文档介绍：ABAQUS教材:入门使用手册
一、前言
ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一,具有惊人的广泛的模拟能力。它拥有大量不同种类的单元模型、材料模型、分析过程等。可以进行结构的静态与动态分析,如:应力、变形、振动、冲击、热传递与对流、质量扩散、声波、力电耦合分析等;它具有丰富的单元模型,如杆、梁、钢架、板壳、实体、无限体元等;可以模拟广泛的材料性能,如金属、橡胶、聚合物、复合材料、塑料、钢筋混凝土、弹性泡沫,岩石与土壤等。
对于多部件问题,可以通过对每个部件定义合适的材料模型,然后将它们组合成几何构形。对于大多数模拟,包括高度非线性问题,用户仅需要提供结构的几何形状、材料性能、边界条件、荷载工况等工程数据。在非线性分析中,ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛准则,它不仅能自动选择这些参数的值,而且在分析过程中也能不断调整这些参数值,以确保获得精确的解答。用户几乎不必去定义任何参数就能控制问题的数值求解过程。
ABAQUS产品
ABAQUS由两个主要的分析模块组成,ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。前者是一个通用分析模块,它能够求解广泛领域的线性和非线性问题,包括静力、动力、构件的热和电响应的问题。后者是一个具有专门用途的分析模块,采用显式动力学有限元格式,它适用于模拟短暂、瞬时的动态事件,如冲击和爆炸问题,此外,它对处理改变接触条件的高度非线性问题也非常有效,例如模拟成型问题。
ABAQUS/plete ABAQUS Environment)
它是ABAQUS的交互式图形环境。通过生成或输入将要分析结构的几何形状,并将其分解为便于网格划分的若干区域,应用它可以方便而快捷地构造模型,然后对生成的几何体赋予物理和材料特性、荷载以及边界条件。ABAQUS/CAE具有对几何体划分网格的强大功能,并可检验所形成的分析模型。模型生成后,ABAQUS/CAE可以提交、监视和控制分析作业。而Visualization(可视化)模块可以用来显示得到的结果。
有限元法回顾
任何有限元模拟的第一步都是用一个有限元(Finite Element)的集合来
离散(Discretize)结构的实际几何形状,每一个单元代表这个实际结构的一个离散部分。这些单元通过共同节点(Node)来连接。节点与单元的集合称为网格(Mesh)。在一个特定网格中的单元数目称为网格密度(Mesh Density)。在应力分析中,每个节点的位移是ABAQUS计算的基本变量。一旦节点位移已知,每个单元的应力与应变就可以很容易求出。
使用隐式方法求解位移
如下图所示,桁架及其离散化模型。
图1-5所示为模型中每个节点的分离图。
根据内力、材料性能和位移的关系,列出每个节点的平衡方程,这些平衡方程需要同时进行求解以获得每个节点的位移。求解采用矩阵形式。一旦位移求出后,就能利用位移返回计算出桁架单元的应力。
显示方法与隐式方法不同,例如应用在ABAQUS/Explicit中的显示方法,并不需要求解一套方程组或计算整体刚度矩阵。求解式通过动态方法从一个增量步前推到下一个增量步得到的。
二、ABAQUS基础
一个完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit分析过程,通常由三个明确的步骤组成:前处理、模拟计算和后处理。前处理阶段需要定义物理问题的模型,并生成一个ABAQUS输入文件,使用ABAQUS/CAE或其他软件完成;模拟计算阶段使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解输入文件中所定义的数值模型,它通常以后台方式运行;完成模拟计算得到基本变量后,就可以对计算结果进行评估,通过ABAQUS/CAE的可视化模块或其他后处理软件在图形环境下交互式进行。
ABAQUS分析模块的组成
一个分析模型至少包括以下信息:离散化的几何形体、单元截面特性(element section properties)、材料数据、载荷和边界条件、分析类型和输出要求。下面分别做以介绍。
离散化的几何形体
单元和节点定义了模型的基本几何形状。单元代表物理结构的离散部分,许多单元依次相连组成了结构,单元间通过公共节点彼此相互联结,模型的几何形状由节点坐标和节点所属单元的联结所确定。模型中所有单元和节点的集合称为网格(mesh)。通常,网格只是实际结构几何形状的近似表达。
网格中单元类型、形状、位置和所有单元的总数都会影响模拟计算的结果。一般说来,网格密度越高(网格中单元数量越多),计算结果越精确,但用于分析计算的时间也会增加。通常,数值计算是所模拟物理问题的近似解,近似程度取决于模型的几何形状、材料特性、边界条件和载荷对物理问题描述的准确程