别适合于厚截面的热应力分析。

可以扭曲的轴对称单元：

用来模拟初始时为轴对称的几何形状，且能沿对称轴发生扭曲。

这些单元对于模拟圆柱形结构，例如轴对称橡胶套管的扭转很有用。

反对称单元的轴对称单元：

用来模拟初始为轴对称几何形状的反对称变形。

适合于模拟像承受剪切载荷作用的轴对称橡胶支座一类的问题。

如果不需要模拟非常大的应变或进行一个复杂的，改变接触条件的问题，则应采用二次减缩积分单元（CAX8R,CPE8R,CPS8R,C3D20R）

如果存在应力集中，则应在局部采用二次完全积分单元（CAX8,CPE8,CPS8,C3D20等）。

对含有非常大的网格扭曲模拟（大应变分析），采用细网格划分的线性减缩积分单元（CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R等）

对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调元（CAX4I,CPE4I,CPS4I,

C3D8I）的细网格划分。

如果在模型中采用非协调元应使网格扭曲减至最小。

三维情况应尽可能采用块状单元（六面体）。

当几何形状复杂时，完全采用块体单元构造网格会很困难，因此可能有必要采用稧形和四面体单元，但尽量少用，并远离需要精确求解的区域。

一些前处理程序包括网格划分方法，它们可用四面体单元构造任意形状的网格。

只要采用二次四面体单元（C3D10），其结果对小位移问题应该是合理的。

小结：

在实体单元中所用的数学公式和积分阶数对分析的精度和花费有显著的影响；

使用完全积分单元，尤其是一阶（线性）单元，容易形成自锁现象，正常情况不用；

一阶减缩积分单元容易出现沙漏现象；

充分的单元细化可减小这种问题；

在分析中如有弯曲位移，且采用一阶减缩积分单元时，应在厚度方向至少用4个单元；

沙漏现象在二阶减缩积分单元中较少见，一般问题应考虑应用这些单元；

非协调单元的精度依赖于单元扭曲的量值；

结果的数值精度依赖于所用的网格，应进行网格细化研究以确保该网格对问题提供了唯一的解答。

但是应记住使用一个收敛网格不能保证计算结果与问题的实际行为相匹配：

它还依赖于模型其他方面的近似化和理想化程度；

通常只在想要得到精确结果的区域细划网格；

ABAQUS具有一些先进特点如子模型，它可以帮助对复杂模拟得到有用的结果。

3．壳单元（S）

可以模拟有一维尺寸（厚度）远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向的应力可以忽略的结构。

一般壳单元：

S4R,S3R,SAX1,SAX2,SAX2T。

对于薄壳和厚壳问题的应用均有效，且考虑了有限薄膜应变；

薄壳单元：

STRI3,STRI35,STRI65,S4R5,S8R5,S9R5,SAXA。

强化了基尔霍夫条件，即：

垂直于壳中截面的平面保持垂直于中截面；

厚壳单元：

S8R,S8RT。

二阶四边形单元，在小应变和载荷使计算结果沿壳的跨度方向上平缓变化的情况下，比普通单元产生的结果更精确；

对于给定的应用，判断是属于薄壳还是厚壳问题，一般：

如果单一材料制造的各向同性壳体的厚度和跨度之比在1/20－1/10之间，认为是厚壳问题；

如果比值小于1/30，则认为是薄壳问题；

若介于1/30－1/20之间，则不能明确划分。

由于横向剪切柔度在复合材料层合壳结构中作用显著，故比值（厚跨比）将远小于“薄”壳理论中采用的比值。

具有高柔韧中间层的复合材料（“三明治”复合材料）有很低的横向剪切刚度并且几乎总是被用来模拟“厚”壳；

横向剪切力和剪切应变存在于普通壳单元和厚壳单元中。

对于三维单元，提供了可估计的横向剪切应力。

计算这些应力时忽略了弯曲和扭转变形的耦合作用，并假定材料性质和弯曲力矩的空间梯度很小；

壳单元可以使用每个单元的局部材料方向，各项异型材料的数据，如纤维增强复合材料，以及单元输出变量，如应力和应变，都按局部材料方向而定义。

在大位移分析中，壳单元上的局部材料轴随着材料各积分点上的平均运动而转动；

线性、有限薄膜应变、四边形壳单元（S4R）是较完备的而且适合于普通范围的应用；

线性、有限薄膜应变、三角形壳单元（S3R）可作为通用的壳单元来应用。

由于在单元内部近似为应变场，精细的网格划分可用于求解弯曲变形和高应变梯度；

考虑到在复合材料层合壳模型中剪切柔度的影响，将采用“厚”壳单元（S4R,S3R,S8R）

四边形或三角形的二次壳单元，用于一般的小变形薄壳是很有效的。

它们对剪力自锁和薄膜锁死是不敏感的；

在接触模拟中不用选用二阶三角形壳单元（STRI65），要采用9节点的四边形壳单元（S9R5）;

对于仅经历几何线性行为的非常大的模型，线性、薄壳单元（S4R5）一般将比通用壳单元花费更少；

壳单元的横截面特性可以由沿厚度方向的数值积分确定（*SHELLSECTION），或在分析开始时应用计算的横截面刚度（*SHELLGENERALSECTION）；

*SHELLGENERALSECTION是非常有效的，但仅用于线性材料，*SHELLSECTION可用于线性和非线性材料；

数值积分在沿壳厚度方向的一系列积分点上进行。

这些积分点就是单元变量可以被输出的位置。

最外层的积分点位于壳单元的表面。

壳单元法线方向决定了单元的正和负表面，为了正确地定义接触和解释输出数据，必须知道其对应的是哪个面。

壳法线还定义了施加在单元上正压力载荷的方向，并可以在ABAQUS/Post中画出；

壳单元利用材料方向局部化到每个单元。

在大位移分析中，局部材料轴随单元而转动。

*ORIENTATION被用来定义非默认的局部坐标系统。

单元的变量，如应力和应变，在局部方向输出；

*TRANSFORM定义节点的局部坐标系，集中载荷和边界条件被应用在局部坐标系中。

所用节点的输出，如位移，也默认为基于局部的坐标系；

矢量图可以使模拟结果可视化，特别是用来观察结构的运动和载荷路径。

4.梁单元（B）

模拟一维尺寸（长度）远大于另外二维尺寸的构件，且只有长度方向上的应力比较显著。

对于包含接触的任何模拟，应使用一阶、剪切变形的梁单元（B21,B31）

如果结构刚度非常大或者非常柔软，在几何非线性模拟中应当使用杂交梁单元（B21H,B32H,等）

使用欧拉－伯努利（三次）梁单元（B23,B33）精度很高，可模拟承受分布载荷作用的梁，例如动态振动分析。

如果横向剪切变形也很重要，要使用铁摩辛柯（二次型）梁单元（B22,B32）

模拟有开口薄壁横截面的结构，应当使用考虑了开口截面翘曲理论的梁单元（B31OS,B32OS）

梁单元的性质由截面（*BEAMSECTION或*BEAMGENERALSECTION）的数值积分决定，或直接给出截面积、惯性矩和扭转常数（*BEAMGENERALSECTION）；

当使用*BEAMGENERALSECTION选项时，模拟开始时进行一次数值积分，并且假定材料是弹性的；

ABAQUS包括大量的标准横截面形状。

其它形状可以通过定义SECTION=ARBITRARY来模拟；

必须定义横截面取向，方法是通过给出第三个节点，或者在单元性质定义中定义一个矢量。

截面取向在ABAQUS后处理中可以画出；

当梁作为壳的加强构件使用时，梁的横截面可能偏离节点；

线性和二次型包含剪切变形的影响，三次型梁不考虑剪切柔度。

开口截面梁准确地模拟了扭转和薄壁开口截面翘曲（包括翘曲约束）的影响；

多点约束和约束方程可以用来连接模型中铰接、刚性连接等节点的自由度；

“弯矩”型图使得像梁这样的一维单元的结果很清楚地表示出来；

ABAQUS后处理图的硬拷贝可以得到PostScript和HPGL的格式。

5．桁架单元（T）

只能承受拉伸和压缩载荷的杆，不能承受弯曲，模拟铰接框架结构，近似模拟线缆和弹簧。

6．刚体单元（R）

没有独立的自由度。

7．非线性分析

结构问题中存在着三种非线性来源：

材料、几何和边界（接触）。

这些因素的任意组合都可以出现在ABAQUS的分析中；

几何非线性发生在位移量值影响结构响应的情况下。

这包括大位移和转动效应、突然翻转和载荷硬化；

非线性问题是利用牛顿－拉弗森方法来进行迭代求解的。

非线性问题比线性问题所需要的计算机资源要高许多倍；

非线性分析步被分为许多增量步。

ABAQUS通过迭代，在新的载荷增量结束时近似地达到静力学平衡。

ABAQUS在整个模拟计算中完全控制载荷的增量和收敛性；

状态文件允许在分析运行时监控分析过程的进展。

信息文件包含了载荷增量和迭代过程的详细信息；

在每个增量步结束时可以保存计算结果，这样结构响应的演化就可以用ABAQUS/Post显示出来。

计算结果也可以用x-y图的形式绘出。

8．材料

ABAQUS包含一个广泛的材料库，可模拟各种工程材料的性质。

其中包括金属塑性和橡胶弹性模型；

金属塑性模型的应力－应变数据必须用真实应变定义；

金属塑性模型假定材料具有一旦屈服即不可压缩的性质。

这将对应用于弹－塑性模拟的单元类型带来某些限制；

多项式和奥根应变能函数可应用于橡胶材料的弹性（超弹性）。

两种模型均允许直接用实验数据来确定材料的系数。

实验数据必须是名义应力和名义应变的值；

在超弹性材料模型中的稳定性警告，说明所要分析的应变范围不合适；

存在对称性时，可以只考虑部分模型从而减小模拟的尺寸。

可通过施加适当的边界条件来反映结构其余部分的效应；

大畸变问题的网格设计比小位移问题更加困难。

在分析的任何阶段，网格中的单元务必不能过于畸变；

ABAQUS/Post中的*DEFINECURVE命令允许处理曲线上的数据以生成新的曲线。

两条曲线或一条曲线与一个常数可以加、减、乘、除。

曲线还可以求导、积分和合并。

9．动态问题

具有下列特征的问题适于采用线性瞬态动力学分析：

系统是线性的：

线性材料行为，无接触条件，无非线性的几何效应；

响应只受较少的频率支配。

当响应中各频率成分增加时，例如撞击和冲击情况，振型叠加方法的效果将大大降低；

载荷的主要频率在可得到的固有频率范围内，以确保对载荷的描述足够精确；

由于任何突然加载所产生的初始加速度能用特征模型精确描述；

对系统的阻尼不能过大。

动态分析包括结构的惯性效应；

*FREQUENCY可以计算结构的固有频率和振型；

通过振型叠加，可以确定线性系统的动态响应。

这一方法尽管有效，但是不能用于非线性问题；

线性动态过程可以计算瞬态载荷的瞬态响应、谐振动下的稳态响应、支座移动造成的响应峰值和随机载荷的响应；

为了准确表示结构的动态行为，必须选择足够多的振型。

总的等效模型质量应占可动质量的90%以上；

用户可以给定直接模态阻尼、瑞利阻尼和复合模态阻尼。

但是由于固有频率和振型的计算都是基于无阻尼的结构，所以此法只适用于低阻尼结构；

模态技术不适用于非线性的动态模拟。

在这种情况下必须采用自己的时间积分方法（*DYNAMIC）

*AMPLITUDE选项可以描述随时间任意变化的载荷，以及给定的边界条件；

振型和瞬态结果可以在ABAQUS/Post中用动画显示。

这对于理解动态响应和非线性静态分析十分有帮助。

10．多步骤分析

一个ABAQUS模拟过程可以包含任意数目的步骤；

一个分析步骤就是一段“时间”，在这段时间里ABAQUS计算模型对一套指定载荷和边界条件的响应。

这一步骤中所用的特殊分析过程确定了这个响应的特征；

在一个一般分析步骤中，结构的响应可能是线性的，也可能是非线性的；

每一个一般步骤的开始状态是上一个一般步骤的结束状态。

这样，在一个模拟中模型的响应随一系列一般步骤而演化；

线性扰动步骤计算结构对扰动载荷的线性响应。

这个响应的基本状态是相对于最后一个一般步骤结束时模型的状态所定义的；

在一般步骤中任何载荷选项里的OP参数（例如*BOUNDARY,*CLOAD和*DLOAD中）控制着这些选项中所指定的数值是如何与前面步骤中定义的数值相互作用的；

只要存储了一个重新启动文件就可以进行重新启动分析。

重新启动文件可以用来继续一个中断的分析或者给模拟添加附加的载荷过程。

11．接触

接触分析需要一个谨慎的逻辑方法。

如果必要，将分析分解成几步执行，并缓慢地施加荷载，以保证很好地建立接触条件；

一般地，对分析的每一步最好采用分离步骤进行，即使只是因为载荷而改变边界条件。

您几乎肯定要比预期情况应用更多的步骤，但模型则收敛得更容易。

如果想一步就将所有的载荷加上，接触分析是难以完成的；

在对结构施加工作载荷之前，要在所有部件之间取得稳定的接触条件。

如果必要，采用临时的边界条件，在以后阶段再消除这些约束。

只要所提供的约束不产生永久的变形，对最后的结果应该毫无影响；

不用对接触面上的节点施加边界条件，即在接触方向上限制节点。

如果有摩擦，不要在任何自由度上约束这些节点：

可能导致零主元信息；

对于接触模拟，总要试图使用一阶单元。

abaqus分析技巧[zz]

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abaqus分析技巧

　　采用abaqus的cae进行力学问题的分析，其对模型的处理存在很多的技巧，对abaqus的一些分析技巧进行一些概述，希望对大家有所帮助。

　　abaqus的多图层绘图

　　abaqus的cae默认一个视区仅仅绘出一个图形，譬如contor图，变形图，x-y曲线图等，其实在abaqus里面存在一个类似于origin里面的图层的概念，对于每个当前视区里面的图形都可以建立一个图层，并且可以将多个图层合并在一个图形里面，称之为OverlayPlot，譬如你可以在同一副图中，左边绘出contor图，右边绘出x-y图等等，并且在abaqus里面的操作也是很简单的。

　　1.首先进入可视化模块，当然要先打开你的模型数据文件（.odb）

　　2.第一步要先创建好你的图形，譬如变形图等等

　　3.进入view里面的overlayplot，点击creat，创建一个图层，现在在viewportlayer里出现了你创建的图层了

　　4.注意你创建的图层，可以看到在visible下面有个选择的标记，表示在视区里面你的图层是否可见，和autocad里面是一样，取消则不可见current表示是否是当前图层，有些操作只能对当前图层操作有效，同cadname是你建立图层的名称，其他的属性值和你的模型数据库及图形的类型有关，一般不能改动的。

　　5.重复2-4步就可以创建多个图层了

　　6.创建好之后就可以选择plot/apply，则在视区显示出所有的可见的图层

子结构的概述：

　　1.什么是子结构

　　子结构也叫超单元的（两者还是有点区别的，文后会谈到），子结构并不是abaqus里面的新东东，而是有限元里面的一个概念，所谓子结构就是将一组单元组合为一个单元（称为超单元），注意是一个单元，这个单元和你用的其他任何一种类型的单元一样使用。

　　2.为什么要用子结构

　　使用子结构并不是为了好玩，凡是建过大型有限元模型的兄弟们都可能碰到过计算一个问题要花几个小时，一两天甚至由于单元太多无法求解的情况，子结构正是针对这类问题的一种解决方法，所以子结构肯定是对一个大型的有限元模型的，譬如在求解非线性问题的时候，因为对于一个非线性问题，系统往往经过多次迭代，每次这个系统的刚度矩阵都会被重新计算，而一般来说一个大型问题往往有很大一部分的变形是很小的，把这部分作为一个子结构，其刚度矩阵仅要计算一次，大大节约了计算时间。

　　3.哪些情况可以使用子结构

　　前面提到的非线性问题，包括了很小变形的或者线弹性部分可以使用子结构，特别是当模型中有很多相同的部分时，提到的最多的一个例子就是桌子的四条腿，四条腿作为子结构（因为基本时弹性变形）可以包括了很多的实体单元，可以大大提高效率再一个就是问题确实太大，只有采用子结构将问题分成很多块，计算出结果后再次采用子结构分块计算，一直到能对每块单独计算为止。

　　4.abaqus中子结构的特点及要注意的问题

　　子结构是一组单元的集合，但是在子结构中仅仅只有你指定的那些节点的自由度会保留下来而其他节点的自由度都被消除了，其他的节点均是通过线性插值的方式获得求解;

　　子结构是通过你指定的节点与其他的单元建立联系的;

在abaqus的6.4版本中只有子结构这个概念没有超单元了，其区别就是子结构可以求得单元内部准确的解而超单元不行;

当你定义子结构的时候不要包含太多的单元，因为单元的刚度矩阵集成的时候会花掉太多的时间，可以用更多的含有较少单元的子结构代替。

　　5.在abaqus中子结构的用法

　　一般包括如下部分，首先你要利用substructuregenerate和retainednodaldofs定义一个子结构，然后你可以定义子结构的内部荷载，边界条件一旦你已经定义了子结构以后你就可以象利用一般的单元一样使用子结构了，譬如输出请求等等。

因为内容太多只能另外的文章再述了，大家也可以直接看看手册，要注意的是，abaquscae是不支持子结构的。

如何在不同的分析步改变材料的参数

　　我所了解的大概有三种不同的方法：

　　1.最强大的当然是采用umat的方式，不过需要有深厚的有限元基础，一般人不推荐使用

　　2.采用场变量，不过功能相对简单

　　3.采用abaqus的import命令将前面分析的结果传递到新的分析之中

　　这里介绍下第二种方法

　　*什么是场变量

　　所谓场变量，我的理解就是一个环境变量，它建立了一个与材料参数之间的中介，虽然不能直接指定材料参数在不同的分析步具有不同的值，但是通过场变量，间接的达到了目的。

　　*怎样使用场变量

　　其实场变量用的较多的实在热力学和流体力学的分析种，这里介绍的仅仅是在固体力学中的用法

　　1.定义场变量

　　*你可以在initial中指定场变量的值，格式如下

initialconditions，type＝field，variable＝n（场变量的编号）

Set－1（你定义的结点集），1.0（场变量的值）

场变量是通过编号来识别的，一次只能定义一个场变量

*你也可以直接在分析步中指定场变量的值，格式如下

*field,variable="

1"

Set-1,1

　　当然也可以同时使用initial和field，当你指定的场变量改变时，默认材料的参数是在增量步间线性变化的。

　　2.建立材料参数和场变量之间的联系

　　如果你用cae，在prop模块里面的材料参数一般都有Numberoffieldvariables，场变量都是从1开始的，你也可以选择多个场变量。

填入场变量的值和材料参数间的关系，譬如

杨是模量泊松比field1

200.E9,0.3,1.

180.E9,0.3,2.

　　如果你用的是命令格式，则在inp文件里面键入：

*ELASTIC,DEPENDENCIES="

200.E9,0.3,,1.

180.E9,0.3,,2.

　　第四个参数表示场变量的值

　　3.注意

　　场变量在不同分析步中的值有你在不同的分析步中指定，如果没有指定，材料参数默认微是场变量1的值，例如

*STEP，name=step1

*STATIC......

*FIELD,VARIABLE="

NALL,1.

*ENDSTEP

*STEP，name=step2

NALL,2.

cae步支持场变量，所以你必须自己更改inp文件

　　4.技巧

　　如果材料的参数变化比较复杂，一般是利用副职曲线来定义场变量值的变化，

，amplitude＝？

？

对幅值曲线步清楚的自己可以看手册

*模型的重启动分析－restart

按理说restart不应该算是一个分析的技巧，而是一个常识，不过呢可能有很多朋友没有建过大型模型导致restart也用的较少，所以也介绍下。

　　1.什么是restart

　　你的job可能包含多个step，可是如果你的模型很大，可能会有这样一种情况，当你花了几天几夜，终于分析好的时候，你发现thefirststep的边界条件设置的有问题，这对于你真是晴天霹雳，于是你只好重新来过，可是低二天你发现你的电脑restart，这时的你可能只能问上帝了，howcanido?

　　*restart,就是将一个复杂的模型分析过程分成很多的阶段，甚至是一个increatmentstep一个阶段，你可以对每个阶段的结果进行检验，然后进入下一个阶段进行分析。

　　2.重启动需要那些文件

　　对于standard来说，.res，.mdl,.stt,.prt,.odb,这些文件是用于重启动的，explict是.abq,.stt,.prt,.odb.

　　3.如何在一个分析中设置重启动来生成以上文件。

　　这里只介绍下在standard的用法，其实很简单?

inp文件里面加入*RESTART,WRITE,FREQUENCY="

N就可以了"

cae默认加入了重启选项，不过可以在step－>

output->

restartrequest里面设置输出的频率，也就是frequency。

　　*技巧：

因为res文件包含了模型的几乎全部信息，所以非