彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS中線性靜力分析詳解

彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS中線性靜力分析詳解1彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS中線性靜力分析詳解1.1引言1.1.1ABAQUS軟件簡介ABAQUS是一款廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的高級(jí)有限元分析軟件，由DassaultSystèmes公司開發(fā)。它能夠處理復(fù)雜的非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和接觸非線性。然而，ABAQUS同樣擅長進(jìn)行線性靜力分析，這是工程設(shè)計(jì)和分析中最基礎(chǔ)也是最常用的一種分析類型。1.1.2線性靜力分析概念線性靜力分析是有限元分析中最基本的分析類型之一，主要用于求解在靜態(tài)載荷作用下結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力和應(yīng)變。這種分析假設(shè)材料的響應(yīng)是線性的，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，遵循胡克定律。此外，線性靜力分析不考慮載荷和位移的時(shí)間效應(yīng)，即認(rèn)為載荷是緩慢施加的，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)是瞬時(shí)的。1.2ABAQUS中進(jìn)行線性靜力分析的步驟1.2.1建立模型在ABAQUS中進(jìn)行線性靜力分析，首先需要建立一個(gè)幾何模型。這包括定義模型的幾何形狀、材料屬性和網(wǎng)格劃分。示例：創(chuàng)建一個(gè)簡單的梁模型fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#執(zhí)行啟動(dòng)腳本

executeOnCaeStartup()

#創(chuàng)建一個(gè)部件

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

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

s.setPrimaryObject(option=STANDALONE)

s.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,20.0))

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

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

p.BaseSolidExtrude(sketch=s,depth=10.0)

s.unsetPrimaryObject()

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

#定義材料屬性

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

mdb.models['Model-1'].materials['Steel'].Elastic(table=((200e9,0.3),))

#網(wǎng)格劃分

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

p.seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

p.generateMesh()1.2.2施加載荷和邊界條件在模型上施加載荷和邊界條件是線性靜力分析的關(guān)鍵步驟。這包括固定模型的某些部分、施加力或壓力等。示例：在梁的一端施加固定約束和在另一端施加力#施加固定約束

a=mdb.models['Model-1'].rootAssembly

a.DatumCsysByDefault(CARTESIAN)

a=mdb.models['Model-1'].rootAssembly

region=a.sets['Set-1']#假設(shè)Set-1是梁的一端

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='Fixed',createStepName='Step-1',region=region,u1=SET,u2=SET,ur3=SET,amplitude=UNSET,fixed=ON,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#施加力

region=a.sets['Set-2']#假設(shè)Set-2是梁的另一端

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Force',createStepName='Step-1',region=region,cf1=1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)1.2.3定義分析步分析步是ABAQUS中定義分析類型和載荷施加方式的地方。對(duì)于線性靜力分析，通常只需要一個(gè)分析步。示例：定義線性靜力分析步mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.1,maxNumInc=100,nlgeom=OFF)1.2.4提交并運(yùn)行分析在ABAQUS中，一旦模型、載荷、邊界條件和分析步都定義完畢，就可以提交并運(yùn)行分析了。示例：提交并運(yùn)行分析mdb.models['Model-1'].Job(name='Job-1',model='Model-1',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,numGPUs=0)

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

['Job-1'].waitForCompletion()1.2.5分析結(jié)果分析完成后，可以使用ABAQUS/CAE的后處理模塊來查看和分析結(jié)果，包括位移、應(yīng)力和應(yīng)變等。示例：查看位移結(jié)果#打開結(jié)果文件

o3=session.openOdb(name='Job-1.odb')

#獲取位移數(shù)據(jù)

session.fieldReportOptions.setValues(reportFormat=COORDS)

session.writeFieldReport(fileName='Displacement_Report',append=OFF,sortItem='NodeLabel')

session.printToFile('Displacement_Report',session.fieldReportOptions)1.3結(jié)論通過上述步驟，我們可以在ABAQUS中進(jìn)行線性靜力分析，從建立模型到施加載荷和邊界條件，再到定義分析步、運(yùn)行分析和查看結(jié)果。這種分析方法對(duì)于初步評(píng)估結(jié)構(gòu)在靜態(tài)載荷下的行為非常有用，是工程設(shè)計(jì)和分析中不可或缺的一部分。請(qǐng)注意，上述代碼示例是基于Python的ABAQUS/CAE腳本環(huán)境，實(shí)際使用時(shí)可能需要根據(jù)具體版本和環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。此外，示例中的Set-1和Set-2需要在ABAQUS中預(yù)先定義，通常通過選擇模型的特定區(qū)域來創(chuàng)建。2彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS基礎(chǔ)設(shè)置2.1創(chuàng)建新模型在ABAQUS中創(chuàng)建新模型是進(jìn)行任何仿真分析的第一步。這涉及到定義模型的名稱、選擇分析類型以及設(shè)定模型的單位系統(tǒng)。2.1.1步驟說明打開ABAQUS/CAE：啟動(dòng)ABAQUS/CAE軟件，進(jìn)入圖形用戶界面。創(chuàng)建模型：在主菜單中選擇“Model”，然后點(diǎn)擊“NewModel”。在彈出的對(duì)話框中輸入模型名稱，例如“Linear_Static_Analysis”。選擇分析類型：在“ModelType”下拉菜單中選擇“Standard”，這適用于線性靜力分析。設(shè)定單位系統(tǒng)：在“Units”選項(xiàng)中選擇合適的單位系統(tǒng)，如“SI”（國際單位制）或“Engineering”（工程單位制）。2.1.2示例假設(shè)我們正在創(chuàng)建一個(gè)用于線性靜力分析的模型，名為“Beam_Analysis”，使用國際單位制。#創(chuàng)建新模型

fromabaqusimportmdb

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#打開模型數(shù)據(jù)庫

mdb.models.clear()

#創(chuàng)建模型

model=mdb.Model(name='Beam_Analysis')

#設(shè)置單位系統(tǒng)

model.units=SI2.2定義材料屬性在ABAQUS中，定義材料屬性是關(guān)鍵步驟之一，它直接影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。材料屬性包括彈性模量、泊松比、密度等。2.2.1步驟說明選擇材料：在“Project”面板中，點(diǎn)擊“Materials”標(biāo)簽，然后選擇“Create”來添加新材料。輸入材料屬性：在材料屬性對(duì)話框中，輸入材料的彈性模量（E）和泊松比（ν）。例如，對(duì)于鋼，彈性模量可以設(shè)置為200GPa，泊松比為0.3。保存材料：輸入完所有必要的屬性后，點(diǎn)擊“OK”保存材料。2.2.2示例定義一個(gè)名為“Steel”的材料，其彈性模量為200GPa，泊松比為0.3。#定義材料屬性

fromabaqusimportmdb

fromabaqusConstantsimport*

#打開模型數(shù)據(jù)庫

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

#定義彈性屬性

mdb.models['Beam_Analysis'].materials['Steel'].Elastic(table=((200e9,0.3),))

#定義密度（可選）

mdb.models['Beam_Analysis'].materials['Steel'].Density(table=((7850.0,)))2.3設(shè)置幾何形狀定義幾何形狀是ABAQUS分析中的另一個(gè)重要步驟。這包括創(chuàng)建零件、定義幾何特征、以及設(shè)定網(wǎng)格劃分。2.3.1步驟說明創(chuàng)建零件：在“Project”面板中，點(diǎn)擊“Parts”標(biāo)簽，然后選擇“Create”來添加新零件。定義幾何特征：使用“Sketcher”工具來繪制零件的二維截面，然后通過“Extrude”或“Revolve”命令將其轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體。設(shè)定網(wǎng)格劃分：在“Mesh”標(biāo)簽下，選擇合適的網(wǎng)格類型和尺寸，以確保分析的精度和效率。2.3.2示例創(chuàng)建一個(gè)簡單的梁零件，長度為1米，寬度為0.1米，高度為0.05米。#創(chuàng)建零件

fromabaqusimportmdb

fromabaqusConstantsimport*

#打開模型數(shù)據(jù)庫

part=mdb.models['Beam_Analysis'].Part(name='Beam',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#創(chuàng)建草圖

sketch=mdb.models['Beam_Analysis'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=1.0)

sketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(0.1,0.05))

#通過拉伸創(chuàng)建實(shí)體

part.BaseSolidExtrude(sketch=sketch,depth=1.0)

#定義網(wǎng)格劃分

mdb.models['Beam_Analysis'].parts['Beam'].setMeshControls(regions=part.sets['Set-1'],technique=STRUCTURED,size=0.05)以上步驟和示例詳細(xì)介紹了在ABAQUS中創(chuàng)建新模型、定義材料屬性以及設(shè)置幾何形狀的過程。通過這些基礎(chǔ)設(shè)置，可以為后續(xù)的線性靜力分析奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS中邊界條件與載荷的詳細(xì)解析3.1應(yīng)用邊界條件在ABAQUS中，邊界條件的設(shè)定是模擬結(jié)構(gòu)行為的關(guān)鍵步驟。邊界條件可以分為位移邊界條件和力邊界條件，它們分別用于限制結(jié)構(gòu)的位移和施加外部力。位移邊界條件通常用于固定模型的一部分，防止其移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，而力邊界條件則用于模擬作用在結(jié)構(gòu)上的外力。3.1.1位移邊界條件原理位移邊界條件在ABAQUS中通過限制模型節(jié)點(diǎn)的自由度來實(shí)現(xiàn)。這些自由度包括三個(gè)線性方向（X、Y、Z）和三個(gè)旋轉(zhuǎn)方向（Rx、Ry、Rz）。通過設(shè)定邊界條件，可以完全固定一個(gè)節(jié)點(diǎn)，或者只限制其在特定方向上的移動(dòng)。內(nèi)容在ABAQUS/CAE中，可以通過以下步驟應(yīng)用位移邊界條件：選擇模型：在模型樹中選擇要應(yīng)用邊界條件的部件或節(jié)點(diǎn)集。打開邊界條件對(duì)話框：在主菜單中選擇“Step”>“Create”>“BoundaryCondition”>“Displacement”。設(shè)定參數(shù)：在對(duì)話框中，選擇要限制的自由度，設(shè)定位移值（通常為0，表示固定），并指定應(yīng)用的步驟和時(shí)間范圍。3.1.2示例假設(shè)我們有一個(gè)簡單的立方體模型，需要在底部完全固定，防止其在X、Y、Z方向上的任何位移。#創(chuàng)建位移邊界條件

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fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

executeOnCaeStartup()

#打開ABAQUS/CAE

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

session.openOdb(name='C:/Users/YourName/odb/Model1.odb')

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step=0,frame=0)

#選擇底部節(jié)點(diǎn)集

odb=session.odbs['C:/Users/YourName/odb/Model1.odb']

part=odb.rootAssembly.instances['PART-1-1']

nodeSet=part.nodeSets['BOTTOM']

#應(yīng)用位移邊界條件

session.BoundaryCondition(name='Fixed_Bottom',createStepName='Initial',

region=nodeSet,u1=SET,u2=SET,u3=SET,ur1=SET,ur2=SET,ur3=SET)在上述代碼中，nodeSet變量代表了模型中定義的底部節(jié)點(diǎn)集，u1=SET,u2=SET,u3=SET,ur1=SET,ur2=SET,ur3=SET表示在所有自由度上應(yīng)用固定邊界條件。3.2施加載荷3.2.1原理施加載荷是模擬結(jié)構(gòu)在外部力作用下的響應(yīng)。在ABAQUS中，載荷可以是集中力、分布力、壓力、重力等。載荷的施加需要指定其大小、方向和作用區(qū)域。3.2.2內(nèi)容在ABAQUS/CAE中，施加載荷的步驟如下：選擇模型：在模型樹中選擇要施加載荷的部件或面集。打開載荷對(duì)話框：在主菜單中選擇“Step”>“Create”>“Load”>“Force”或“Pressure”等。設(shè)定參數(shù)：在對(duì)話框中，設(shè)定載荷的大小、方向，并指定應(yīng)用的步驟和時(shí)間范圍。3.2.3示例假設(shè)我們需要在立方體模型的頂部施加一個(gè)垂直向下的力，大小為1000N。#創(chuàng)建力載荷

fromabaqusimport*

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fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

executeOnCaeStartup()

#打開ABAQUS/CAE

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

session.openOdb(name='C:/Users/YourName/odb/Model1.odb')

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step=0,frame=0)

#選擇頂部面集

odb=session.odbs['C:/Users/YourName/odb/Model1.odb']

part=odb.rootAssembly.instances['PART-1-1']

surface=part.surfaces['TOP']

#施加垂直向下的力

session.Load(name='Force_Top',createStepName='Step-1',

region=surface,magnitude=1000.0,direction=GLOBAL,

distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)在上述代碼中，surface變量代表了模型中定義的頂部面集，magnitude=1000.0表示力的大小，direction=GLOBAL表示力的方向是基于全局坐標(biāo)系的，垂直向下。通過以上步驟，我們可以在ABAQUS中準(zhǔn)確地設(shè)定邊界條件和施加載荷，為線性靜力分析提供必要的輸入。這些操作是進(jìn)行任何結(jié)構(gòu)仿真分析的基礎(chǔ)，確保模型能夠正確反映實(shí)際的工程情況。4彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：網(wǎng)格劃分詳解4.1網(wǎng)格劃分4.1.1選擇網(wǎng)格類型在ABAQUS中，網(wǎng)格類型的選擇對(duì)于仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率至關(guān)重要。主要的網(wǎng)格類型包括：四邊形網(wǎng)格（Quad）：適用于平面和曲面，提供較高的精度，但可能在復(fù)雜幾何中難以生成。三角形網(wǎng)格（Tri）：適用于復(fù)雜幾何，易于生成，但精度可能低于四邊形網(wǎng)格。六面體網(wǎng)格（Hex）：三維結(jié)構(gòu)中最常用的網(wǎng)格類型，提供高精度，適用于規(guī)則幾何。四面體網(wǎng)格（Tet）：適用于復(fù)雜三維幾何，易于生成，但可能需要更多單元以達(dá)到與六面體網(wǎng)格相同的精度。示例：選擇四邊形網(wǎng)格假設(shè)我們有一個(gè)簡單的矩形板，需要在ABAQUS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。我們選擇四邊形網(wǎng)格以提高計(jì)算效率和結(jié)果精度。打開模型：在ABAQUS/CAE中打開您的模型。選擇網(wǎng)格類型：在Mesh模塊中，選擇四邊形網(wǎng)格作為您的網(wǎng)格類型。設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)：在MeshOptions中，設(shè)置適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格尺寸和控制參數(shù)。4.1.2調(diào)整網(wǎng)格密度網(wǎng)格密度直接影響仿真結(jié)果的精度和計(jì)算時(shí)間。在ABAQUS中，可以通過以下方式調(diào)整網(wǎng)格密度：全局網(wǎng)格尺寸：設(shè)置模型的全局網(wǎng)格尺寸，適用于整個(gè)模型。局部網(wǎng)格細(xì)化：在模型的特定區(qū)域增加網(wǎng)格密度，以提高局部精度。自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化：在分析過程中自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格密度，以優(yōu)化精度和效率。示例：局部網(wǎng)格細(xì)化假設(shè)我們正在分析一個(gè)帶有孔的金屬板，孔周圍區(qū)域的應(yīng)力分布是我們的主要關(guān)注點(diǎn)。為了提高孔周圍區(qū)域的計(jì)算精度，我們進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化。選擇區(qū)域：在ABAQUS/CAE中，選擇孔周圍的區(qū)域。設(shè)置細(xì)化參數(shù)：在Mesh模塊中，選擇局部細(xì)化，并設(shè)置細(xì)化比例，例如，將孔周圍的網(wǎng)格尺寸設(shè)置為全局網(wǎng)格尺寸的1/4。生成網(wǎng)格：應(yīng)用設(shè)置，生成網(wǎng)格。4.2代碼示例：使用Python腳本在ABAQUS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分#導(dǎo)入ABAQUS模塊

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frommeshimportMeshElement,MeshNode,MeshElementArray,MeshNodeArray

#創(chuàng)建模型

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

mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

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

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].BaseShell(sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])

#設(shè)置全局網(wǎng)格尺寸

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].setMeshControls(algorithm=ADVANCING_FRONT,regions=(),technique=STRUCTURED)

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].setElementType(regions=(mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].faces[1],),elemTypes=(ElemType(elemCode=Q4,elemLibrary=STANDARD),))

#局部網(wǎng)格細(xì)化

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].setElementType(regions=(mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].faces[1].findAt((50.0,25.0,0.0),),),elemTypes=(ElemType(elemCode=Q4,elemLibrary=STANDARD,secondOrderAccuracy=OFF,distortionControl=DEFAULT),))

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].setMeshControls(regions=(mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].faces[1].findAt((50.0,25.0,0.0),),),technique=FREE,sizingFactor=0.25)

#生成網(wǎng)格

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].generateMesh()4.2.1代碼解釋創(chuàng)建模型：首先，我們創(chuàng)建一個(gè)矩形板模型。設(shè)置全局網(wǎng)格尺寸：我們?cè)O(shè)置模型的全局網(wǎng)格尺寸，選擇四邊形網(wǎng)格（Q4）。局部網(wǎng)格細(xì)化：然后，我們選擇孔周圍區(qū)域進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化，通過設(shè)置sizingFactor參數(shù)來控制細(xì)化比例。生成網(wǎng)格：最后，應(yīng)用網(wǎng)格設(shè)置并生成網(wǎng)格。通過以上步驟，我們可以在ABAQUS中有效地進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。5彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS中線性靜力分析詳解5.1線性靜力分析步驟5.1.1設(shè)置分析類型在ABAQUS中進(jìn)行線性靜力分析，首先需要在輸入文件中設(shè)置分析類型為STATIC。這表明我們將進(jìn)行靜態(tài)分析，不考慮慣性和阻尼效應(yīng)。線性靜力分析適用于小變形和小應(yīng)變的情況，其中材料屬性和幾何形狀在加載過程中保持不變。示例代碼#設(shè)置分析類型為線性靜力分析

job=mdb.Job(name='Linear_Static_Analysis',model='Model-1',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,numGPUs=0)

job.analysisType=STATIC5.1.2定義分析步定義分析步是進(jìn)行線性靜力分析的關(guān)鍵步驟之一。在ABAQUS中，分析步允許用戶控制加載和邊界條件的施加方式，以及求解器的求解過程。對(duì)于線性靜力分析，通常定義一個(gè)或多個(gè)分析步，每個(gè)步驟可以有不同的加載和邊界條件。示例代碼#定義線性靜力分析步

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

initialInc=0.1,maxNumInc=100,

nlgeom=OFF,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.0001,

continueDampingFactors=False,

adaptiveDampingRatio=0.05,

maxNumSubsteps=10,

timePeriod=1.0,

deltmx=0.05)在這個(gè)例子中，我們定義了一個(gè)名為Step-1的分析步，它緊接在Initial步驟之后。initialInc參數(shù)定義了初始增量大小，maxNumInc參數(shù)定義了最大增量數(shù)目。nlgeom參數(shù)設(shè)置為OFF，表明我們進(jìn)行的是線性分析。stabilizationMethod和stabilizationMagnitude參數(shù)用于控制數(shù)值穩(wěn)定性，adaptiveDampingRatio參數(shù)用于自適應(yīng)阻尼比。5.1.3提交分析完成模型設(shè)置和分析步定義后，最后一步是提交分析。在ABAQUS中，這通常通過運(yùn)行作業(yè)來實(shí)現(xiàn)。作業(yè)的運(yùn)行將啟動(dòng)求解器，根據(jù)定義的分析步和模型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。示例代碼#提交分析

job.submit(consistencyChecking=OFF)

job.waitForCompletion()在上述代碼中，submit函數(shù)用于提交作業(yè)，waitForCompletion函數(shù)則用于等待作業(yè)完成。consistencyChecking參數(shù)設(shè)置為OFF，可以跳過一致性檢查，加快提交速度，但需確保模型設(shè)置無誤。5.2總結(jié)通過以上步驟，我們可以在ABAQUS中完成線性靜力分析的設(shè)置和提交。線性靜力分析是彈性力學(xué)仿真中最基礎(chǔ)的分析類型，適用于不需要考慮時(shí)間效應(yīng)和非線性行為的結(jié)構(gòu)分析。在實(shí)際操作中，根據(jù)具體問題的需要，可能還需要定義材料屬性、幾何模型、邊界條件和載荷等，這些將在其他章節(jié)中詳細(xì)討論。請(qǐng)注意，上述代碼示例是基于Python的ABAQUS/CAE腳本環(huán)境。在實(shí)際使用中，應(yīng)根據(jù)具體版本的ABAQUS文檔進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。6結(jié)果后處理在ABAQUS中，結(jié)果后處理是分析完成后的重要步驟，它幫助我們理解模型的響應(yīng)，驗(yàn)證分析的準(zhǔn)確性，并提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)用于進(jìn)一步的工程決策。后處理主要通過ABAQUS/CAE的可視化工具或使用Python腳本進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和處理。下面，我們將詳細(xì)介紹如何在ABAQUS中查看位移結(jié)果、查看應(yīng)力結(jié)果，以及一些結(jié)果可視化技巧。6.1查看位移結(jié)果6.1.1使用ABAQUS/CAE打開結(jié)果文件：在ABAQUS/CAE中，首先打開你的分析結(jié)果文件（.odb文件）。選擇位移：在“歷史輸出”面板中，選擇“位移”選項(xiàng)，這將顯示模型中所有節(jié)點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)?？梢暬灰疲狐c(diǎn)擊“顯示”按鈕，軟件將自動(dòng)以彩色圖譜顯示模型的最大位移。顏色越深，位移越大。6.1.2使用Python腳本#導(dǎo)入必要的模塊

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#打開ODB文件

odb=openOdb('path_to_your_odb_file.odb')

#選擇要查看的位移結(jié)果的步

step=odb.steps['Step-1']

#獲取模型實(shí)例

instance=odb.rootAssembly.instances['INSTANCE_NAME']

#提取位移數(shù)據(jù)

displacement=step.frames[-1].fieldOutputs['U']

#遍歷模型的所有節(jié)點(diǎn)，打印位移

fornodeininstance.nodes:

print('Node:',node.label,'Displacement:',displacement.getSubset(region=node).values[0].data)

#關(guān)閉ODB文件

odb.close()6.2查看應(yīng)力結(jié)果6.2.1使用ABAQUS/CAE打開結(jié)果文件：與查看位移相同，首先打開你的分析結(jié)果文件。選擇應(yīng)力：在“歷史輸出”面板中，選擇“應(yīng)力”選項(xiàng)，這將顯示模型中所有單元的應(yīng)力數(shù)據(jù)?？梢暬瘧?yīng)力：點(diǎn)擊“顯示”按鈕，軟件將自動(dòng)以彩色圖譜顯示模型的最大應(yīng)力。顏色越深，應(yīng)力越大。6.2.2使用Python腳本#導(dǎo)入必要的模塊

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#打開ODB文件

odb=openOdb('path_to_your_odb_file.odb')

#選擇要查看的應(yīng)力結(jié)果的步

step=odb.steps['Step-1']

#獲取模型實(shí)例

instance=odb.rootAssembly.instances['INSTANCE_NAME']

#提取應(yīng)力數(shù)據(jù)

stress=step.frames[-1].fieldOutputs['S']

#遍歷模型的所有單元，打印應(yīng)力

forelemininstance.elements:

print('Element:',elem.label,'Stress:',stress.getSubset(region=elem).values[0].data)

#關(guān)閉ODB文件

odb.close()6.3結(jié)果可視化技巧6.3.1色彩圖譜調(diào)整在ABAQUS/CAE中，你可以通過調(diào)整色彩圖譜的范圍來更清晰地顯示模型的響應(yīng)。例如，如果你只關(guān)心模型中應(yīng)力較高的區(qū)域，可以將色彩圖譜的最小值和最大值設(shè)置為一個(gè)更窄的范圍。6.3.2截面視圖使用截面視圖可以查看模型內(nèi)部的位移和應(yīng)力分布。在ABAQUS/CAE中，選擇“截面”工具，然后定義截面的位置和方向，軟件將顯示截面上的位移和應(yīng)力數(shù)據(jù)。6.3.3動(dòng)態(tài)顯示對(duì)于復(fù)雜的模型，動(dòng)態(tài)顯示位移和應(yīng)力的變化可以幫助理解模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在ABAQUS/CAE中，選擇“動(dòng)畫”工具，然后選擇要?jiǎng)赢嫽牟胶蛨?，軟件將生成一個(gè)動(dòng)態(tài)的位移或應(yīng)力變化的動(dòng)畫。6.3.4數(shù)據(jù)導(dǎo)出為了進(jìn)一步的分析或報(bào)告，你可能需要導(dǎo)出位移和應(yīng)力數(shù)據(jù)。在ABAQUS/CAE中，選擇“導(dǎo)出”工具，然后選擇要導(dǎo)出的數(shù)據(jù)類型和格式，軟件將導(dǎo)出你選擇的數(shù)據(jù)到指定的文件中。通過上述方法，你可以在ABAQUS中有效地查看和分析位移和應(yīng)力結(jié)果，以及使用各種技巧來優(yōu)化結(jié)果的可視化，幫助你更好地理解模型的響應(yīng)和性能。7案例分析7.1懸臂梁靜力分析7.1.1原理懸臂梁靜力分析是ABAQUS中線性靜力分析的一個(gè)典型應(yīng)用。懸臂梁，一端固定，另一端自由，當(dāng)受到外力作用時(shí)，梁體會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。ABAQUS通過求解結(jié)構(gòu)的平衡方程，計(jì)算出梁在給定載荷下的位移、應(yīng)力和應(yīng)變分布。7.1.2內(nèi)容模型建立：定義梁的幾何尺寸、材料屬性和邊界條件。載荷施加：在梁的自由端施加垂直向下的力。網(wǎng)格劃分：選擇合適的網(wǎng)格類型和尺寸，確保分析精度。求解設(shè)置：定義分析步，選擇線性靜力分析類型。結(jié)果分析：提取并分析位移、應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果。7.1.3示例#ABAQUS懸臂梁靜力分析示例

#導(dǎo)入ABAQUS模塊

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#執(zhí)行ABAQUS啟動(dòng)腳本

executeOnCaeStartup()

#創(chuàng)建模型

mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=100.0)

mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,10.0))

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

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].BaseShell(sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])

#定義材料屬性

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

mdb.models['Model-1'].materials['Steel'].Elastic(table=((200e9,0.3),))

#定義截面

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

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].SectionAssignment(region=mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].sets['Set-1'],sectionName='Section',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#定義邊界條件

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='Fixed',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.sets['Set-1'],u1=0.0,u2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#定義載荷

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load',createStepName='Step-1',region=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.sets['Set-2'],cf1=1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#網(wǎng)格劃分

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].seedPart(size=5.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

mdb.models['Model-1'].parts['Beam'].generateMesh()

#定義分析步

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',maxNumInc=1000,initialInc=0.1,minInc=0.01)

#提交分析

mdb.models['Model-1'].rootAssembly.regenerate()

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)7.1.4描述此示例展示了如何在ABAQUS中進(jìn)行懸臂梁的線性靜力分析。首先，創(chuàng)建了一個(gè)懸臂梁模型，然后定義了材料屬性和截面。接著，施加了固定端的邊界條件和自由端的集中載荷。通過網(wǎng)格劃分和分析步設(shè)置，最后提交分析任務(wù)。7.2平板受壓分析7.2.1原理平板受壓分析是ABAQUS中另一種常見的線性靜力分析案例。當(dāng)平板受到均勻壓力時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，導(dǎo)致變形。ABAQUS通過求解彈性力學(xué)方程，計(jì)算平板在壓力作用下的響應(yīng)。7.2.2內(nèi)容模型建立：定義平板的幾何尺寸和材料屬性。載荷施加：在平板上表面施加均勻壓力。網(wǎng)格劃分：選擇合適的網(wǎng)格類型和尺寸。求解設(shè)置：定義分析步，選擇線性靜力分析類型。結(jié)果分析：提取并分析位移、應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果。7.2.3示例#ABAQUS平板受壓分析示例

#導(dǎo)入ABAQUS模塊

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#執(zhí)行ABAQUS啟動(dòng)腳本

executeOnCaeStartup()

#創(chuàng)建模型

mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=100.0)

mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'].rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,100.0))

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

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].BaseShell(sketch=mdb.models['Model-1'].sketches['__profile__'])

#定義材料屬性

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

mdb.models['Model-1'].materials['Aluminum'].Elastic(table=((70e9,0.33),))

#定義截面

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

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].SectionAssignment(region=mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].sets['Set-1'],sectionName='Section',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#定義邊界條件

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='Fixed',createStepName='Initial',region=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.sets['Set-1'],u1=0.0,u2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#定義載荷

mdb.models['Model-1'].Pressure(name='Pressure',createStepName='Step-1',region=mdb.models['Model-1'].rootAssembly.sets['Set-2'],magnitude=100.0,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#網(wǎng)格劃分

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].seedPart(size=10.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

mdb.models['Model-1'].parts['Plate'].generateMesh()

#定義分析步

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',maxNumInc=1000,initialInc=0.1,minInc=0.01)

#提交分析

mdb.models['Model-1'].rootAssembly.regenerate()

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)7.2.4描述此示例展示了如何在ABAQUS中進(jìn)行平板受壓的線性靜力分析。首先，創(chuàng)建了一個(gè)平板模型，并定義了材料屬性和截面。然后，施加了固定邊界條件和平板上表面的均勻壓力。通過網(wǎng)格劃分和分析步設(shè)置，最后提交分析任務(wù)。分析結(jié)果可用于評(píng)估平板在壓力下的變形和應(yīng)力分布。8彈性力學(xué)仿真軟件：ABAQUS中常見問題與解決策略8.1收斂性問題8.1.1原理與內(nèi)容在ABAQUS中進(jìn)行線性靜力分析時(shí)，收斂性問題是一個(gè)常見的挑戰(zhàn)。收斂性問題通常發(fā)生在非線性分析中，但在某些情況下，線性分析也可能遇到收斂困難，尤其是在模型設(shè)定不當(dāng)或網(wǎng)格劃分不合理時(shí)。收斂性問題意味著軟件在求解過程中無法達(dá)到預(yù)定的精度標(biāo)準(zhǔn)，這可能是由于迭代過程無法繼續(xù)改進(jìn)解的質(zhì)量，或者計(jì)算資源耗盡。8.1.2解決策略檢查模型設(shè)定：確保所有邊界條件、載荷和材料屬性正確無誤。錯(cuò)誤的設(shè)定可能導(dǎo)致不合理的應(yīng)力分布，從而影響收斂。優(yōu)化網(wǎng)格劃分：使用更細(xì)的網(wǎng)格或更合適的單元類型可以提高模型的精度，但同時(shí)也會(huì)增加計(jì)算成本。在問題區(qū)域使用局部細(xì)化網(wǎng)格是一種有效策略。調(diào)整求解器參數(shù)：ABAQUS允許用戶調(diào)整求解器的參數(shù)，如收斂準(zhǔn)則、最大迭代次數(shù)等。適當(dāng)調(diào)整這些參數(shù)可能有助于解決收斂性問題。使用預(yù)加載：在某些情況下，施加一個(gè)預(yù)加載可以改善模型的初始狀態(tài)，從而促進(jìn)收斂。增加約束或支撐：如果模型過于柔韌，增加適當(dāng)?shù)募s束或支撐可以提高穩(wěn)定性，減少收斂問題。檢查初始條件：確保初始條件合理，特別是在動(dòng)態(tài)分析中，不合理的初始條件可能導(dǎo)致收斂性問題。8.2結(jié)果解釋誤區(qū)8.2.1原理與內(nèi)容正確解釋ABAQUS的分析結(jié)果對(duì)于確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和安全性至關(guān)重要。然而，由于軟件的復(fù)雜性和分析結(jié)果的多樣性，工程師在解讀結(jié)果時(shí)可能會(huì)陷入一些常見的誤區(qū)。8.2.2解決策略理解結(jié)果的物理意義：在分析結(jié)果之前，確保你理解所使用的分析類型（如線性靜力分析）的物理意義和假設(shè)。例如，線性靜力分析假設(shè)材料行為是線性的，且載荷是靜態(tài)的。檢查單位系統(tǒng)：ABAQUS允許使用不同的單位系統(tǒng)，但錯(cuò)誤的單位轉(zhuǎn)換可能導(dǎo)致結(jié)果解釋錯(cuò)誤。在分析開始時(shí)，確認(rèn)所有輸入數(shù)據(jù)的單位與所選單位系統(tǒng)一致。分析結(jié)果的范圍和精度：理解結(jié)果的范圍和精度限制。例如，線性靜力分析可能無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)材料的非線性行為或塑性變形?？紤]模型的簡化：在解釋結(jié)果時(shí)，記住模型是現(xiàn)實(shí)的簡化。忽略模型中的某些細(xì)節(jié)（如小的幾何特征）可能會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)比理論與仿真結(jié)果：將仿真結(jié)果與理論計(jì)算或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證結(jié)果的合理性。這有助于識(shí)別模型中的潛在錯(cuò)誤或過度簡化。進(jìn)行敏感性分析：改變模型中的某些參數(shù)（如材料屬性、網(wǎng)格密度）并觀察結(jié)果的變化，這有助于理解哪些因素對(duì)結(jié)果有重大影響。通過遵循上述策略，工程師可以更準(zhǔn)確地識(shí)別和解決ABAQUS中的收斂性問題，并避免結(jié)果解釋的誤區(qū)，從而提高分析的可靠性和有效性。9高級(jí)功能介紹9.1接觸分析簡介在ABAQUS中，接觸分析是模擬兩個(gè)或多個(gè)物體在接觸界面處相互作用的一種高級(jí)功能。這種分析對(duì)于理解機(jī)械部件在裝配、摩擦、磨損、密封等過程中的行為至關(guān)重要。接觸分析可以處理各種接觸條件，包括滑動(dòng)、滾動(dòng)、粘著、分離等。9.1.1接觸類型面-面接觸：適用于兩個(gè)或多個(gè)物體表面之間的接觸。點(diǎn)-面接觸：適用于尖銳物體與平面之間的接觸。自接觸：用于模擬單個(gè)物體不同部分之間的接觸。9.1.2接觸屬性摩擦系數(shù)：定義接觸面之間的摩擦程度。接觸剛度：影響接觸區(qū)域的響應(yīng)。初始間隙：接觸面之間的初始距離。9.1.3示例：ABAQUS接觸分析設(shè)置#ABAQUS接觸分析設(shè)置示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#創(chuàng)建模型

model=mdb.models['Model-1']

#定義接觸對(duì)

model.ContactProperty('IntProp-1')

eractionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(

formulation=FINITE,directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,

pressureDependency=OFF,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

table=((0.3,),))

#設(shè)置接觸

model.SurfaceToSurfaceContactStd(name='Contact-1',createStepName='Step-1',

master='Master_Surface',slave='Slave_Surface',sliding=FINITE,

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

#更新模型

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(

name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.1,maxNumInc=1000,

nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.05,

continueDampingFactors=False,adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=30,

contactPrint=OFF,contactIncrementation=DEFAULT,contactStabilization=DEFAULT,

contactDamping=DEFAULT,contactAdaptation=DEFAULT,contactAdjust=DEFAULT,

contactClearance=DEFAULT,contactInitialization=DEFAULT,contactOutput=DEFAULT,

contactSearch=DEFAULT,contactTolerance=DEFAULT,contactConstraintEnforcementMethod=DEFAULT)9.1.4解釋上述代碼示例展示了如何在ABAQUS中設(shè)置接觸分析。首先，定義了一個(gè)接觸屬性IntProp-1，并設(shè)置了摩擦系數(shù)為0.3。然后，創(chuàng)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的面-面接觸Contact-1，其中Master_Surface和Slave_Surface是接觸對(duì)的兩個(gè)表面。最后，更新了分析步驟Step-1，以包含接觸分析的設(shè)置。9.2熱-結(jié)構(gòu)耦合分析熱-結(jié)構(gòu)耦合分析是ABAQUS中另一種高級(jí)功能，用于模擬溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。這種分析在熱機(jī)械工程、航空航天、電子封裝等領(lǐng)域中非常常見。9.2.1耦合類型單向耦合：熱分析的結(jié)果作為結(jié)構(gòu)分析的輸入。雙向耦合：熱分析和結(jié)構(gòu)分析相互影響，形成閉環(huán)。9.2.2耦合分析步驟定義材料屬性：包括熱導(dǎo)率、比熱容、熱膨脹系數(shù)等。設(shè)置熱邊界條件：如熱源、熱沉、對(duì)流等。設(shè)置結(jié)構(gòu)邊界條件：如固定、載荷等。定義耦合關(guān)系：通過ABAQUS的耦合分析功能，將熱分析和結(jié)構(gòu)分析鏈接起來。9.2.3示例：ABAQUS熱-結(jié)構(gòu)耦合分析設(shè)置#ABAQUS熱-結(jié)構(gòu)耦合分析設(shè)置示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#創(chuàng)建模型

model=mdb.models['Model-1']

#定義材料屬性

model.Material(name='Material-1')

model.materials['Material-1'].Density(table=((7.8e-9,),))

model.materials['Material-1'].Elastic(table=((200e3,0.3),))

model.materials['Material-1'].SpecificHeat(table=((470,),))

model.materials['Material-1'].Conductivity(table=((40,),))

#設(shè)置熱邊界條件

model.Temperature(name='TempBC-1',createStepName='Step-1',region=Region(

faces=model.parts['Part-1'].faces,side1Faces=ON),distributionType=UNIFORM,

field='',magnitude=300)

#設(shè)置結(jié)構(gòu)邊界條件

model.DisplacementBC(name='DispBC-1',createStepName='Step-1',region=Region(

nodes=model.rootAssembly.instances['Part-1-1'].nodes,nodesets=()),

u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,ur3=UNSET,amplitude=UNSET,

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

#定義耦合關(guān)系

model.CoupledTempDisplacementStep(name='Step-2',previous='Step-1',

description='',nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,

adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=30,initialInc=0.1,

minInc=1e-05,maxInc=1.0,deltmx=0.0,cetol=0.0,timePeriod=1.0,

nlgeom=ON,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,

stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,

adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=30,initialInc=0.1,

minInc=1e-05,maxInc=1.0,deltmx=0.0,cetol=0.0)9.2.4解釋此代碼示例展示了如何在ABAQUS中設(shè)置熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。首先，定義了材料Material-1的密度、彈性模量、比熱容和熱導(dǎo)率。然后，設(shè)置了熱邊界條件TempBC-1，將溫度設(shè)為300K。接著，設(shè)置了結(jié)構(gòu)邊界條件DispBC-1，固定了所有節(jié)點(diǎn)的位移。最后，定義了耦合分析步驟Step-2，其中包含了熱分析和結(jié)構(gòu)分析的耦合設(shè)置。通過這些高級(jí)功能，ABAQUS能夠提供更精確、更全面的仿真結(jié)果，幫助工程師和研究人員深入