abaqus系列教程02基础Word格式文档下载.docx

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这些附加的几何数据可由单元的物理特性定义，对于定义完整的模型几何形状它们是必要的。

（见第3章“有限单元和刚性体”）。

材料数据

对于所有单元必须指定其材料特性。

然而由于高质量的材料数据是很难得到的，尤其是对于一些复杂的材料模型，所以ABAQUS计算结果的有效性受材料数据的准确程度和范围的制约。

加载和边界条件

加载干扰了实际结构并因而产生应力。

最常见的加载形式包括：

·

点载荷

表面压力载荷

体力，如重力

热载荷

应用边界条件可以约束模型的某一部分保持固定（零位移）或移动指定大小的位移值（非零位移）。

在静态分析中需要应用足够的边界条件以防止模型在任意方向上的刚体移动；

否则，没有约束的刚体位移会导致刚度矩阵产生奇异。

在求解阶段，求解器将发生问题，并可能引起模拟过程过早中断。

在模拟过程中，如果查出了求解器问题，ABAQUS/Standard将发出警告信息。

用户要知道如何解释这些错误信息，这一点十分重要。

如果在静态应力分析时看见警告信息“numericalsingularity”（数值奇异）或“zeropivot”（主元素为零），用户必须检查是否整个或者部分模型缺少限制刚体平动或转动的约束。

在动态分析中，由于结构模型中的所有分离部分都具有一定的质量，其惯性力可防止模型产生无限大的瞬时运动；

因此，在动力分析时，求解器的警告信息通常提示了某些其它的模拟问题，如过度塑性。

分析类型

ABAQUS可以进行多种不同类型的模拟分析。

但本指南仅涉及两种最常见的类型：

静态（static）和动态（dynamic）应力分析。

静态分析获得的是外载作用下结构的长期响应。

在其它情况下，可能令人感兴趣的是加载结构的动态响应：

例如，在部件上突然加载的影响，如发生在冲击过程中的响应，或在地震时建筑物的响应。

输出要求

ABAQUS的模拟计算过程会产生大量的输出数据。

为了避免占用过多的磁盘空间，用户可根据所研究问题的需要对输出数据进行限制。

通常应用ABAQUS/CAE等前处理工具来定义模型中必要的输出信息。

2.2ABAQUS/CAE简介

ABAQUS/CAE是完整的ABAQUS运行环境（CompleteABAQUSEnvirment），它为生成ABAQUS模型、交互式地提交和监控ABAQUS作业，以及评估ABAQUS模拟结果提供了一个风格简明、一致的界面。

ABAQUS/CAE分为若干个功能模块，每一个模块定义了模拟过程的一个逻辑方面；

例如，定义几何形状、定义材料性质和生成网格等等。

通过完成一个功能模块进入下一个模块，逐步地建立计算模型。

建模完成后，ABAQUS/CAE生成了可提交给ABAQUS分析工具的一个输入文件。

ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit读入由ABAQUS/CAE生成的输入文件，进行分析计算，将信息发送给ABAQUS/CAE以便用户对作业的进程进行监控，并生成输出数据库。

最后，用户可使用ABAQUS/CAE的可视化模块读入输出数据，观察分析结果。

用户在使用ABAQUS/CAE的同时会产生一个包含ABAQUS/CAE命令的执行文件（replayfile），它记录了用户进行的每个模拟操作过程。

2.2.1启动ABAQUS/CAE

启动ABAQUS/CAE，只需在操作系统的命令提示符下键入命令：

abaquscae

这里abaqus是用来运行ABAQUS的命令。

这个命令可能与你的系统中对应的命令不同。

当ABAQUS/CAE启动后，会出现StartSession（开始任务）对话框，如图2-1所示。

下面是对话框中的选项：

CreatemodelDatabase，开始一个新的分析；

OpenDatabase，打开一个以前存贮过的模型或输出数据文件；

RunScript，运行一个包含ABAQUS/CAE命令的文件（Script脚本）。

StartTutorial从在线文档中启动辅导教程。

图2-1StartSession对话框

2.2.2主窗口的组成部分

图2-2主窗口的各组成部分

用户是通过主窗口与ABAQUS/CAE进行交互的。

图2-2演示了出现在主窗口的各个部分，它们是：

标题栏（Titlebar）

标题栏显示了正在运行的ABAQUS/CAE版本和当前的模型数据库的名字。

菜单栏（Menubar）

菜单栏中包含了所有当前可用的菜单，通过对菜单的操作可调用ABAQUS/CAE的全部功能。

用户在环境栏中选择不同的模块时，菜单栏中所包含的菜单项也会有所不同。

如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第6.2.2节“Componentsofthemainmenubar”。

工具栏（Toolbar）

工具栏提供了快捷的方式进入选项，在菜单中也可以选项。

如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第6.2.3节“Componentsofthetoolbar”。

环境栏（Contextbar）

ABAQUS/CAE划分为一组的功能模块（modules），其中每一模块针对模型的某一方面。

用户可以在环境栏的Module（模块）的列表中在各模块之间进行切换。

环境栏中的其它项则是当前正在操作模块相关的功能；

例如，用户在创建模型的几何形状时，可以通过环境栏提取一个已经存在的部件（part）。

如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第6.2.4节“Thecontextbar”。

工具区（Toolboxarea）

当用户进入某一功能模块，工具区中就会显示该功能模块相应的工具。

工具箱使得用户可快速调用该模块的许多功能，这些功能也可通过菜单栏调用。

如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第7.3节“Understandingandusingtoolboxes”。

画布和作图区（Canvasanddrawingarea）

可把画布（Canvas）设想为一个无限大的屏幕或布告板，用户在其中摆放图形窗（Viewport）。

如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第8章“Managingviewpointsonthecanvas”。

作图区是指画布当前显示的部分。

图形窗（Viewport）

ABAQUS/CAE通过画布上的图形窗显示用户的模型。

提示区（Promptarea）

用户在进行各种操作时会从这里得到相应的提示。

例如在创建一个集合（set）时，提示区会提示你选择相应的对象。

如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册7.3节“Understandingandusingtoolboxes”。

信息区（Messagearea）

ABAQUS/CAE在信息区显示状态信息和警告。

拖动其顶边可以改变信息区的大小；

而利用右边的滚动条可以查阅已滚出信息区的信息。

信息区是在默认状态下显示的，但是这里也是命令行接口（commandlineinterface）的位置。

如果你正在使用命令行接口，你需要点击主窗口左下角的

选项页切换到信息区。

注意：

如果在显示命令行接口时在信息区中有新的信息加入，ABAQUS/CAE会将围绕该信息区图标的背景颜色改为红色，而当显示消息区时，背景返回到它的正常颜色。

命令行接口（commandlineinterface）

利用ABAQUS/CAE内置的Python编译器，可以使用命令行接口键入Python命令和数学计算表达式。

接口中包含了主（>

>

）从（…）提示符，随时提示你按照Python的语法缩进命令行。

在默认情况下，命令行接口是隐藏的，它和信息区共用同一个位置。

你需要点击主窗口左下角的

选项页从信息区切换到命令行接口。

2.2.3什么是功能模块？

如前所述，ABAQUS/CAE划分为一系列的功能单元即功能模块。

每一个模块只包含与模拟作业的某一指定部分相关的一些工具。

例如，Mesh（网格）模块只包含生成有限元网格的工具，而Job（作业）模块只包含建模、编辑、提交和监控分析作业的工具。

用户可以从环境栏的Module（模块）列表中选择各个模块，见图2-3。

列表中的模块次序与创建一个分析模型应遵循的逻辑次序是一致的。

在许多情况下，用户必须遵循这个自然次序来完成模拟作业；

例如，用户在生成装配件（assembly）前必须先生成部件（part）。

虽然模块次序遵循了逻辑过程，ABAQUS/CAE也允许用户在任何时刻选择任一个模块进行工作，而无需顾及模型的当前状态。

然而，某些明显的限制是存在的；

例如像工字梁横截面尺寸一类的截面性质（sectionproperties）就不能指定在一个未生成的几何体上。

图2-3选择一个模块

一个完整的模型包含ABAQUS启动分析所需的全部信息。

ABAQUS/CAE采用模型数据库来存贮模型。

当启动ABAQUS/CAE时，可通过StartSession对话框创建一个新的空模型数据库。

在ABAQUS/CAE启动后，用户可以从主菜单栏中选择File-->

Save命令来保存自己建立的模型数据库；

选择File-->

Open命令打开已有的模型数据库。

下面列出ABAQUS/CAE的各个模块并简要描述每一模块可能进行的模拟任务。

所列出的模块次序与环境栏中Module列表中的顺序一致。

（见图2-3）

部件（Part）

Part（部件）模块用于创建各个单独的部件，用户可以在ABAQUS/CAE环境下用图形工具直接生成，也可以从其它的图形软件导入部件的几何形状。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第15章“ThePartmodule”。

特性（Property）

截面（Section）定义包括了整个部件或部件中某一部分特性的信息，例如与该部分相关的材料定义和横截面几何形状。

在特性模块中，用户可以建立截面和材料的定义，并将它们赋于部件的某一部分。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第16章“ThePropertymodule”。

装配（Assembly）

当你创建一个部件时，它存在于它自己的坐标系中，独立于模型的其它部分。

用户可应用Assembly（装配）模块创建部件的实例，并且将这些实例相对于其它部件定位在总体坐标系统中，这样就构成了装配件。

一个ABAQUS模型只能包含一个装配件。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第17章“TheAssemblymodule”。

分析步（Step）

用户应用Step（分析步）模块生成和构成分析步骤，并与输出需求联系起来。

分析步序列为实现模拟过程的变化（如载荷和边界条件的变化）提供了方便的途径；

根据需要，在分析步之间可以改变输出变量。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第18章“TheStepmodule”。

相互作用（Interaction）

在Interaction（相互作用）模块里，用户可以指定模型各区域之间或者模型的一个区域与周围区域之间在热学和力学上的相互作用，一个相互作用的例子是在两个表面之间的接触。

其它可以定义的相互作用包括约束，诸如绑定（tie），方程（equation）和刚体（rigidbody）约束。

除非在相互作用模块中指定接触，否则ABAQUS/CAE不会自动识别部件实体之间或一个装配件的各区域之间的力学接触关系；

在一个装配件中，仅指定在表面之间任何类型的相互作用，对于描述两个表面的实际接近程度是不够的。

相互作用与分析步相关联，这意味着用户必须规定相互作用是在哪些分析步中起作用。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第19章“TheInteractionmodule”。

载荷（Load）

在Load（载荷）模块里指定载荷、边界条件和场变量。

载荷和边界条件与分析步相关联，这意味着用户必须指定载荷和边界条件在哪些分析步中起作用；

某些场变量是与分析步相关联，而其它的场变量仅仅作用于分析的开始阶段。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第20章“TheLoadmodule”。

网格（Mesh）

Mesh（网格）模块包含了ABAQUS/CAE为装配件创建有限元网格剖分的工具。

利用所提供的各个层次上的自动剖分和控制工具，用户可以生成满足自己分析需要的网格。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第21章“TheMeshmodule”。

作业（Job）

一旦完成了所有定义模型的任务，用户便可以用Job（作业）模块分析计算模型。

作业模块允许用户交互地提交分析作业并监控其过程。

多个模型和运算可以同时被提交并进行监控。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第22章“TheJobmodule”。

可视化（Visualization）

Visualization（可视化）模块提供了有限元模型和分析结果的图形显示。

它从输出数据库中获得模型和结果信息；

通过Step模块修改输出需求，用户可以控制写入输出数据库中的信息。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第V部分“Viewingresults”。

草图（Sketch）

草图（sketch）是二维轮廓图形，用来帮助形成几何形状，定义ABAQUS/CAE可识别的部件。

应用草图模块创建草图，定义平面部件、梁，或者剖面，或者创建一个草图，然后可能通过拉伸、扫掠、或者旋转等方式将其形成三维部件。

更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第23章“TheSketchmodule”。

在功能模块之间切换时，主窗口中的环境栏、工具箱和菜单栏的内容也会相应的发生改变。

从环境栏的Module列表中选择一个模块，将引起环境栏、工具箱和菜单栏的变化以反映当前模块的功能。

在本指南的演示算例中对每个模块给出更细节的讨论。

2.3例题：

用ABAQUS/CAE生成桥式吊架模型

图2-4是一个起重机桥式吊架，通过访问每一个功能模块，演示创建和分析一个简单模型的基本步骤，引导你进入ABAQUS/CAE的模拟过程。

吊架是一个简支的铰接桁架，左端为固定铰支座，右端是滚轴支承。

各杆件可绕节点自由转动。

桁架的离面运动已被约束。

首先应用ABAQUS/Standard进行模拟，确定在结构中杆件的静位移和峰值应力，所施加的载荷为10kN，如图2-4所示；

然后再应用ABAQUS/Explicit进行模拟，假设载荷是突然加到吊架上，研究桁架的动态响应。

对于桥式吊架的例子，将进入ABAQUS/CAE的以下功能模块并完成下面的任务：

绘制二维几何形状，并创建代表桁架的部件。

定义材料参数和桁架的截面性质。

装配模型。

设置分析过程和输出要求。

对桁架施加载荷和边界条件。

对桁架进行网格剖分。

生成一个作业并提交进行分析计算。

观察分析结果。

图2-4桥式吊架图形

在本手册的在线版本，“Overheadhoistframe”第A.1节中提供了本例题的命令记录文件，当在ABAQUS/CAE中运行该命令记录文件时，会生成本例的完整分析模型。

如果你按照以下指导进行操作时遇到困难，或者你希望检查自己的工作，即可运行命令记录文件。

关于如何获取和运行命令记录文件，可参考附录A“例题文件”。

如前所述，假设你将应用ABAQUS/CAE生成模型。

然而，如果你没有进入ABAQUS/CAE或其它前处理软件，也可以人工生成定义本例的输入文件，如在GettingStartedwithABAQUS/StandardKeywordVersion的第2.3节中“Creatinganinputfile”的讨论。

2.3.1量纲

在开始定义这个或者任何其它模型之前，需要确定所采用的量纲系统。

ABAQUS没有固定的量纲系统，所有的输入数据必须指定一致性的量纲，某些常用的一致性量纲系统列在表2-1中。

表2-1一致性的量纲系统

量

SI

SI（mm）

USUnit（ft）

USUnit（inch）

长度

m

mm

Ft

in

力

N

lbf

质量

kg

tonne（103kg）

Slug

lbfs2/in

时间

s

S

应力

Pa（N/m2）

MPa（N/mm2）

lbf/ft2

psi（lbf/in2）

能量

J

mJ（10-3J）

ftlbf

inlbf

密度

kg/m3

tonne/mm3

slug/ft3

lbfs2/in4

本指南均将采用SI量纲系统。

用户工作在标记“USUnit”的量纲系统，必须小心其密度的单位；

在材料性质的手册中，由于重力加速度，常常给出的密度与加速度相乘。

2.3.2创建部件

应用Part（部件）模块创建分析模型中的每个部件。

部件定义了模型各部分的几何形体，因此，它们是创建ABAQUS/CAE模型的基本构件。

可以在ABAQUS/CAE环境中直接建立部件，也可以将其它软件建立的几何体或有限元网格导入。

通过建立一个二维的可变形的线型（wire）部件，你将从这个吊架问题开始。

你可以画出这个桁架的几何形状。

当创建一个部件时，ABAQUS/CAE会自动地进入绘图（Sketcher）环境。

在提示区里，ABAQUS/CAE经常显示短信息，提示你下一步的工作。

如图2-5所示。

图2-5在提示区中显示的信息和提示

点击取消（cancel）可取消当前的任务，点击回退（backspace）可回到本任务的前一个步骤。

创建桥式吊架桁架：

1.若还未启动ABAQUS/CAE，可键入abaquscae，这里的abaqus是用来运行ABAQUS的命令。

2.从出现的StartSession对话框中选择CreateModelDatabase。

当Part模块载入后，光标会变成沙漏图标。

当Part模块完成载入后，就会在主窗口的左方显示部件模块工具箱。

工具箱中包含一组工具图标，用户可使用这些工具图标进入主菜单条目中的菜单。

在工具箱中，每个模块显示它自己的一套工具。

对于大多数工具，当用户从主菜单条目中选择某一项时，模块工具箱中对应的工具会以高亮度显示，因此，用户就可以知道它的位置。

3.从主菜单条目中选择Part-->

Create命令来创建新的部件。

在弹出的CreatePart（创建部件）对话框时，在窗口底部的提示区也会出现相应的提示信息，指导你随后的操作过程。

你应用创建部件对话框命名部件；

选定模型所在空间（ModelingSpace）、类型（Type）和基本特征（BaseFeature）；

并要设置部件的大致尺寸（approximatesize）。

当部件创建后，仍可对其进行编辑和重新命名，但是其模型空间、类型或者基本特征则不能改变。

4.为桁架部件命名，选择二维平面可变形体，和线型（Wire）特征。

5.在Approximatesize（大致尺寸）域内，键入4.0。

键入对话框底部在Approximatesize域内的这个参数值，设定了新部件的大致尺寸，ABAQUS/CAE采用这个尺寸计算绘图区域和区域中栅格的尺寸。

选取这个参数的原则必须是与最终模型的最大尺寸同一量级。

回顾在ABAQUS/CAE中并不使用特殊的量纲，在整个模型中采用一致性的量纲系统。

在本模型中采用SI单位（国际单位）。

6.点击Continue退出CreatePart对话框。

ABAQUS/CAE会自动进入绘图环境，绘图工具箱显示在主窗口的左边，而绘图栅格同时出现在绘图区域内。

绘图包含一组绘制部件二维轮廓的基本工具，无论创建或者编辑部件，ABAQUS/CAE都会进入这个绘图环境。

为了结束一种工具的应用，在图形窗（Viewport）中点击鼠标中键或选择其它新的工具。

提示：

如同ABAQUS/CAE中所有的工具一样，在绘图工具箱中，若简单地将光标临时停留在某一工具处，就会出现一个小窗口，对该工具进行简短的说明。

当选定一个工具后，就会显示白色的背景。

下列绘图环境的特点有助于绘制理想的几何形状：

绘图栅格可帮助定位光标和在图形窗中对齐物体。

虚线指示了图形的X、Y-轴并相交在坐标原点处。

图形窗左下角的三方向坐标系指示了在绘图平面和部件方位之间的关系。

当选择了绘图工具，在绘图窗的左上角，ABAQUS/CAE显示出光标位置的X、Y坐标值。

7.通过定义独立点，利用绘图工具箱左上方的CreateIsolatedpoint（创建独立点）工具

开始绘制桁架的几何图形。

创建下面三个坐标点：

（-1.0,0.0），（0.0,0.0）和（1.0,0.0）。

这些点的位置代表了桁架