ABAQUS入门指南-电子书

ABAQUS/Standard

有限元软件入门指南

译者语

参加本书翻译工作的是武汉大学土木建筑工程学院的朱以文教授，蔡元奇副教授以及博士生李伟、吴春秋、姚金阶、硕士生黄克戬。具体分工如下：

第一章、第二章和第三章由朱以文翻译；第四章和第五章由李伟翻译；第六章和第七章由姚金阶翻译；第八章和第九章由吴春秋翻译；第十章和第十一章由蔡元奇翻译。黄克戬参加了部分文字的编辑工作。

朱以文负责全书的的翻译工作，并修改和审阅了全部译文。翻译过程中得到ABAQUS 公司李华强博士的鼓励和支持，在此表示感谢。在翻译过程中，参考了清华大学庄茁教授等在 1998 年出版的《ABAQUS/Standard 有限元软件入门指南》(非 ABAQUS/CAE 版)一书。

限于译校者水平，难免有错误和不妥之处，欢迎读者批评指正。

译者朱以文等

目录

第一章导引

1.1ABAQUS 各模块简介

1.2ABAQUS/Standard 入门：交互式环境

1.2.1怎样使用本指南

1.2.2本指南的使用约定

1.2.3鼠标的基本操作

1.3ABAQUS 文档

1.4支持

1.4.1技术支持

1.4.2系统支持

1.4.3对科学研究单位的支持

1.5有限元法导简单回顾

第二章ABAQUS 基础

2.1ABAQUS 分析模型的组成

2.2ABAQUS/CAE 简介

2.2.1ABAQUS/CAE 的启动

2.2.2主窗口的组成部分

2.2.3什么是功能模块

2.3例子

2.3.1量纲

2.3.2生成部件

2.3.3材料参数

2.3.4定义和赋于截面（Section）特性

2.3.5定义装配件（Assembly）

2.3.6分析进程的配置

2.3.7施加边界条件和荷载

2.3.8网格剖分

2.3.9生成作业和关键词编辑器（Keyword editor）的使用

2.4模型的检查

2.4.1阅读输出文件

2.5分析计算

2.6结果

2.7用 ABAQUS/CAE 进行后处理

第三章有限元和刚性体

3.1有限元

3.1.1单元的表征

3.1.2实体单元

3.1.3壳单元

3.1.4梁单元

3.1.5桁架单元

3.2刚性体

3.2.1何时使用刚性体

3.2.2刚性体部件

3.2.3刚性单元

3.3小结

第四章实体单元的应用

4.1单元列式和积分

4.1.1完全积分

4.1.2简缩积分

4.1.3非协调单元

4.4.1杂交单元

4.2选择实体单元

4.3例题：连接环

4.3.1前处理——应用 ABAQUS/CAE 建模

4.3.2结果输出

4.3.3后处理——结果可视化

4.4网格收敛性分析

4.5相关的 ABAQUS 例题

4.6建议阅读的文献

4.7小结

第五章壳单元的应用

5.1单元几何尺寸

5.1.1壳体厚度和截面计算点

5.1.2壳面和壳面法线

5.1.3壳的初始曲率

5.1.4参考面的偏移

5.2壳体计算假定——厚壳或薄壳

5.3壳的材料方向

5.3.1默认的局部材料方向

5.3.2建立可变的材料方向坐标

5.4壳单元的选择

5.5例题：斜板

5.5.1前处理——用 ABAQUS/CAE 建立模型

5.5.2结果输出

5.5.3后处理

5.6相关的 ABAQUS 例题

5.7建议阅读的文献

5.8小结

第六章梁单元的应用

6.1梁横截面的几何形状

6.1.1截面计算点

6.1.2横截面定向

6.1.3梁单元曲率

6.1.4梁横截面的节点偏移

6.2列式和积分

6.2.1剪切变形

6.2.2扭转响应——翘曲

6.3梁单元的选择

6.4例题：货物起重机

6.4.1前处理——用 ABAQUS/CAE 生成模型

6.4.2后处理

6.5有关的 ABAQUS 例子

6.6参考数目

6.7小结

第七章非线性

7.1非线性的来源

7.1.1材料非线性

7.1.2边界非线性

7.1.3几何非线性

7.2分析性问题的求解

7.2.1分析步，增量步和迭代

7.2.2平衡迭代和收敛性

7.2.3自动增量控制

7.3用 ABAQUS 进行非线性分析

7.3.1几何非线性

7.3.2材料非线性

7.3.3边界非线性

7.4例题：非线性斜板

7.4.1修改模型

7.4.2结果输出

7.4.3后处理

7.5相关的 ABAQUS 例子

7.6推荐读物

7.7小结

第八章材料

8.1ABAQUS 中的材料定义

8.2延性金属的塑性

8.2.1延性金属的塑性性能

8.2.2有限变形中的应力应变度量

8.2.3在 ABAQUS 中定义塑性

8.3为弹塑性问题选择单元

8.4例题：连接环的塑性变形

8.4.1对模型的修改

8.4.2状态和信息文件

8.4.3对结果进行后处理

8.4.4在材料模型中加入硬化特性

8.4.5带有塑性硬化的分析

8.4.6对结果进行后处理

8.5超弹性

8.5.1引论

8.5.2应变势能

8.5.3用试验数据定义超弹性

8.6例题：轴对称橡胶垫

8.6.1对称性

8.6.2前处理——利用 ABAQUS/CAE 建立模型

8.6.3结果输出

8.6.4后处理

8.7大变形的网格设计

8.8减少体积锁闭的技术

8.9相关的 ABAQUS 例题

8.10建议读物

8.11小结

第九章动力问题

9.1引言

9.1.1固有频率和模态

9.1.2振型叠加

9.2阻尼

9.2.1ABAQUS 中阻尼的定义

9.2.2阻尼值的选择

9.3单元选择

9.4动力问题的网格剖分

9.5例子：货物起重机——动态载荷

9.5.1修改模型

9.5.2结果输出

9.5.3后处理

9.6模态阶数的影响

9.7阻尼的影响

9.8其它的动力程序

9.8.1线性模态动力分析

9.8.2非线性动态分析

9.9相关的 ABAQUS 例子

9.10建议阅读的文献

9.11小结

第十章多分析步分析

10.1常规（非线性）分析程式

10.1.1常规分析分析步中的时间

10.1.2指定常规分析步的载荷

10.2线性扰动分析

10.2.1在线性扰动分析步中的时间

10.2.2在线性扰动分析步中指定载荷

10.3例题：管道系统的振动

10.3.1前处理——用 ABAQUS/CAE 创建模型

10.3.2对作业的监控

10.3.3后处理

10.4重启动分析

10.4.1重启动文件

10.4.2重启动一个分析过程

10.5例题：重启动钢管的振动分析

10.5.1创建重启动分析模型

10.5.2作业的监控

10.5.3对重启动分析的结果做后处理

10.6相关的 ABAQUS 例题

10.7小结

第十一章接触

11.1接触面间的相互作用

11.1.1接触面法向性质

11.1.2表面的滑动

11.1.3摩擦

11.2在 ABAQUS 中定义接触

11.2.1定义接触面

11.2.2接触相互作用

11.2.3从面和主面

11.2.4小滑动与有限滑动

11.2.5单元选择

11.3接触算法

11.4例题：法兰盘连接

11.4.1前处理—用 ABAQUS/CAE 创建模型

11.4.2分析结果

11.4.3后处理

11.5刚性接触面建模中的问题。

11.6例题：凹槽的成型

11.6.1前处理－用 ABAQUS/CAE 创建模型

11.6.2接触分析的故障检测与修改

11.6.3结果分析

11.6.4后处理

11.7相关的 ABAQUS 例题

11.8小结

第一章导 引

ABAQUS 是一套功能强大的基于有限元法的工程模拟软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到最富有挑战性的非线性模拟问题。ABAQUS 具备十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。并与之对应拥有各种类型的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩弹性的泡沫材料以及岩石和土这样的地质材料。作为通用的模拟分析工具，ABAQUS 不仅能解决结构分析中的问题（应力/位移），还能模拟和研究各种领域中的问题，如热传导、质量扩散、电子元器件的热控制

（热一电耦合分析）、声学分析、土壤力学分析（渗流——应力耦合分析）和压电介质力学分析。

ABAQUS 为用户提供了广泛的功能，且使用起来又十分简明。最复杂的问题也可以很容易地建立模型。例如复杂的多部件问题可以通过对每个部件定义材料模型和几何形状，然后再把它们组装起来而构成。在大部分模拟分析问题中， 甚至在高度非线性问题中，用户也只需要提供结构的几何形状、材料性能、边界条件和荷载工况这样的工程数据就可以进行分析。在非线性分析中，ABAQUS 能自动选择合适的荷载增量和收敛精度。不仅能选择这些参数值，而且能在分析过程中不断地调整参数来保证有效地得到高精度的解，很少需用户去定义这些参数。

1.1ABAQUS 各模块简介

ABAQUS 有两个主要的分析模块：ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit。ABAQUS/Standard 还有两个特殊用途的附加分析模块： ABAQUS/Aqua 和ABAQUS/Design。另外，还有 ABAQUS 分别与 ADAMS/Flex，C-MOLD 和 Mold flow  的接口模块： ABAQUS/ADAMS ，ABAQUS/C-MOLD 和 ABAQUS/ MOLDFLOW。ABAQUS/CAE 是完全的 ABAQUS 工作环境模块，它包括了ABAQUS 模型的构造，交互式提交作业、监控作业过程以及评价结果的能力。ABAQUS/Viewer 是 ABAQUS/CAE 的子集，它具有后处理功能，这些模块之间的关系见图1－1。

图 1－1 ABAQUS  产品

• ABAQUS/Standard

ABAQUS/Standard 是一个通用分析模块，它能够求解领域广泛的线性和非线性问题，包括静力、动力、热和电问题的响应等，这个模块是本指南的主题。

• ABAQUS/Explicit

ABAQUS/Explicit 是用于特殊目的分析模块，它采用显式动力有限元列式， 适用于像冲击和爆炸这类短暂，瞬时的动态事件，对加工成形过程中改变接触条件的这类高度非线性问题也非常有效。在本指南中没有对它特别介绍，而在本指南的姐妹篇——Getting Started with ABAQUS/Explicit：Interactive Version 里进行介绍。两个分析模块的 ABAQUS/CAE 界面是一样的，两个模块的输出也是类似的，不论哪个模块都可以采用可视化图形进行后处理。

• ABAQUS/CAE

ABAQUS/CAE（Complete ABAQUS Environment）是 ABAQUS 的交互式图形环境，用它可方便而快捷地构造模型，只需生成或输入要分析结构的几何形状， 并把它分解为便于网格化的若干区域。并对几何体赋于物理和材料特性、荷载以及边界条件。ABAQUS/CAE 具有对几何体剖分网格的强大功能，并可检验所形成的分析模型。一旦模型生成，ABAQUS/CAE 可提交并监控要分析的作业，可视化模块就可用来显式结果。本指南中将对 ABAQUS/CAE 进行讨论。

• ABAQUS/Viewer

ABAQUS/Viewer 是 ABAQUS/CAE 的子集，它只包含了可视化的后处理功能。在本指南中对可视化模块的讨论都适用于 ABAQUS/Viewer。

•  ABAQUS/Aqua

ABAQUS/Aqua 的一系列功能可以附加在 ABAQUS/Standard 中应用。它偏向于模拟海上结构，如海洋石油平台。它的功能包括模拟波浪，风载荷及浮力的影响。在本指南中不讨论 ABAQUS/Aqua。

• ABAQUS/ADAMS

ABAQUS/ADAMS 允许 ABAQUS 有限元模型作为柔性部件进入到 MDI ADAMS 产品族中去进行分析。这个界面是基于 ADAMS/Flex 的部件模态综合公式的，本指南中不讨论 ABAQUS/ADAMS。

• ABAQUS/C-MOLD

ABAQUS/C-MOLD 把注模分析软件 C-MOLD 中有限元网格、材料性质和初始应力数据转换成为 ABAQUS 输入文件。本指南中不讨论 ABAQUS/C-MOLD。

• ABAQUS/Design

ABAQUS/Design 的一系列功能可附加在ABAQUS/Standard 中进行设计敏度计算。ABAQUS/Design 在本指南中不予讨论。

• ABAQUS/MOLDFLOW

ABAQUS/MOLDFLOW 模块把MOLDFLOW 分析软件中的有限元模型信息转换成 ABAQUVS 输入文件的一部分。本指南中不讨论 ABAQUS/MOLDFLOW。

更多内容见附件

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