第一章ABAQUS導(dǎo)引

1、第一章 導(dǎo)引ABAQUS是一套功能強(qiáng)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(shí)際形狀的單元庫。并與之對應(yīng)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(fù)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(jié)構(gòu)分析中的問題（應(yīng)力/位移），還能模擬和研究各種領(lǐng)域中的問題，如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、電子元器件的熱控制（熱一電耦合分析）、聲學(xué)分析、土壤力學(xué)分析（滲流應(yīng)力耦合分析）和壓電介質(zhì)力學(xué)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(fù)雜的問題也可以很容易地建立模型。例如復(fù)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(gòu)造，交互式提交作業(yè)、監(jiān)控作業(yè)過程以及評價結(jié)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(guān)系見圖11。深圳ANSYS培訓(xùn)， 深圳ABAQUS培訓(xùn)，深圳A

4、BAQUS，深圳ANSYS，ANSYS培訓(xùn)，ABAQUS培訓(xùn)，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(lǐng)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(gòu)造模型，只需生成或輸入要分析結(jié)構(gòu)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(qiáng)大功能，并可檢驗(yàn)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(jié)果。本指南中將對ABAQUS/CAE進(jìn)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(yīng)用。它偏向于模擬海上結(jié)構(gòu)，如海洋石油平臺。它的功能包括模擬波浪，風(fēng)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(jìn)入到MDI ADAM

7、S產(chǎn)品族中去進(jìn)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(yīng)力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jìn)行設(shè)計(jì)敏度計(jì)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(zhuǎn)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(shí)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(jié)果。用戶除了必要的有限元知識外，不需要有任何ABAQUS的預(yù)備知識就可以得益于本指南。這本指南僅介紹應(yīng)力/位移的模擬計(jì)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(dǎo)和質(zhì)量擴(kuò)散等在本指南中就沒有討論。假定用戶會用ABAQUS/CAE去構(gòu)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(dǎo)性例子。由于這些例子包含許多使用ABAQUS的實(shí)用建議，請務(wù)必仔細(xì)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(yīng)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(jié)束，用戶將會了解應(yīng)用ABAQUS

10、的基本知識，如怎樣準(zhǔn)備模型來進(jìn)行ABAQUS模擬，數(shù)據(jù)的檢查，求解和觀測結(jié)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(shí)體單元、殼單元和梁單元的應(yīng)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(dǎo)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(jìn)入ABAQUS/CAE或如顯示的那樣精確地進(jìn)入計(jì)算機(jī)。例如：Abaqus cae輸入該命令即運(yùn)

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

12、擊鍵1，然后松開Ctrl鍵ABAQUS/CAE設(shè)計(jì)成使用三鍵鼠標(biāo)，因此其菜單參照鼠標(biāo)鍵1，2，3，如圖12所示。若使用二鍵鼠標(biāo)，則有如下規(guī)則：· 兩個鼠標(biāo)鍵相當(dāng)于三鍵鼠標(biāo)中的1，3鍵。· 同時按兩個鍵相當(dāng)于三鍵鼠標(biāo)中的2鍵。注：在菜單操作過程中，需要求點(diǎn)擊鼠標(biāo)的鍵2，要確認(rèn)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(wù)器提供。相關(guān)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(yùn)用ABAQUS/CAE生成模型、進(jìn)行分析及用可視化工具對結(jié)果評價的詳細(xì)敘述。該手冊中關(guān)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(wù)器來讀取手冊。HKS公司提供的其它手冊還有：ABAQUS

14、Example Problem manual （實(shí)例問題手冊）該手冊包含了75個詳細(xì)的實(shí)例，這些例子描述了分析方法和需要進(jìn)行線性和非線性分析的機(jī)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(chǔ)的加固，帶孔洞的復(fù)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(dāng)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(yīng)當(dāng)尋找一個或多個應(yīng)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(guān)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(jìn)行一遍模擬分析，并觀察計(jì)算結(jié)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(zhǔn)校核手冊該手冊包含了用于評估ABAQUS性能的基準(zhǔn)問題和標(biāo)準(zhǔn)分析。其結(jié)果與精確解和其它的公認(rèn)的解答作比較。這些例題實(shí)際上也提供了學(xué)習(xí)單元和材料模型性能的很好起點(diǎn)。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(yàn)證手冊該手冊包含基本測試問題，用以對每一程序特性進(jìn)行檢驗(yàn)，程序特性包括方法、輸出選擇、MPCS等等。在學(xué)習(xí)新功能的使用時，運(yùn)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(zhǔn)校核手冊、ABAQUS檢驗(yàn)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(biāo)題為依據(jù)進(jìn)行排列。在手冊中的輸入文件參考文獻(xiàn)就是手冊本身，因?yàn)槭謨灾械妮斎胛募荒苤苯哟嫒胍粋€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(jìn)行了詳盡而準(zhǔn)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(guān)鍵詞手冊該手冊給出了在ABAQUS中使用的全部輸入選項(xiàng)的完整解釋，并包含了所給選項(xiàng)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(diǎn)指導(dǎo)（Site Guide）該文件說明如何安裝ABAQUS和如何在特殊環(huán)境下進(jìn)行安裝，其中有些與用戶較相關(guān)的信息可以在用

18、戶手冊找到。質(zhì)量保證計(jì)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(yù)訂SHKS公司核心質(zhì)量保證程序或質(zhì)量監(jiān)視服務(wù)的用戶。講義教學(xué)筆記和專題培訓(xùn)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(dǎo)。教學(xué)筆記用于技術(shù)研討會，HKS公司在研討會上幫助用戶改進(jìn)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(xué)輔導(dǎo)。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(xùn)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(shù)文章。如果用戶想將這些出版物列在郵購清單上，請與ABAQUS當(dāng)?shù)氐霓k公室聯(lián)系。ABAQUS Web服務(wù)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(jì)算機(jī)的硬件要求·標(biāo)準(zhǔn)校核文檔·出錯狀態(tài)報(bào)告·ABAQUS文檔價格表·培訓(xùn)班日程·業(yè)務(wù)通訊也可以從中得到有關(guān)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(shù)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(dāng)?shù)剞k公室提供的，我們把技術(shù)支持作為所提供的服務(wù)的一個重要部分，并歡迎用戶就ABAQUS軟件的任何疑問和所關(guān)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(dāng)?shù)氐闹С洲k公室聯(lián)系時，請告之所需的是技術(shù)支持還是系統(tǒng)支持。技術(shù)支持是指在用ABAQUS進(jìn)行分析時所遇到的問題，系統(tǒng)支持指ABAQUS的安裝

21、，授權(quán)或其它與硬件相關(guān)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(jìn)這方面的工作。若用戶希望了解服務(wù)概況和HKS提供的產(chǎn)品，可訪問ABAQUS網(wǎng)頁。1.4.1 技術(shù)支持HKS公司的技術(shù)支持工程師可以解釋ABAQUS軟件的特點(diǎn)，可以比較使用ABAQUS的一般信息和應(yīng)用于特殊問題時的信息的方式檢查錯誤。如果用戶關(guān)心分析過程，我們建議在早期階段就與我們聯(lián)系，因?yàn)橥ǔＴ陧?xiàng)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(shù)支持熱線或者在書面通訊中，請準(zhǔn)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(xiàng)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(yùn)行ABAQUS的計(jì)算機(jī)型號。·產(chǎn)生問題的特征，包括盡可能詳細(xì)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(shù)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(gòu)圖

23、，可以傳真或寄給他。最終結(jié)果的圖像或分析中斷點(diǎn)附近的結(jié)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(dāng)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(guān)注一個特殊問題的發(fā)展，并能夠有效地進(jìn)行技術(shù)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(diǎn)，這樣我們可從數(shù)據(jù)庫里查到最新的情況而避免重復(fù)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(yùn)行中的問題，包括許可權(quán)的問題，這些問題未包含在技術(shù)支持中。用戶應(yīng)按照ABAQUS Site Guide中的步驟仔細(xì)地安裝ABAQUS。若遇到安裝或許可權(quán)問題，首先應(yīng)仔細(xì)閱讀ABAQUS Site Guide中的步驟，確認(rèn)步驟是否正確，若這樣做不能解決問題，則可以進(jìn)入ABAQUS網(wǎng)頁尋找已有的安裝問題的技術(shù)支持有關(guān)信息。若還不能解決問題，就與當(dāng)?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(xué)研究單位的支持根據(jù)對科學(xué)研究單位的許可權(quán)合同，我們不提供對科學(xué)研究單位的技術(shù)，除非購買了技術(shù)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(yīng)力及桁架約束端的反作用力。所引入的一些術(shù)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(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何形狀。每個單元都代表結(jié)構(gòu)的一個離散部分。有限單