第一章ABAQUS導引

1、第一章 導引ABAQUS是一套功能強大的基于有限元法的工程模擬軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到最富有挑戰(zhàn)性的非線性模擬問題。ABAQUS具備十分豐富的、可模擬任意實際形狀的單元庫。并與之對應擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬大多數(shù)典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮彈性的泡沫材料以及巖石和土這樣的地質(zhì)材料。作為通用的模擬分析工具，ABAQUS不僅能解決結構分析中的問題（應力/位移），還能模擬和研究各種領域中的問題，如熱傳導、質(zhì)量擴散、電子元器件的熱控制（熱一電耦合分析）、聲學分析、土壤力學分析（滲流應力耦合分析）和壓電介質(zhì)力學分析。ABA

2、QUS為用戶提供了廣泛的功能，且使用起來又十分簡明。最復雜的問題也可以很容易地建立模型。例如復雜的多部件問題可以通過對每個部件定義材料模型和幾何形狀，然后再把它們組裝起來而構成。在大部分模擬分析問題中，甚至在高度非線性問題中，用戶也只需要提供結構的幾何形狀、材料性能、邊界條件和荷載工況這樣的工程數(shù)據(jù)就可以進行分析。在非線性分析中，ABAQUS能自動選擇合適的荷載增量和收斂精度。不僅能選擇這些參數(shù)值，而且能在分析過程中不斷地調(diào)整參數(shù)來保證有效地得到高精度的解，很少需用戶去定義這些參數(shù)。1.1 ABAQUS各模塊簡介ABAQUS有兩個主要的分析模塊：ABAQUS/Standard和ABAQUS/E

3、xplicit。ABAQUS/Standard還有兩個特殊用途的附加分析模塊：ABAQUS/Aqua和ABAQUS/Design。另外，還有ABAQUS分別與ADAMS/Flex，C-MOLD和Mold flow的接口模塊：ABAQUS/ADAMS， ABAQUS/C-MOLD和ABAQUS/ MOLDFLOW。ABAQUS/CAE是完全的ABAQUS工作環(huán)境模塊，它包括了ABAQUS模型的構造，交互式提交作業(yè)、監(jiān)控作業(yè)過程以及評價結果的能力。ABAQUS/Viewer是ABAQUS/CAE的子集，它具有后處理功能，這些模塊之間的關系見圖11。深圳ANSYS培訓， 深圳ABAQUS培訓，深圳A

4、BAQUS，深圳ANSYS，ANSYS培訓，ABAQUS培訓，深圳ANSYS咨詢，深圳ABAQUS咨詢圖11 ABAQUS 產(chǎn)品ABAQUS/StandardABAQUS/Standard是一個通用分析模塊，它能夠求解領域廣泛的線性和非線性問題，包括靜力、動力、熱和電問題的響應等，這個模塊是本指南的主題。ABAQUS/ExplicitABAQUS/Explicit是用于特殊目的分析模塊，它采用顯式動力有限元列式，適用于像沖擊和爆炸這類短暫，瞬時的動態(tài)事件，對加工成形過程中改變接觸條件的這類高度非線性問題也非常有效。在本指南中沒有對它特別介紹，而在本指南的姐妹篇Getting Started w

5、ith ABAQUS/Explicit：Interactive Version里進行介紹。兩個分析模塊的ABAQUS/CAE界面是一樣的，兩個模塊的輸出也是類似的，不論哪個模塊都可以采用可視化圖形進行后處理。ABAQUS/CAEABAQUS/CAE（Complete ABAQUS Environment）是ABAQUS的交互式圖形環(huán)境，用它可方便而快捷地構造模型，只需生成或輸入要分析結構的幾何形狀，并把它分解為便于網(wǎng)格化的若干區(qū)域。并對幾何體賦于物理和材料特性、荷載以及邊界條件。ABAQUS/CAE具有對幾何體剖分網(wǎng)格的強大功能，并可檢驗所形成的分析模型。一旦模型生成，ABAQUS/CAE可提

6、交并監(jiān)控要分析的作業(yè)，可視化模塊就可用來顯式結果。本指南中將對ABAQUS/CAE進行討論。ABAQUS/ViewerABAQUS/Viewer是ABAQUS/CAE的子集，它只包含了可視化的后處理功能。在本指南中對可視化模塊的討論都適用于ABAQUS/Viewer。ABAQUS/AquaABAQUS/Aqua的一系列功能可以附加在ABAQUS/Standard中應用。它偏向于模擬海上結構，如海洋石油平臺。它的功能包括模擬波浪，風載荷及浮力的影響。在本指南中不討論ABAQUS/Aqua。ABAQUS/ADAMSABAQUS/ADAMS允許ABAQUS有限元模型作為柔性部件進入到MDI ADAM

7、S產(chǎn)品族中去進行分析。這個界面是基于ADAMS/Flex的部件模態(tài)綜合公式的，本指南中不討論ABAQUS/ADAMS。ABAQUS/C-MOLDABAQUS/C-MOLD把注模分析軟件C-MOLD中有限元網(wǎng)格、材料性質(zhì)和初始應力數(shù)據(jù)轉換成為ABAQUS輸入文件。本指南中不討論ABAQUS/C-MOLD。ABAQUS/DesignABAQUS/Design的一系列功能可附加在ABAQUS/Standard中進行設計敏度計算。ABAQUS/Design在本指南中不予討論。ABAQUS/MOLDFLOWABAQUS/MOLDFLOW模塊把MOLDFLOW分析軟件中的有限元模型信息轉換成ABAQUVS

8、輸入文件的一部分。本指南中不討論ABAQUS/MOLDFLOW。1.2 ABAQUS/Standard入門：交互式版本節(jié)是對新用戶的指南，其內(nèi)容是用ABAQUS/CAE生成實體、殼體和框架模型，用ABAQUS/Standard分析這些模型，在可視化模塊里視察結果。用戶除了必要的有限元知識外，不需要有任何ABAQUS的預備知識就可以得益于本指南。這本指南僅介紹應力/位移的模擬計算，并且集中在線性和非線性靜態(tài)分析上，也將介紹一些非常簡單的動態(tài)分析類型，但沒有廣泛的涉及。其它類型的模擬，如熱傳導和質(zhì)量擴散等在本指南中就沒有討論。假定用戶會用ABAQUS/CAE去構造本指南所舉的例子中的模型。若用戶沒

9、有ABAQUS/CAE或其它的前處理模塊，則可以利用Getting Started with ABAQUS/Standard: Key word Version手冊來人工生成所舉例子的輸入文件。1.2.1 怎樣使用本指南這本指南共有11章，每一章介紹一個或幾個主題，大部分章節(jié)都包括對所考慮的問題的簡短的討論和一兩個指導性例子。由于這些例子包含許多使用ABAQUS的實用建議，請務必仔細閱讀和理解。ABAQUS/CAE的功能會在這些例子中逐步展開。本章是對ABAQUS和應用指南的一個簡短介紹。第二章將集中圍繞一個簡例從最基本角度來說明如何使用ABAQUS。到第2章結束，用戶將會了解應用ABAQUS

10、的基本知識，如怎樣準備模型來進行ABAQUS模擬，數(shù)據(jù)的檢查，求解和觀測結果等。第三章對ABAQUS的主要單元家族作了大致的介紹。第四六章則分別討論了實體單元、殼單元和梁單元的應用。第七章一般性地介紹了非線性概念，并特別介紹了幾何非線性，以及包含了第一個非線性ABAQUS模擬例子。第八章介紹了材料非線性。第九章討論動態(tài)分析。第十章介紹了多步模擬。第十一章討論接觸分析中出現(xiàn)的許多問題。1.2.2 本指南的使用約定在指導性例子中所用的各種字符類型如下：·在Courier Font字符下的輸入會進入ABAQUS/CAE或如顯示的那樣精確地進入計算機。例如：Abaqus cae輸入該命令即運

11、行ABAQUS/CAE。·ABAQUS/CAE屏幕上的菜單選擇，對話框中的表格和項中的標記以黑體字表示：View Graphics OptionsDeformed Sharpe plot option1.2.3 鼠標的基本操作圖12 鼠標鍵圖12為左右手三鍵鼠標各鍵的方位，以下各項描述了鼠標的使用。C-lick快速點擊鼠標鍵，除非特別指出，Click均指點擊鼠標的鍵1。Drag按住鍵1移動鼠標。Point移動鼠標使光標到達所需的項。Select移動光標到某一項，然后點擊鍵1。Shift+Click按住Shift鍵，點擊鍵1，然后松開Shift鍵。Ctrl+Click按住Ctrl鍵，點

12、擊鍵1，然后松開Ctrl鍵ABAQUS/CAE設計成使用三鍵鼠標，因此其菜單參照鼠標鍵1，2，3，如圖12所示。若使用二鍵鼠標，則有如下規(guī)則：· 兩個鼠標鍵相當于三鍵鼠標中的1，3鍵。· 同時按兩個鍵相當于三鍵鼠標中的2鍵。注：在菜單操作過程中，需要求點擊鼠標的鍵2，要確認鍵2配置為中間鍵。1.3 ABAQUS文檔ABAQUS文檔的內(nèi)容是廣泛和完整的，以下所敘的手冊和印刷物，除非特別聲明，均來自HKS公司。它們以印刷品形式和在線文檔服務器提供。相關的手冊的更多信息，可參考ABAQUS/Standard用戶手冊中操作過程中所討論的內(nèi)容。ABAQUS/Standard用戶手冊這

13、是使用最頻繁的一本手冊，分為三卷。它是包含了ABAQUS/Standard所有功能的參考手冊，即對單元、材料模型、過程、輸入規(guī)則等等內(nèi)容都作了詳盡的說明。本指南完全是參考ABAQUS/Standard用戶手冊而得的，所以用戶在做算例時，必須在手頭放著該手冊以備時刻查用。ABAQUS/CAE用戶手冊該手冊中有三個便于理解的教程和運用ABAQUS/CAE生成模型、進行分析及用可視化工具對結果評價的詳細敘述。該手冊中關于可視化模塊的信息同樣可用于ABAQUS/Viewer。ABAQUS在線文檔的使用該手冊說明了怎樣使用ABAQUS在線文檔服務器來讀取手冊。HKS公司提供的其它手冊還有：ABAQUS

14、Example Problem manual （實例問題手冊）該手冊包含了75個詳細的實例，這些例子描述了分析方法和需要進行線性和非線性分析的機理和含意。典型的例題有：彈塑性管撞擊剛性墻產(chǎn)生的大位移、薄壁彎管的非彈性屈曲失效、彈粘塑性薄環(huán)的爆炸荷載分析、基礎的加固，帶孔洞的復合材料殼的屈曲，金屬片的大變形拉拔。每一例題的說明中均包括了單元類型和網(wǎng)格密度選擇的討論。當使用特征概念時，由于在此以前用戶還沒有遇到過這個概念，所以應當尋找一個或多個應用特征的例子來熟悉正確使用特征的方法?？伤阉髟诰€文檔或利用abacus find keyword工具（參考ABAQUS/Standard 用戶手冊的3.2

15、.8節(jié)可獲得更多信息）。與這些例題有關的所有輸入文件已在ABAQUS安裝時提供?？墒褂肁BAQUS/Fetch工具來讀取這些文件。ABAQUS/Fetch在每一個ABAQUS發(fā)行版中都是提供的。其語法為：abaques fetch job=<文件名>。用戶可以從所安裝的子目錄中提取任何一個例題文件，然后自己進行一遍模擬分析，并觀察計算結果。也可以從ABAQUS輸入文件的電子文檔中提取例題輸入文件。ABAQUS基準校核手冊該手冊包含了用于評估ABAQUS性能的基準問題和標準分析。其結果與精確解和其它的公認的解答作比較。這些例題實際上也提供了學習單元和材料模型性能的很好起點。該手冊包含

16、了NAFEM校核問題，其輸入文件也正安裝時提供，提取的方式與上述例題一樣。ABAQUS驗證手冊該手冊包含基本測試問題，用以對每一程序特性進行檢驗，程序特性包括方法、輸出選擇、MPCS等等。在學習新功能的使用時，運行一下這些問題是有益的。這些基本測試問題的輸入文件也在ABAQUS安裝時提供，提取方法與例題手冊中的例題完全一樣。ABAQUS輸入文件手冊該手冊包含了ABAQUS例題手冊、ABAQUS基準校核手冊、ABAQUS檢驗手冊和ABAQUS發(fā)行中的所有輸入文件。它們以所討論的問題的標題為依據(jù)進行排列。在手冊中的輸入文件參考文獻就是手冊本身，因為手冊中的輸入文件不能直接存入一個文件，只能由拷貝和

17、粘貼操作傳送到一個編輯器。ABAQUS理論手冊該手冊對ABAQUS的理論方面進行了詳盡而準確的討論。它為用戶提供了對工程背景的理解，但并沒有要求它作為程序的依據(jù)。ABAQUS關鍵詞手冊該手冊給出了在ABAQUS中使用的全部輸入選項的完整解釋，并包含了所給選項中所用到的每一個參數(shù)。ABAQUS/Explicit用戶手冊該手冊給出了ABAQUS/Explicit全部功能。發(fā)行說明（Release Notes）該文件給出了ABAQUS產(chǎn)品序列的最新版本所增加的新功能的簡要說明。站點指導（Site Guide）該文件說明如何安裝ABAQUS和如何在特殊環(huán)境下進行安裝，其中有些與用戶較相關的信息可以在用

18、戶手冊找到。質(zhì)量保證計劃該文件闡述了HKS公司的質(zhì)量保證程序。它是一個控制文件，提供給那些預訂SHKS公司核心質(zhì)量保證程序或質(zhì)量監(jiān)視服務的用戶。講義教學筆記和專題培訓班可以幫助用戶理解許多ABAQUS的使用性能，如金屬加工成型或熱傳導。教學筆記用于技術研討會，HKS公司在研討會上幫助用戶改進他們對ABAQUS軟件的理解和使用。某些用戶通常對其使用的軟件非常了解，他們不打算參加這些教學輔導。HKS提供了講課筆記的目錄，也被包括在手冊的價格清單中，或者可以在網(wǎng)址中找到。定期出版物HKS公司定期出版ABAQUS/News（新聞）和ABAQUS/Answers（問答）。ABAQUS/News包括諸如發(fā)

19、布ABAQUS軟件版本更新，培訓班專題等信息。ABAQUS/Answers中包括涉及ABAQUS軟件使用的具體專題技術文章。如果用戶想將這些出版物列在郵購清單上，請與ABAQUS當?shù)氐霓k公室聯(lián)系。ABAQUS Web服務器HKS公司提供WWW. abaqus. Com網(wǎng)頁，從中可以得到各種ABAQUS程序系列的有用信息，包括：·經(jīng)常遇到的問題·ABAQUS系統(tǒng)信息和計算機的硬件要求·標準校核文檔·出錯狀態(tài)報告·ABAQUS文檔價格表·培訓班日程·業(yè)務通訊也可以從中得到有關ABAQUS/ADAMS、ABAQUS/C-MOLD和

20、ABAQUS/ MOLDFLOW用戶手冊的信息。§1.4 支持HKS公司同時提供對ABAQUS的技術支持（工程支持）和系統(tǒng)支持，它們都是通過距用戶最近的當?shù)剞k公室提供的，我們把技術支持作為所提供的服務的一個重要部分，并歡迎用戶就ABAQUS軟件的任何疑問和所關心的ABAQUS分析的方面問題與我們聯(lián)系。用戶可通過電話、傳真、電子郵件或通信與我們的辦公室聯(lián)系，聯(lián)系的辦法列在每一份ABAQUS手冊中。訪問ABAQUS的WWW網(wǎng)頁同樣可獲得支持信息，在與當?shù)氐闹С洲k公室聯(lián)系時，請告之所需的是技術支持還是系統(tǒng)支持。技術支持是指在用ABAQUS進行分析時所遇到的問題，系統(tǒng)支持指ABAQUS的安裝

21、，授權或其它與硬件相關的問題。我們歡迎任何改善軟件和手冊的建議，在更新版本時，我們會考慮改進這方面的工作。若用戶希望了解服務概況和HKS提供的產(chǎn)品，可訪問ABAQUS網(wǎng)頁。1.4.1 技術支持HKS公司的技術支持工程師可以解釋ABAQUS軟件的特點，可以比較使用ABAQUS的一般信息和應用于特殊問題時的信息的方式檢查錯誤。如果用戶關心分析過程，我們建議在早期階段就與我們聯(lián)系，因為通常在項目的開始階段解決問題要比在最終階段再去糾正分析要容易得多。在呼叫HKS公司技術支持熱線或者在書面通訊中，請準備好下列信息：·正在使用的ABAQUS版本ABAQUS/Standard和ABAQUS/Ex

22、plicit的版本號在數(shù)據(jù)（.dat）文件的開頭已注明。ABAQUS/CAE和ABAQUS/Viewer的版本號可以在主菜單條的HelpON Version項中找到。ABAQUS/ADAMS，ABAQUS/C-MOLD和ABAQUS/MOLDFLOW的版本號在屏幕上可直接看到。·運行ABAQUS的計算機型號。·產(chǎn)生問題的特征，包括盡可能詳細的出錯信息。·已經(jīng)做過的工作和測試。在就具體問題請求幫助時，請看一下ABAQUS所有的輸出文件，這對于回答支持工程師可能詢問的任何問題是有幫助的。技術支持工程師會從模型描述和所遇到的困難兩個方面來診斷問題。他經(jīng)常需要了解模型構圖

23、，可以傳真或寄給他。最終結果的圖像或分析中斷點附近的結果對于理解引起問題的原因也是必需的，若支持工程師不能利用所提供的信息對問題作出診斷，用戶可傳送輸入數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)可用電子郵件，磁帶或磁盤傳送。請校核ABAQUS的WWW.abaqus. Com網(wǎng)頁中的當前可接受的媒介格式。所有的支持呼叫都會登錄在數(shù)據(jù)庫中，這使我們能夠關注一個特殊問題的發(fā)展，并能夠有效地進行技術支持。若用戶想了解呼叫的登錄號，可詢問支持工程師。如果用戶呼叫的問題已經(jīng)出現(xiàn)過，而且知道登錄號，請告之這一點，這樣我們可從數(shù)據(jù)庫里查到最新的情況而避免重復工作，另外，請給出支持工程師名字。1.4.2 系統(tǒng)支持HKS公司的系統(tǒng)支持工程師

24、可幫助用戶解決ABAQUS安裝和運行中的問題，包括許可權的問題，這些問題未包含在技術支持中。用戶應按照ABAQUS Site Guide中的步驟仔細地安裝ABAQUS。若遇到安裝或許可權問題，首先應仔細閱讀ABAQUS Site Guide中的步驟，確認步驟是否正確，若這樣做不能解決問題，則可以進入ABAQUS網(wǎng)頁尋找已有的安裝問題的技術支持有關信息。若還不能解決問題，就與當?shù)氐闹С洲k公室聯(lián)系。給出對說明問題有用處的一切信息；分析中斷的出錯信息或所遇到的問題的詳盡解釋，若有可能，請傳送從abagus info=env和abaqus into =sys命令輸出的信息。1.4.3 對科學研究單位的支持根據(jù)對科學研究單位的許可權合同，我們不提供對科學研究單位的技術，除非購買了技術支持。要了解更多信息可與我們聯(lián)系。1.5 有限元法的簡單回顧本節(jié)將回顧有限元的基本方法。一個桁架的簡單算例，如圖1-3所示，一端約束而另一端加載，分析桁架自由端的位移，桁架的應力及桁架約束端的反作用力。所引入的一些術語和規(guī)定同時也適用于本書的其它部分。 圖13桁架問題 任何有限元模擬的第一步總是用有限單元來離散結構的實際幾何形狀。每個單元都代表結構的一個離散部分。有限單