結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS軟件基礎(chǔ)操作與界面介紹

結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS軟件基礎(chǔ)操作與界面介紹1軟件安裝與配置1.1安裝ABAQUS1.1.1系統(tǒng)要求在開始安裝ABAQUS之前，確保你的計算機(jī)滿足以下最低系統(tǒng)要求：-操作系統(tǒng)：Windows10/11或Linux-內(nèi)存：至少16GB-硬盤空間：至少100GB-處理器：多核處理器，推薦Intel或AMD的最新一代1.1.2安裝步驟下載安裝包：從官方渠道或授權(quán)的軟件供應(yīng)商處下載ABAQUS的安裝包。解壓文件：使用解壓縮軟件如WinRAR或7-Zip解壓下載的安裝包。運行安裝程序：找到解壓后的安裝程序，雙擊運行。選擇安裝類型：選擇“典型”或“自定義”安裝，根據(jù)需要選擇安裝組件。指定安裝路徑：選擇安裝ABAQUS的硬盤位置。配置許可證：輸入許可證信息，通常為網(wǎng)絡(luò)許可證或本地許可證文件路徑。等待安裝完成：安裝過程可能需要一段時間，耐心等待。完成安裝：安裝完成后，重啟計算機(jī)以確保所有更改生效。1.2配置環(huán)境變量配置環(huán)境變量是確保ABAQUS能夠正確運行的關(guān)鍵步驟。在Windows系統(tǒng)中，可以通過以下步驟進(jìn)行配置：打開環(huán)境變量編輯器：右鍵點擊“計算機(jī)”或“此電腦”，選擇“屬性”，然后點擊“高級系統(tǒng)設(shè)置”。編輯系統(tǒng)變量：在“系統(tǒng)屬性”窗口中，點擊“環(huán)境變量”按鈕，在“系統(tǒng)變量”區(qū)域中找到并編輯Path變量。添加ABAQUS路徑：在Path變量的值中，添加ABAQUS的安裝路徑，例如C:\SIMULIA\Abaqus\2022\win64\bin。添加許可證路徑：創(chuàng)建一個新的系統(tǒng)變量，變量名為LM_LICENSE_FILE，變量值為你的許可證服務(wù)器的地址或本地許可證文件的路徑。保存更改：完成編輯后，點擊“確定”保存所有更改。1.3啟動ABAQUS啟動ABAQUS可以通過以下幾種方式：從開始菜單啟動：在Windows系統(tǒng)中，點擊“開始”菜單，找到ABAQUS的快捷方式并點擊。從桌面快捷方式啟動：如果在安裝過程中創(chuàng)建了桌面快捷方式，可以直接雙擊啟動。從命令行啟動：打開命令提示符或終端，輸入abaquscae命令，然后按Enter鍵。1.3.1示例：從命令行啟動ABAQUS#在Windows命令提示符中啟動ABAQUS

C:\>cd"C:\SIMULIA\Abaqus\2022\win64\bin"

C:\SIMULIA\Abaqus\2022\win64\bin>abaquscae1.3.2解釋在上述示例中，我們首先使用cd命令切換到ABAQUS的bin目錄，然后通過輸入abaquscae命令來啟動ABAQUS的圖形用戶界面（CAE）。確保在啟動前，環(huán)境變量已正確配置，否則可能遇到許可證問題或軟件無法啟動的情況。通過以上步驟，你將能夠成功安裝、配置并啟動ABAQUS軟件，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真工作做好準(zhǔn)備。2ABAQUS界面概覽2.1主菜單介紹在ABAQUS中，主菜單是軟件操作的核心，它包含了創(chuàng)建、編輯和分析模型所需的所有功能。主菜單通常位于軟件界面的頂部，分為以下幾個主要部分：文件(File)：用于打開、保存、打印和導(dǎo)出模型。編輯(Edit)：提供剪切、復(fù)制、粘貼等基本編輯功能。視圖(View)：控制模型的顯示方式，包括旋轉(zhuǎn)、縮放和平移。分析(Analysis)：啟動分析，設(shè)置分析選項，如求解器參數(shù)和分析步。模塊(Modules)：切換到ABAQUS的不同模塊，如CAE、Viewer和Scripting。幫助(Help)：提供軟件的在線幫助文檔和教程。2.2工具欄功能工具欄位于主菜單下方，提供了快速訪問常用功能的圖標(biāo)。這些功能包括：創(chuàng)建模型(CreateModel)：開始一個新的模型或打開現(xiàn)有的模型。添加部件(AddPart)：在模型中添加新的部件。裝配(Assembly)：將多個部件組合成一個完整的裝配體。網(wǎng)格(Mesh)：生成用于分析的有限元網(wǎng)格。加載和邊界條件(LoadsandBoundaryConditions)：定義模型上的力、壓力和約束。分析步(AnalysisSteps)：設(shè)置分析的各個步驟，如靜態(tài)、動態(tài)或熱分析。作業(yè)(Job)：提交分析作業(yè)，設(shè)置作業(yè)參數(shù)，如求解器類型和輸出選項。2.3模型樹結(jié)構(gòu)模型樹是ABAQUS中組織和管理模型的工具，它以樹狀結(jié)構(gòu)顯示模型的所有組成部分，包括：模型(Model)：模型的最高級別，包含所有部件、裝配體和分析步。部件(Part)：模型中的單個實體，可以是幾何體、網(wǎng)格或材料屬性。裝配體(Assembly)：將多個部件組合在一起，形成一個完整的模型。材料(Materials)：定義部件的材料屬性，如彈性模量和泊松比。截面(Sections)：指定部件的截面屬性，如厚度和方向。網(wǎng)格(Mesh)：顯示模型的有限元網(wǎng)格信息。加載和邊界條件(LoadsandBoundaryConditions)：列出模型上的所有力和約束。分析步(AnalysisSteps)：顯示模型的分析步驟設(shè)置。2.3.1示例：使用Python腳本在ABAQUS中創(chuàng)建一個簡單的模型#導(dǎo)入ABAQUS模塊

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#執(zhí)行啟動設(shè)置

executeOnCaeStartup()

#創(chuàng)建一個模型

myModel=mdb.Model(name='SimpleModel')

#創(chuàng)建一個部件

myPart=myModel.Part(name='Cube',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#創(chuàng)建一個立方體幾何體

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=100.0),

depth=100.0)

mySketch=myPart.sketches['__profile__']

mySketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,100.0))

#創(chuàng)建一個材料

myMaterial=myModel.Material(name='Steel')

myMaterial.Elastic(table=((200000.0,0.3),))

#將材料應(yīng)用到部件

myPart.Section(name='SteelSection',material='Steel',thicknessType=UNIFORM,

thickness=None)

myPart.Set(name='Set-1',vertices=myPart.vertices.findAt(((50.0,50.0,50.0),)))

myPart.SectionAssignment(region=myPart.sets['Set-1'],sectionName='SteelSection',

offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',

thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#創(chuàng)建一個作業(yè)

myJob=mdb.Job(name='SimpleAnalysis',model='SimpleModel',description='',

type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,

queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,

getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,

nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,

contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',

scratch='',resultsFormat=ODB,parallelizationMethodExplicit=DOMAIN,

numDomains=1,activateLoadBalancing=False,multiprocessingMode=DEFAULT,

numCpus=1)

#提交作業(yè)

myJob.submit(consistencyChecking=OFF)2.3.2代碼解釋上述Python腳本展示了如何在ABAQUS中使用腳本創(chuàng)建一個簡單的立方體模型，并定義其材料屬性。腳本首先導(dǎo)入了必要的ABAQUS模塊，然后創(chuàng)建了一個名為SimpleModel的模型。接著，創(chuàng)建了一個名為Cube的部件，并通過BaseSolidExtrude命令生成了一個立方體幾何體。立方體的尺寸為100x100x100。隨后，腳本定義了一個名為Steel的材料，其彈性模量為200000MPa，泊松比為0.3。材料屬性被應(yīng)用到一個名為SteelSection的截面中，然后通過SectionAssignment命令將截面屬性應(yīng)用到部件的特定區(qū)域。最后，腳本創(chuàng)建了一個名為SimpleAnalysis的作業(yè)，用于提交模型的分析。作業(yè)的類型被設(shè)置為ANALYSIS，并指定了作業(yè)的其他參數(shù)，如內(nèi)存使用和結(jié)果輸出格式。通過submit方法提交作業(yè)，開始分析過程。通過這個示例，我們可以看到ABAQUS的Python接口如何提供了一種靈活的方式來自動化模型創(chuàng)建和分析過程，這對于處理復(fù)雜或重復(fù)的仿真任務(wù)特別有用。3基礎(chǔ)操作指南3.1創(chuàng)建新模型在ABAQUS中創(chuàng)建新模型是進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真分析的第一步。以下步驟指導(dǎo)您如何在ABAQUS/CAE中創(chuàng)建一個新模型：啟動ABAQUS/CAE:打開ABAQUS/CAE軟件，您將看到一個歡迎界面。創(chuàng)建新分析:選擇菜單欄中的File>New，在彈出的對話框中選擇Analysis，然后點擊OK。定義模型類型:在Analysis對話框中，選擇您需要的分析類型，例如Static、Dynamic或HeatTransfer。對于初學(xué)者，選擇Static進(jìn)行靜態(tài)分析是一個好的開始。設(shè)置模型參數(shù):在新創(chuàng)建的分析中，您可以通過Model菜單來定義模型的參數(shù)，包括模型的名稱、單位系統(tǒng)等。構(gòu)建幾何:使用Part模塊中的工具來構(gòu)建您的幾何模型。您可以從基本的幾何形狀如立方體、圓柱體開始，或者使用更復(fù)雜的工具來創(chuàng)建所需的模型。保存模型:完成模型創(chuàng)建后，記得保存您的工作。選擇File>Save或SaveAs來保存模型。3.1.1示例代碼#ABAQUSPythonScriptforcreatinganewmodel

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

frommaterialimport*

fromsectionimport*

fromassemblyimport*

fromstepimport*

frominteractionimport*

fromloadimport*

frommeshimport*

fromoptimizationimport*

fromjobimport*

fromsketchimport*

fromvisualizationimport*

fromconnectorBehaviorimport*

#創(chuàng)建一個新的模型

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

session.Viewport(name='Viewport:1',origin=(0.0,0.0),width=128.0,height=96.0)

session.viewports['Viewport:1'].makeCurrent()

session.viewports['Viewport:1'].maximize()

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,engineeringFeatures=ON)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.geometryOptions.setValues(

referenceRepresentation=ON)

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,engineeringFeatures=ON)

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.geometryOptions.setValues(

referenceRepresentation=ON)

#創(chuàng)建一個立方體

mySketch=session.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

mySketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,100.0))

myPart=session.Part(name='Cube',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=100.0)3.2導(dǎo)入CAD模型導(dǎo)入CAD模型是將外部設(shè)計軟件創(chuàng)建的模型帶入ABAQUS進(jìn)行分析的關(guān)鍵步驟。ABAQUS支持多種CAD文件格式，包括IGES、STEP、Parasolid等。選擇導(dǎo)入選項:在File菜單中選擇Import>Geometry，然后選擇您要導(dǎo)入的CAD文件格式。選擇文件:瀏覽并選擇您要導(dǎo)入的CAD模型文件，然后點擊Open。檢查模型:導(dǎo)入模型后，使用Part模塊中的工具檢查模型的幾何和拓?fù)?，確保沒有錯誤。修復(fù)模型:如果模型有錯誤，使用Part模塊中的修復(fù)工具進(jìn)行修復(fù)。保存模型:完成模型導(dǎo)入和檢查后，記得保存您的工作。3.2.1示例代碼#ABAQUSPythonScriptforimportingaCADmodel

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

fromassemblyimport*

#導(dǎo)入CAD模型

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

session.importGeometry('path/to/your/file.iges')

#檢查模型

myPart=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

myPart.checkGeometry()

#修復(fù)模型

myPart.repairGeometry()3.3定義材料屬性在ABAQUS中，定義材料屬性是確保仿真結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。材料屬性包括彈性模量、泊松比、密度等。創(chuàng)建材料:在Material模塊中，選擇Material>New來創(chuàng)建一個新的材料。定義材料屬性:選擇您創(chuàng)建的材料，然后在Properties模塊中定義材料屬性。例如，對于彈性材料，選擇Elastic，然后輸入彈性模量和泊松比。分配材料:在Section模塊中，選擇Section>New來創(chuàng)建一個新的截面，然后將材料分配給該截面。最后，在Part模塊中，選擇Section>Assign來將截面分配給模型的特定區(qū)域。3.3.1示例代碼#ABAQUSPythonScriptfordefiningmaterialproperties

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frommaterialimport*

fromsectionimport*

#創(chuàng)建材料

mdb.models['Model-1'].Material(name='Steel')

#定義材料屬性

steel=mdb.models['Model-1'].materials['Steel']

steel.Elastic(table=((200e3,0.3),))

#創(chuàng)建截面

mdb.models['Model-1'].HomogeneousSolidSection(name='SteelSection',material='Steel',thickness=None)

#分配截面

myPart=mdb.models['Model-1'].parts['Cube']

myPart.SectionAssignment(region=myPart.cells[:],sectionName='SteelSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)以上代碼示例展示了如何使用ABAQUSPythonAPI創(chuàng)建一個新模型、導(dǎo)入CAD模型以及定義材料屬性。通過這些步驟，您可以開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真分析。4模型設(shè)置與分析4.1網(wǎng)格劃分基礎(chǔ)網(wǎng)格劃分是結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真中至關(guān)重要的一步，它直接影響到分析的精度和計算效率。在ABAQUS中，網(wǎng)格劃分可以通過多種方式進(jìn)行，包括自動劃分、手動劃分以及使用高級劃分策略。4.1.1自動網(wǎng)格劃分自動網(wǎng)格劃分是ABAQUS中最為簡便的劃分方式，適用于形狀規(guī)則的模型。用戶只需指定網(wǎng)格尺寸，軟件將自動完成網(wǎng)格生成。4.1.2手動網(wǎng)格劃分對于形狀復(fù)雜或需要局部細(xì)化的模型，手動網(wǎng)格劃分提供了更高的靈活性。用戶可以定義網(wǎng)格的大小、形狀和密度，以適應(yīng)特定的分析需求。4.1.3高級網(wǎng)格劃分策略ABAQUS還提供了高級網(wǎng)格劃分策略，如映射網(wǎng)格、自由網(wǎng)格和掃掠網(wǎng)格，以應(yīng)對更為復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。4.2加載與邊界條件設(shè)置加載和邊界條件的正確設(shè)置是確保仿真結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。ABAQUS提供了豐富的加載和邊界條件選項，包括力、壓力、位移、溫度等。4.2.1力加載力加載是最常見的加載類型，可以應(yīng)用于模型的特定點或區(qū)域。例如，應(yīng)用100N的力于模型的頂部節(jié)點：#在模型的頂部節(jié)點應(yīng)用100N的力

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

executeOnCaeStartup()

#創(chuàng)建模型實例

modelName='MyModel'

instanceName='MyInstance'

mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].setLoads(

name='TopForce',

region=mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].nodes[100:110],

magnitude=100.0,

distributionType=UNIFORM,

field='',

localCsys=None

)4.2.2邊界條件邊界條件用于限制模型的自由度，如固定邊界、滑動邊界等。設(shè)置固定邊界條件示例：#設(shè)置模型底部節(jié)點為固定邊界

mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].setBoundaryConditions(

name='BottomFixed',

region=mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].nodes[1:10],

u1=SET,u2=SET,ur3=SET

)4.3定義分析步驟ABAQUS中的分析步驟允許用戶定義仿真過程中的不同階段，每個階段可以有不同的加載、邊界條件和求解設(shè)置。4.3.1靜態(tài)分析步驟靜態(tài)分析步驟用于求解在靜態(tài)載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。例如，定義一個靜態(tài)分析步驟：#定義靜態(tài)分析步驟

mdb.models[modelName].StaticStep(

name='Step-1',

previous='Initial',

initialInc=0.1,

maxNumInc=100,

nlgeom=ON

)4.3.2動態(tài)分析步驟動態(tài)分析步驟用于求解在動態(tài)載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，如沖擊、振動等。定義一個動態(tài)分析步驟示例：#定義動態(tài)分析步驟

mdb.models[modelName].ExplicitDynamicsStep(

name='Step-2',

previous='Step-1',

timePeriod=0.1,

nlgeom=ON

)4.3.3熱分析步驟熱分析步驟用于求解溫度變化對結(jié)構(gòu)的影響。定義一個熱分析步驟示例：#定義熱分析步驟

mdb.models[modelName].HeatTransferStep(

name='Step-3',

previous='Step-2',

timePeriod=1.0,

deltmx=10.0,

deltmn=0.1,

deltm=0.1,

nlgeom=OFF

)通過上述步驟，用戶可以完成模型的網(wǎng)格劃分、加載與邊界條件設(shè)置以及分析步驟的定義，為結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真做好充分準(zhǔn)備。每一步的設(shè)置都需要根據(jù)具體問題和模型的特性進(jìn)行調(diào)整，以確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。5后處理與結(jié)果分析5.1查看仿真結(jié)果在ABAQUS中，查看仿真結(jié)果是通過其后處理模塊Viewer進(jìn)行的。此模塊允許用戶以圖形方式查看和分析模型的輸出數(shù)據(jù)，包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變等。以下是如何在ABAQUSViewer中查看仿真結(jié)果的步驟：打開Viewer：在完成分析后，從主菜單選擇“Postprocessing”>“OpenaViewer”，這將啟動Viewer窗口。加載結(jié)果文件：在Viewer中，選擇“File”>“Readinputfrom”，然后選擇你的分析輸入文件（.inp文件）。接著，選擇“File”>“Readresultsfrom”，并選擇你的結(jié)果文件（.odb文件）。選擇結(jié)果步：在Viewer的左側(cè)樹狀結(jié)構(gòu)中，找到“Historyoutput”或“Fieldoutput”，選擇你想要查看的結(jié)果步。顯示結(jié)果：在樹狀結(jié)構(gòu)中，展開你選擇的結(jié)果步，選擇想要查看的數(shù)據(jù)類型，如“Displacement”、“Stress”等。然后，在圖形窗口中，模型將顯示所選結(jié)果的等值線圖。5.1.1結(jié)果后處理技巧后處理技巧在ABAQUS中至關(guān)重要，它們幫助用戶更有效地分析和解釋仿真結(jié)果。以下是一些實用的技巧：使用歷史輸出：歷史輸出（Historyoutput）記錄了整個分析過程中的關(guān)鍵點或截面的輸出數(shù)據(jù)，如力、位移、能量等。通過分析這些數(shù)據(jù)，可以了解模型在不同時間點的行為。創(chuàng)建自定義輸出：在分析前，可以定義自定義輸出（Customoutput），以獲取特定的輸出數(shù)據(jù)，如特定節(jié)點的位移或特定單元的應(yīng)力。這在需要精確數(shù)據(jù)時非常有用。使用數(shù)據(jù)操作工具：ABAQUSViewer提供了數(shù)據(jù)操作工具，如“DataManipulation”菜單下的“Average”，“Integrate”，“Derivative”等，這些工具可以幫助用戶對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，以獲得更深入的分析結(jié)果。5.1.2動畫與變形顯示動畫和變形顯示是后處理中非常直觀的工具，它們幫助用戶可視化模型在分析過程中的動態(tài)行為。以下是如何在ABAQUSViewer中創(chuàng)建動畫和顯示變形的步驟：選擇結(jié)果步：在左側(cè)樹狀結(jié)構(gòu)中，選擇你想要動畫化或顯示變形的結(jié)果步。顯示變形：在“Display”菜單中，選擇“Deformedshape”，這將顯示模型的變形狀態(tài)?？梢酝ㄟ^調(diào)整“Scalefactor”來放大或縮小變形效果。創(chuàng)建動畫：選擇“Animation”菜單下的“Animate”，然后在彈出的對話框中設(shè)置動畫的參數(shù)，如幀數(shù)、速度等。點擊“OK”后，模型將開始動畫播放，顯示在不同時間點的變形狀態(tài)。5.2示例：顯示位移和創(chuàng)建動畫假設(shè)我們有一個簡單的梁模型，已經(jīng)完成了靜力分析，現(xiàn)在我們想要在ABAQUSViewer中查看位移結(jié)果，并創(chuàng)建一個動畫來顯示梁的變形過程。5.2.1步驟1：加載結(jié)果文件打開ABAQUSViewer，選擇“File”>“Readinputfrom”，然后選擇“beam_model.inp”。接著，選擇“File”>“Readresultsfrom”，并選擇“beam_model.odb”。5.2.2步驟2：顯示位移結(jié)果在左側(cè)樹狀結(jié)構(gòu)中，展開“Fieldoutput”，選擇“U”（位移）。在圖形窗口中，模型將顯示位移的等值線圖?？梢酝ㄟ^調(diào)整“Scalefactor”來放大位移效果，使其更明顯。5.2.3步驟3：創(chuàng)建動畫選擇“Animation”菜單下的“Animate”。在彈出的對話框中，設(shè)置動畫的參數(shù)：-Frames：設(shè)置為100，以獲得流暢的動畫效果。-Speed：設(shè)置為1，以正常速度播放動畫。-Timeincrement：設(shè)置為0.1，以每0.1秒顯示一個時間點的結(jié)果。點擊“OK”，模型將開始動畫播放，顯示梁在不同時間點的變形狀態(tài)。通過以上步驟，我們不僅能夠查看模型的位移結(jié)果，還能夠通過動畫直觀地理解梁的變形過程，這對于分析和設(shè)計結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。以上內(nèi)容詳細(xì)介紹了在ABAQUS中進(jìn)行后處理與結(jié)果分析的基本操作和技巧，包括如何查看仿真結(jié)果、使用后處理技巧以及創(chuàng)建動畫和顯示變形。通過這些步驟，用戶可以更深入地理解模型的行為，為后續(xù)的分析和設(shè)計提供有力支持。6高級功能介紹6.1接觸分析6.1.1原理接觸分析是ABAQUS中一項關(guān)鍵的高級功能，用于模擬兩個或多個物體之間的接觸行為。在結(jié)構(gòu)力學(xué)中，接觸問題普遍存在，如齒輪嚙合、螺栓連接、模具與零件的接觸等。ABAQUS通過定義接觸對、接觸屬性和接觸行為，能夠精確地模擬接觸界面的力學(xué)響應(yīng)，包括摩擦、間隙、滑移等現(xiàn)象。6.1.2內(nèi)容在ABAQUS中進(jìn)行接觸分析，主要步驟包括：1.定義接觸對：指定哪些表面之間可能發(fā)生接觸。2.設(shè)置接觸屬性：定義接觸面的摩擦系數(shù)、滑移準(zhǔn)則等。3.施加邊界條件和載荷：確保接觸分析的正確性，需要合理設(shè)置邊界條件和載荷。4.分析和后處理：運行分析并檢查接觸區(qū)域的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。6.1.3示例#ABAQUS接觸分析示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#定義接觸對

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(formulation=FINITE,

directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,pressureDependency=OFF,

temperatureDependency=OFF,dependencies=0,table=((0.3,),),

shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,fraction=0.005,

elasticSlipStiffness=None)

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-1',side1Edges=p.edges.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-2',side1Edges=p.edges.findAt(((50.0,25.0,50.0),),))

mdb.models['Model-1'].ContactStd(name='Contact-1',createStepName='Initial',

master='Surface-1',slave='Surface-2',sliding=FINITE,

thickness=ON,interactionProperty='IntProp-1')

#設(shè)置邊界條件和載荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=p.sets['Set-1'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,

ur3=UNSET,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,

fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=p.sets['Set-2'],cf1=100.0,cf2=0.0,cf3=0.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#分析設(shè)置

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

description='',nlgeom=ON,stabilizationMethod=None,

stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,

initialInc=None,minInc=None,maxInc=None,maxNumInc=100,

adaptiveDampingRatio=None,adaptiveTimeControlStrategy=DEFAULT,

timePeriod=None,timeIncrementationMethod=AUTOMATIC,

initialTimeIncrement=None,maxTimeIncrement=None,

minTimeIncrement=None,deltmx=0.05,cetol=0.00025)

#運行分析

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(maxNumInc=1000)

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()6.2非線性分析6.2.1原理非線性分析是ABAQUS中處理材料非線性、幾何非線性和接觸非線性等問題的重要工具。當(dāng)結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力或應(yīng)變與載荷不成正比關(guān)系時，需要使用非線性分析來準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)的行為。ABAQUS提供了多種非線性分析類型，如大變形分析、塑性分析、蠕變分析等。6.2.2內(nèi)容進(jìn)行非線性分析時，需要關(guān)注以下幾點：1.選擇合適的分析步：如靜態(tài)非線性分析、動態(tài)非線性分析等。2.定義材料屬性：對于非線性材料，需要提供應(yīng)力-應(yīng)變曲線或相關(guān)非線性參數(shù)。3.設(shè)置非線性選項：如大變形、塑性硬化模型等。4.收斂控制：非線性分析中，收斂性是一個關(guān)鍵問題，需要合理設(shè)置收斂準(zhǔn)則和時間步長。6.2.3示例#ABAQUS非線性分析示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#定義材料屬性

mdb.models['Model-1'].Material(name='Material-1')

mdb.models['Model-1'].materials['Material-1'].Density(table=((7.85e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Material-1'].Elastic(table=((200000.0,0.3),))

mdb.models['Model-1'].materials['Material-1'].Plastic(table=((250.0,0.0),(300.0,0.002),(350.0,0.005)))

#設(shè)置非線性分析

mdb.models['Model-1'].HomogeneousSolidSection(name='Section-1',material='Material-1',

thickness=None)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

f=p.faces

faces=f.findAt(((50.0,25.0,0.0),),)

region=p.Set(faces=faces,name='Set-1')

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.SectionAssignment(region=region,sectionName='Section-1',offset=0.0,

offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',

thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#非線性分析步

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

description='',nlgeom=ON,stabilizationMethod=None,

stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,

initialInc=None,minInc=None,maxInc=None,maxNumInc=1000,

adaptiveDampingRatio=None,adaptiveTimeControlStrategy=DEFAULT,

timePeriod=None,timeIncrementationMethod=AUTOMATIC,

initialTimeIncrement=None,maxTimeIncrement=None,

minTimeIncrement=None,deltmx=0.05,cetol=0.00025)

#施加邊界條件和載荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=p.sets['Set-2'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,

ur3=UNSET,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,

fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=p.sets['Set-3'],cf1=1000.0,cf2=0.0,cf3=0.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#運行分析

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()6.3復(fù)合材料建模6.3.1原理復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度和比剛度，在航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。ABAQUS提供了強(qiáng)大的復(fù)合材料建模功能，能夠處理層合板、纖維增強(qiáng)材料等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。通過定義復(fù)合材料的層、纖維方向和材料屬性，ABAQUS能夠精確模擬復(fù)合材料的力學(xué)行為，包括層間應(yīng)力、纖維斷裂等現(xiàn)象。6.3.2內(nèi)容復(fù)合材料建模的關(guān)鍵步驟包括：1.定義復(fù)合材料屬性：包括基體和增強(qiáng)纖維的材料屬性。2.創(chuàng)建復(fù)合材料層：指定每層的厚度、材料和纖維方向。3.設(shè)置層合板結(jié)構(gòu)：定義層合板的層數(shù)和排列順序。4.分析設(shè)置：選擇適合復(fù)合材料的分析類型，如線性或非線性分析。6.3.3示例#ABAQUS復(fù)合材料建模示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#定義復(fù)合材料屬性

mdb.models['Model-1'].Material(name='Matrix')

mdb.models['Model-1'].materials['Matrix'].Density(table=((1.5e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Matrix'].Elastic(table=((35000.0,0.3),))

mdb.models['Model-1'].Material(name='Fiber')

mdb.models['Model-1'].materials['Fiber'].Density(table=((2.3e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Fiber'].Elastic(table=((120000.0,0.2),))

#創(chuàng)建復(fù)合材料層

mdb.models['Model-1'].CompositeLayup(name='Layup-1',description='',elementType=S4R,

symmetric=False)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

f=p.faces

faces=f.findAt(((50.0,25.0,0.0),),)

region=p.Set(faces=faces,name='Set-1')

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.CompositeLayup(name='Layup-1',description='',elementType=S4R,

symmetric=False,region=region)

p.LayupOrientation(region=region,localCsys=None,additionalRotationType=ROTATION_NONE,

angle=0.0,fieldName='',stackDirection=STACK3)

p.CompositePly(suppressed=False,plyName='Ply-1',region=region,material='Fiber',

thicknessType=SPECIFY_THICKNESS,thickness=0.125,orientationType=SPECIFY_ORIENT,

orientationValue=0.0,additionalRotationType=ROTATION_NONE,

additionalRotationField='',axis=AXIS_3,angle=0.0,numIntPoints=3)

p.CompositePly(suppressed=False,plyName='Ply-2',region=region,material='Matrix',

thicknessType=SPECIFY_THICKNESS,thickness=0.25,orientationType=SPECIFY_ORIENT,

orientationValue=0.0,additionalRotationType=ROTATION_NONE,

additionalRotationField='',axis=AXIS_3,angle=0.0,numIntPoints=3)

#分析設(shè)置

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

description='',nlgeom=ON,stabilizationMethod=None,

stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,

initialInc=None,minInc=None,maxInc=None,maxNumInc=1000,

adaptiveDampingRatio=None,adaptiveTimeControlStrategy=DEFAULT,

timePeriod=None,timeIncrementationMethod=AUTOMATIC,

initialTimeIncrement=None,maxTimeIncrement=None,

minTimeIncrement=None,deltmx=0.05,cetol=0.00025)

#施加邊界條件和載荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=p.sets['Set-2'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,

ur3=UNSET,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,

fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=p.sets['Set-3'],cf1=1000.0,cf2=0.0,cf3=0.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#運行分析

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()以上示例展示了如何在ABAQUS中進(jìn)行接觸分析、非線性分析和復(fù)合材料建模的基本操作。通過這些高級功能，可以更準(zhǔn)確地模擬和預(yù)測復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。7案例研究與實踐7.1簡單梁的靜力分析7.1.1概述在ABAQUS中進(jìn)行簡單梁的靜力分析，可以幫助我們理解梁在不同載荷下的響應(yīng)，包括位移、應(yīng)力和應(yīng)變。此案例將引導(dǎo)你通過ABAQUS完成一個簡單的梁模型的建立、加載、求解和結(jié)果分析。7.1.2模型建立創(chuàng)建模型：在ABAQUS/CAE中，首先創(chuàng)建一個新的項目，然后選擇“Part”模塊下的“Extrude”命令，創(chuàng)建一個矩形截面的梁。定義材料：選擇“Material”模塊，定義梁的材料屬性，例如彈性模量和泊松比。假設(shè)梁的材料為鋼，彈性模量為200GPa，泊松比為0.3。劃分網(wǎng)格：在“Mesh”模塊下，選擇合適的網(wǎng)格類型和尺寸，對梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分。7.1.3加載與邊界條件施加載荷：在“Step”模塊下，添加一個靜力分析步，并在“Load”模塊下，對梁的一端施加垂直向下的力，例如1000N。設(shè)置邊界條件：在“BoundaryConditions”模塊下，固定梁的另一端，使其在所有方向上都不能移動。7.1.4求解與結(jié)果分析提交作業(yè)：在“Job”模塊下，設(shè)置求解參數(shù)，如求解器類型和輸出要求，然后提交作業(yè)進(jìn)行求解。查看結(jié)果：求解完成后，在“Visualization”模塊下，可以查看梁的位移、應(yīng)力和應(yīng)變分布。通過分析這些結(jié)果，可以評估梁的結(jié)構(gòu)性能。7.2復(fù)合材料板的模態(tài)分析7.2.1概述復(fù)合材料板的模態(tài)分析是評估結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的重要手段。通過ABAQUS，我們可以計算出板的固有頻率和振型，這對于設(shè)計和優(yōu)化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。7.2.2模型建立創(chuàng)建復(fù)合材料板：在ABAQUS/CAE中，使用“Part”模塊下的“Shell”命令創(chuàng)建一個復(fù)合材料板模型。定義復(fù)合材料：在“Material”模塊下，定義復(fù)合材料的各向異性屬性，包括每一層的材料屬性和厚度。7.2.3模態(tài)分析設(shè)置添加模態(tài)分析步：在“Step”模塊下，添加一個模態(tài)分析步，設(shè)置所需的模態(tài)數(shù)量，例如前10個模態(tài)。施加邊界條件：在“BoundaryConditions”模塊下，根據(jù)實際需求，施加適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件，如固定邊緣。7.2.4求解與結(jié)果分析提交模態(tài)分析作業(yè)：在“Job”模塊下，設(shè)置求解參數(shù)，然后提交作業(yè)進(jìn)行模態(tài)分析。分析模態(tài)結(jié)果：求解完成后，在“Visualization”模塊下，可以查看復(fù)合材料板的固有頻率和振型。這些信息對于理解結(jié)構(gòu)的動態(tài)行為非常關(guān)鍵。7.3熱應(yīng)力仿真示例7.3.1概述熱應(yīng)力仿真用于評估溫度變化對結(jié)構(gòu)的影響。ABAQUS提供了強(qiáng)大的熱分析功能，可以計算溫度引起的應(yīng)力和變形。7.3.2模型建立創(chuàng)建模型：在ABAQUS/CAE中，創(chuàng)建一個需要分析的結(jié)構(gòu)模型，例如一個金屬塊。定義材料熱屬性：在“Material”模塊下，定義材料的熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率和比熱容。7.3.3熱載荷與邊界條件施加熱載荷：在“Step”模塊下，添加一個熱分析步，并在“Load”模塊下，施加溫度變化，例如從室溫加熱到100°C。設(shè)置邊界條件：在“BoundaryConditions”模塊下，設(shè)置熱邊界條件，如對流、輻射或熱源。7.3.4求解與結(jié)果分析提交熱應(yīng)力分析作業(yè)：在“Job”模塊下，設(shè)置求解參數(shù)，然后提交作業(yè)進(jìn)行熱應(yīng)力分析。查看熱應(yīng)力結(jié)果：求解完成后，在“Visualization”模塊下，可以查看溫度分布、熱應(yīng)力和熱變形。這些結(jié)果有助于評估結(jié)構(gòu)在熱環(huán)境下的安全性和性能。7.3.5示例代碼#ABAQUSPythonScriptforThermalStressAnalysis

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createasession

executeOnCaeStartup()

#Createamodel

mdb.models.changeKey(fromName='Model-1',toName='ThermalStressModel')

#Createapart

p=mdb.models['ThermalStressModel'].Part(name='MetalBlock',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#Createadatumpointatthecenter

p.DatumPointByCoordinate((0,0,0))

#Createasketchforthemetalblock

s=mdb.models['ThermalStressModel'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

s.rectangle(point1=(0,0),point2=(100,100))

p.BaseSolidExtrude(sketch=s,depth=100)

#Createamaterial

mdb.models['ThermalStressModel'].Material(name='Steel')

mdb.models['ThermalStressModel'].materials['Steel'].Density(table=((7850.0,),))

mdb.models['ThermalStressModel'].materials['Steel'].Elastic(table=((200000.0,0.3),))

mdb.models['ThermalStressModel'].materials['Steel'].SpecificHeat(table=((470.0,),))

mdb.models['ThermalStressModel'].materials['Steel'].Expansion(table=((11.0e-06,),))

#Createasection

mdb.models['ThermalStressModel'].HomogeneousSolidSection(name='SteelSection',material='Steel',thickness=None)

#Assignthesectiontothepart

p=mdb.models['ThermalStressModel'].parts['MetalBlock']

p.SectionAssignment(region=p.cells[:],sectionName='SteelSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#Createaninstance

a=mdb.models['ThermalStressModel'].rootAssembly

a.Instance(name='MetalBlock-1',part=p,dependent=ON)

#Createastepforthermalanalysis

mdb.models['ThermalStressModel'].StaticStep(name='ThermalStep',previous='Initial',description='',timePeriod=1.0,nlgeom=OFF)

#Createatemperatureload

mdb.models['ThermalStressModel'].Temperature(name='TempLoad',createStepName='ThermalStep',region=a.instances['MetalBlock-1'].cells[:],distributionType=UNIFORM,crossSectionDistribution=CONSTANT_THROUGH_THICKNESS,magnitudes=(100.0,))

#Createajob

mdb.Job(name='ThermalStressJob',model='ThermalStressModel',description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memor