ABAQUS入门手册.docx

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ABAQUS入门手册

ABAQUS入门运用手册

一、前言

ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一，具有惊人的广泛的模拟实力。

它拥有大量不同种类的单元模型、材料模型、分析过程等。

可以进展构造的静态与动态分析，如：

应力、变形、振动、冲击、热传递与对流、质量扩散、声波、力电耦合分析等；它具有丰富的单元模型，如杆、梁、钢架、板壳、实体、无限体元等；可以模拟广泛的材料性能，如金属、橡胶、聚合物、复合材料、塑料、钢筋混凝土、弹性泡沫，岩石与土壤等。

对于多部件问题，可以通过对每个部件定义相宜的材料模型，然后将它们组合成几何构形。

对于大多数模拟，包括高度非线性问题，用户仅须要供给构造的几何形态、材料性能、边界条件、荷载工况等工程数据。

在非线性分析中，ABAQUS能自动选择相宜的荷载增量和收敛准那么，它不仅能自动选择这些参数的值，而且在分析过程中也能不断调整这些参数值，以确保获得精确的解答。

用户几乎不必去定义任何参数就能限制问题的数值求解过程。

1.1ABAQUS产品

ABAQUS由两个主要的分析模块组成，ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。

前者是一个通用分析模块，它能够求解广泛领域的线性和非线性问题，包括静力、动力、构件的热和电响应的问题。

后者是一个具有特地用途的分析模块，接受显式动力学有限元格式，它适用于模拟短暂、瞬时的动态事务，如冲击和爆炸问题，此外，它对处理变更接触条件的高度非线性问题也特殊有效，例如模拟成型问题。

ABAQUS/CAE（CompleteABAQUSEnvironment）

它是ABAQUS的交互式图形环境。

通过生成或输入将要分析构造的几何形态，并将其分解为便于网格划分的假设干区域，应用它可以便利而快捷地构造模型，然后对生成的几何体赐予物理和材料特性、荷载以及边界条件。

ABAQUS/CAE具有对几何体划分网格的强大功能，并可检验所形成的分析模型。

模型生成后，ABAQUS/CAE可以提交、监视和限制分析作业。

而Visualization〔可视化〕模块可以用来显示得到的结果。

1.2有限元法回忆

任何有限元模拟的第一步都是用一个有限元〔FiniteElement〕的集合来离散〔Discretize〕构造的实际几何形态，每一个单元代表这个实际构造的一个离散局部。

这些单元通过共同节点〔Node〕来连接。

节点与单元的集合称为网格〔Mesh〕。

在一个特定网格中的单元数目称为网格密度〔MeshDensity〕。

在应力分析中，每个节点的位移是ABAQUS计算的根本变量。

一旦节点位移确定，每个单元的应力与应变就可以很简洁求出。

运用隐式方法求解位移

如以下列图所示，桁架及其离散化模型。

图1-5所示为模型中每个节点的分别图。

依据内力、材料性能和位移的关系，列出每个节点的平衡方程，这些平衡方程须要同时进展求解以获得每个节点的位移。

求解接受矩阵形式。

一旦位移求出后，就能利用位移返回计算出桁架单元的应力。

显示方法与隐式方法不同，例如应用在ABAQUS/Explicit中的显示方法，并不须要求解一套方程组或计算整体刚度矩阵。

求解式通过动态方法从一个增量步前推到下一个增量步得到的。

二、ABAQUS根底

一个完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit分析过程，通常由三个明确的步骤组成：

前处理、模拟计算和后处理。

前处理阶段须要定义物理问题的模型，并生成一个ABAQUS输入文件，运用ABAQUS/CAE或其他软件完成；模拟计算阶段运用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解输入文件中所定义的数值模型，它通常以后台方式运行；完成模拟计算得到根本变量后，就可以对计算结果进展评估，通过ABAQUS/CAE的可视化模块或其他后处理软件在图形环境下交互式进展。

2.1ABAQUS分析模块的组成

一个分析模型至少包括以下信息：

离散化的几何形体、单元截面特性〔elementsectionproperties〕、材料数据、载荷和边界条件、分析类型和输出要求。

下面分别做以介绍。

离散化的几何形体

单元和节点定义了模型的根本几何形态。

单元代表物理构造的离散局部，许多单元依次相连组成了构造，单元间通过公共节点彼此相互联结，模型的几何形态由节点坐标和节点所属单元的联结所确定。

模型中全部单元和节点的集合称为网格〔mesh〕。

通常，网格只是实际构造几何形态的近似表达。

网格中单元类型、形态、位置和全部单元的总数都会影响模拟计算的结果。

一般说来，网格密度越高〔网格中单元数量越多〕，计算结果越精确，但用于分析计算的时间也会增加。

通常，数值计算是所模拟物理问题的近似解，近似程度取决于模型的几何形态、材料特性、边界条件和载荷对物理问题描述的精确程度。

单元特性

后面几章会详细讲解并描述。

2.1.3材料数据

必需指定全部单元的材料特性。

ABAQUS计算结果的有效性受材料数据的精确程度和范围的制约。

载荷和边界条件

最常见的载荷形式包括：

点载荷；外表压力载荷；体力，如重力；热载荷等。

应用边界条件可以使模型的某一局部受到约束而保持固定〔零位移〕或使其移动指定大小的位移值〔非零位移〕。

没有约束的刚体位移会导致刚度矩阵产生奇异〔singularity〕〔刚度矩阵的行列式为零〕。

在求解中，求解器发生问题，此时，ABAQUS/Standard将发出警告信息。

应学会解读这些错误信息。

假设在静态应力分析时遇到警告信息“numericalsingularity”〔数值奇异〕或“zeropivot”〔主元素为零〕，用户必需检查是否整个或者局部模型缺少限制刚体平动或转动的约束。

在动态分析中，由于构造模型中的全局部别局部都具有必需的质量，其惯性力可防止模型产生无限大的瞬时运动，因此，在动力分析中，求解器的警告信息通常提示了某些其他的模拟问题，如过度塑性。

分析类型

这里主要讲两种最常见的类型：

静态〔static〕和动态〔dynamic〕应力分析。

静态分析获得的是外载荷作用下构造的长期相应。

其他状况下，可能用户关心的是构造的动态响应。

例如冲击对部件的影响，或在地震时建筑物的响应。

输出要求

为了幸免过多信息占用磁盘空间，用户可依据须要对输出数据进展限制。

通常用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

启动ABAQUS/CAE

ABAQUS/CAE启动后，会出现StartSession对话框，选项含义：

CreateModelDatabase，起先一个新的分析；

OpenDatabase，翻开一个以前存储过的模型或输出数据库文件；

RunScript，运行一个包含ABAQUS/CAE叮嘱的文件；

StartTutorial，从在线文档中启动辅导教程。

主窗口的组成局部

标题栏〔Titlebar〕

菜单栏〔Menubar〕

工具栏〔Toolbar〕

环境栏〔Contextbar〕

工具箱区〔Toolboxbar〕：

显示某一功能模块相应的工具，竖放的那个。

画布和作图区〔Canvasanddrawingarea〕

视区〔Viewport〕

提示区〔Promptarea〕：

提示下一步的工作。

信息区〔Messagearea〕，或叮嘱行接口〔Commandlineinterface〕，通过下面两个按钮就行二者间的切换。

什么是功能模块

每一个模块〔module〕只包含与模拟作业的某一指定局部相关的一些工具，如Mesh模块，Job模块等。

如以下列图所示。

用户可以从上图环境栏的Module〔模块〕列表中选择各个模块。

列表中模块次序与创立一个分析模型应遵循的逻辑次序是一样的。

大多数状况下，用户必需遵循这个次序来完成模拟作业。

例如，用户在生成Assembly〔装配件〕前必需先生成Part〔部件〕。

ABAQUS/CAE也允许用户在任何时刻选择任一个模块进展工作，而无需顾及模型的当前状态。

下面对各个模块进展的模拟任务做一简洁介绍。

⑴Part〔部件〕：

用于创立各个独立的部件。

⑵Property〔特性〕

用户可以定义截面和材料，并将它们赐予〔assign〕部件的某一局部。

⑶Assembly〔装配〕

创立部件的实例，并将这些实例相对于其他部件定位在总体坐标系中，这样就构成了装配件。

⑷Step〔分析步〕

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更〔如载荷和边界条件的变更〕供给了便利途径。

依据须要，在分析步之间可以变更输出变量。

⑸Interaction〔相互作用〕

可以指定模型各区域之间或者模型的一个区域与四周区域之间在热学和力学上的相互作用，一个例子就是两个外表之间的接触。

其他可以定义的相互作用包括约束，例如绑定〔tie〕，方程〔equation〕和刚体〔rigidbody〕约束。

除非在相互作用模块中指定接触，否那么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，仅指定外表之间某种类型的相互作用，对于描述两个外表的实际接近程度实不够的。

相互作用与分析步相关，这意味着用户必需规定相互作用是在哪些分析步中起作用。

⑹Load〔载荷〕

指定载荷、边界条件和场变量。

载荷和边界条件与分析步有关，这意味着用户必需指定载荷和边界条件在哪些分析步中起作用。

某些场变量与分析步有关，而其他的场变量仅仅作用于分析的起先阶段。

⑺Mesh〔网格〕

进展网格划分。

包含为装配件创立有限元网格剖分的工具。

利用所供给的各个层次上的自动剖分和限制工具，用户可以生成满足自己要求的网格。

⑻Job〔作业〕

生成〔create〕一个作业并提交进展分析计算。

一旦完成了全部定义模型的任务，用户便可以用Job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展监控。

⑼Visualization〔可视化〕

视察分析结果。

供给了有限元模型和分析结果的图形显示。

通过Step模块可以修改输出需求，用户可以限制写入输出数据库中的信息。

⑽Sketch〔草图〕

它是二维轮廓图形，用来帮助形成几何形态，定义ABAQUS/CAE可识别的部件。

应用该模块创立草图，定义平面部件、梁、剖面，或者创立一个草图，然后通过拉伸、扫掠或者旋转等方式将其形成三维部件。

在Module列表中选择一个模块，将使菜单栏、工具栏和环境栏发生变更，以反映当前模块的功能。

2.3有关例题的学习思索

一般地，计算一个模型地过程如下：

单位系统

在起先定义一个模型之前，须要确定所接受的单位系统。

ABAQUS没有固定地单位系统，全部地输入数据必需指定一样性的单位系统。

该手册均接受SI单位系统〔国际单位制，米制体系〕。

假设用户工作在标记“USUnit”的单位系统，必需留神其密度的单位，在材料性质的手册中给出的密度往往是与重力加速度相乘后的值。

某些常用的一样性单位系统列于下表。

创立部件

应用Part〔部件〕模块创立分析模型的每个部件。

部件定义了模型各局部的几何形体，因此，它们是创立ABAQUS/CAE模型的根本构件。

当部件创立后，仍可对其进展编辑和重新命名，但是其模拟空间〔modelingspace〕、类型〔type〕、或者根本类型〔basefeature〕不能变更。

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

选取这个参数的原那么必需是与最终模型的最大尺寸同一量级。

对于一些特殊点的确定，可接受构造几何〔constructiongeometry〕来确定其位置。

利用Createconstrution：

Line…，创立构造线，通过交点找位置。

某些工具栏图标底部有个小黑色三角形，这些小三角形表示该图标有假设干各隐藏的可以切换的工具选项，单击这些图标并按住鼠标键不放，就可以显示其他图标。

草图画出之后，记得从提示区〔靠近主窗口的底部〕单击Done，以生成模型，在下一步进展之前，在模型数据库中存储你的模型。

创立材料

用户应用Property模块创立材料和定义材料的参数。

Material→Create，创立新的材料，显示EditMaterial〔编辑材料〕对话框进展编辑。

定义和赐予截面特性

用户定义一个模型的截面特性，须要在Property模块中创立一个截面。

在截面创立后，用户可以应用下面两种方法中的一种将该截面特性赐予到当前视区中的部件：

⑴干脆选择部件中的区域，并将截面特性赐予该区域。

⑵利用Set〔集合〕工具创立一个同类〔homogeneous〕集，它包含该区域并将截面特性赐予该集合。

截面面积可以在叮嘱行接口〔CLI〕中进展简洁计算。

键入：

3.1416*0.005**2/4，然后按【ENTER】，横截面面积的值会显示在CLI中。

主菜单栏中选择Section→Create，在CreateSection对话框中选择截面类型；再在EditSection对话框中进展有关设置。

为将截面特性赐予模型，在主菜单中选择Assign→Section,按提示区的指导完成后续操作，选择须要赐予模型的局部，点击Done，选择已定义的截面。

定义装配

每一个部件都创立在自己的坐标系中，在模型中彼此独立。

通过创立各个部件的实体〔instance〕并在整体坐标系中将它们相互定位，用户应用Assembly〔装配〕模块定义装配的几何形态。

尽管一个模型可能包含多个部件，但只能包含一个装配件。

在工具栏Module列表中单击Assembly，选取Instance→Create，显示CreateInstance对话框，进展相关操作。

设置分析过程

⑴分析步的创立与设置

创立了装配件之后，可以进入到Step〔分析步〕模块来设置分析过程。

CAE会自动生成起始步，但是用户必需应用Step模块自己创立分析步。

在Step模块中，也允许用户指定在分析过程中任何步骤输出数据。

在ABAQUS中有两类分析步：

一般分析步〔generalanalysissteps〕，可以用来分析线性或非线性响应；线性摄动步〔linearperturbationsteps〕，只能用来分析线性问题。

进入Step模块后，选择Step→Create创立分析步，在创立分析步对话框中进展设置，选择分析过程：

线性扰动或一般分析步，就创立了分析步。

⑵设定输出数据

有限元分析可以创立大量的输出数据，ABAQUS允许用户限制和管理这些输出数据，从而只产生须要用来说明模拟结果的数据。

一个ABAQUS/CAE分析中可以输出四种类型的数据：

①结果输出保存到一个中间二进制文件中，由ABAQUS/CAE应用于后处理。

这个文件称为ABAQUS输出数据库文件，文件后缀为.obd。

②结果以打印列表的形式输到ABAQUS数据〔.dat〕文件中。

仅在ABAQUS/Standard有输出数据文件的功能。

③重启动数据用于接着分析过程，输出在ABAQUS重启动〔.res〕文件中。

④结果保存在一个二进制文件中，用于第三方软件进展后处理，写入到ABAQUS结果〔.fil〕文件。

默认状况下，ABAQUS/CAE将分析结果写入输出数据库〔.obd〕文件中。

每创立一个分析步，ABAQUS/CAE就默认生成一个该步骤的输出要求。

用户可以运用FieldoutputRequestsManager〔场变量输出管理器〕来设置可能的输出变量，这些变量来自整个模型或模型的大局部区域，它们以相对较低的频率写入到输出数据库中；用户可以运用HistoryOutputRequestsManager〔历史变量输出管理器〕来设置可能须要的输出数据，它们以较高的频率将来自一小局部模型的数据写入到输出数据库中。

在主菜单中选择Output→FieldOutputRequests→Manager，对输出变量进展管理，或者在左侧工具栏中进展操作。

留意：

Dismiss与Cancel的区分。

前者按钮出此时此刻包含只读数据的对话框中，允许你阅读输出设置，但是你要修改输出变量的设置必需应用里面的编辑器，单击Dismiss按钮干脆关闭对话框；而后者出此时此刻允许做出修改的对话框中，单击Cancel按钮可关闭对话框，但是不保存所修改的内容。

从菜单或工具栏，可以翻开HistoryOutputRequestsManager，用类似的方法就行操作。

在模型上施加边界条件和载荷

在构造分析中，边界条件施加在模型中的确定位移或转动区域，模拟时可以将这些区域进展约束从而使其保持固定〔零位移/转动〕，或者指定非零位移/转动。

一个完整的构造应有六个自由度，可产生运动的方向称为自由度〔degreesoffreedom，DOF〕。

⑴施加边界条件

选择Module列表中Load进入载荷模块，有几个约束就要创立几个边界条件。

BC→Create，显示创立边界条件对话框，按提示进展操作，通过BCManager进展管理。

⑵施加载荷

术语载荷通常包括：

集中力，力偶，压力，非零边界条件，体力，温度等。

须要创立载荷，有几个载荷就要创立几个载荷。

与边界条件运用根本一样，通过LoadManager窗口进展Load的编辑与修改。

模型的网格划分

应用Mesh〔网格〕模块可以生成有限元网格。

用户可以选择ABAQUS/CAE运用的创立网格、单元形态和单元类型的网格生成技术。

尽管系统具有一系列的各种网格生成技术，但是，一维的网格生成技术不能变更。

△△△△△⑴设置ABAQUS单元类型△△△△△

选择Mesh模块，选择Mesh→Element，弹出Elementtype对话框，选择区域，进展设置，必需设置正确的单元类型才能计算。

⑵生成网格

根本的网格划分是两步操作：

首先在部件上的边界上“撒种子”，然后对部件实体划分网格。

从主菜单中选择Seed→Instance，在部件上撒种子，进展相关设置；在主菜单中选择Mesh→Instance，对部件进展网格划分。

留意：

通过在主菜单栏中选择View→AssemblyDisplayOptions，用户可以在Mesh模块中显示节点和单元编号。

切换至Mesh选项页，选中Shownodelabels〔显示节点标记〕与Showelementlabels〔显示单元标记〕。

创立分析作业

此时此刻已经设置好了分析模型，下一步就是进入Job作业模块中创立一个与该模型相关的作业。

进入Job模块，选择Job→Manager，显示作业管理器，选择创立作业对话框，进展相关设置后完成。

检查模型

生成模型后，就可以准备运行分析了，缺憾的是，在这个模型中可能由于数据不正确或者疏漏而存在错误，因此在运行模型之前必需进展数据检查分析。

确认JobType〔作业类型〕设置为DataCheck（数据检查）。

从JOBManager〔作业管理器〕窗口右边的按钮中，点击Submit〔提交〕，来提交作业进展分析。

状态栏的显示信息如下：

None当分析输入文件正在被生成时；

Submitted当作业正在被提交分析时；

Running当ABAQUS运算分析模型时；

Completed当分析运算完成时，并将输出写入到输出数据库；

Aborted假设ABAQUS/CAE觉察输入文件或者分析存在问题并且终止分析时。

此外，ABAQUS/CAE在信息区报揭露生的问题。

监控作业状态：

从JobManager〔作业管理器〕右侧的按钮，单击Moniter〔监控器〕翻开作业监控对话框〔该对话框只有在作业Submitted提交后才有效〕

对话框的上半区显示了在ABAQUS分析中所创立的状态文件〔.sta〕中的信息。

对话框的下半区显示了以下信息：

单击Log〔操作记录〕页，显示在操作记录〔.log〕中出现的分析起先和终止时刻。

单击Errors〔错误〕和Warning〔警告〕页，显示数据〔.dat〕和信息〔.msg〕文件中出现的前十个出错信息或者前十个警告信息。

单击Output〔输出页〕，显示写入输出数据库中每条输出数据的记录。

运行分析

当数据检查分析完成和没有出错的信息后，那么运行分析计算。

在作业管理器中单击Submit以提交作业进展分析。

为了确保模型定义的正确性，并检查是否具有足够的磁盘空间和可用内存来完成分析运算，在运行一个模型之前，用户必需进展数据检查分析〔datacheck〕。

然而，通过将JobType设置为Fullanalysis〔整体分析〕，能够将数据检查和模拟的分析阶段组合起来。

用ABAQUS/CAE进展后处理

ABAQUS在模拟过程中产生大量数据，可以用不同的图形方法显示：

变形图、等值线图、矢量图、动画和X-Y曲线图；也可以创立一个输出数据报告。

⑴图形化显示设置：

用户从主菜单中选择Viewport→ViewportAnnotationOptions，设置标题块、状态块和三位视察方向。

显示模型形态及数据，从主菜单Plot选项中进展查看；显示动画效果，可从animate选项中进展查看。

Options选项，可对许多显示进展限制，如节点、单元编号，动画，颜色，收缩放大等进展设置，留意这个选项。

在主菜单中选择View→ODBDisplayOptions，在这个对话框中，单击EntityDisplay页，可以设置边界条件的显示。

⑵数据列表报告的设置：

主要在主菜单Report→FieldOutput中进展相关设置。

在OutputVariable选项中选定应输出的变量；在Setup选项中设置变量输出的类型与形式。

应用ABAQUS/Explicit重新运行分析

为了比较，我们应用ABAQUS/Explicit分析构造施加载荷后的动态响应。

在运行之前，将已经存在的模型复制成新的模型，命名为Explicit。

然后对这个Explicit模型进展全部相应的修改。

在重新提交作业之前，须要将静态〔static〕分析步修改为显示动态〔explicitdynamic〕分析步，并修改输出要求和材料定义以及单元库。

⑴替换分析步

进入Step模块，从主菜单中选择Step→Replace→Applyload.在ReplaceStep对话框中，从General〔一般〕步骤列表中选择Dynamic、Explicit.

在EditStep（编辑分析步）对话框的Basic〔根底〕选项中，键入分析步描述，并设置分析步的时间期限。

⑵修改输出要求

由于是动态分析，所以将中心点的位移作为历史变量输出将有助于分析问题。

对于位移历史变量输出的要求只能设置在预先选定的集合中，因此，须要创立包括桁架底部中心顶点的一个集合，然后将位移参与到历史变量输出要求中。

创立一个集合：

将当前分析步变更为Applyload，从主菜单中选择Tools→Set→Create，弹出对话框中变更集合名。

在视区中选择桁架底部中心，完成后在提示区中单击Done。

在主菜单中选择Output→HistoryOutputRequests→Manager；在对话框中单击Edit，显示历史变量输出编辑器，进展输出相关修改。

⑶修改材料定义

由于是动态分析，须要指定材料的密度。

进入Property模块，Materal→Edit→Steel,在General→Density，输入密度值。

△△△△△⑷修改单元库，并提交分析任务△△△△△

能够用于ABAQUS/Explicit的单元是那些用于ABAQUS