ABAQUS教材学习：入门手册.docx

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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解析软件之一,拥有
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。能够进行构造的静态与动向解析,如:应力、变形、振动、冲
击、热传达与对流、质量扩散、声波、力电耦合解析等;它拥有丰富的单元模型,如杆、梁、钢架、板壳、实体、无限体元等;能够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。
关于多部件问题,能够经过对每个部件定义适宜的材料模型,然后将它们组合成几何构形。关于大多数模拟,包括高度非线性问题,用户仅需要提供构造的几何形状、材料性能、边界条件、荷载工况等工程数据。在
非线性解析中,ABAQUS能自动选择适宜的荷载增量和收敛准那么,它不单能自动选择这些参数的值,而且在解析过程中也能不断调整这些参数值,
以保证获得精确的解答。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由两个主要的解析模块组成,ABAQUS/Standard和
ABAQUS/Explicit。前者是一个通用解析模块,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
拥有特意用途的解析模块,采用显式动力学有限元格式,它适用于模拟短暂、瞬时的动向事件,如冲击和爆炸问题,其他,它对办理改变接触条件的高度非线性问题也特别有效,比方模拟成型问题。
ABAQUS/CAE(CompleteABAQUSEnvironment)
它是ABAQUS的交互式图形环境。经过生成或输入将要解析构造的几何形状,并将其分解为便于网格划分的假设干地域,应用它能够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拥有对几何体划分网格的强大功能,并可查验所形成的解析模型。模型生成后,ABAQUS/CAE能够提交、监察和控制解析作业。而Visualization〔可视化〕模块能够用来显示获得的结果。

任何有限元模拟的第一步都是用一个有限元〔FiniteElement〕的会集
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来离散〔Discretize〕构造的实际几何形状,每一个单元代表这个实际构造的一个离散局部。这些单元经过共同节点〔Node〕来连接。节点与单元的会集称为网格〔Mesh〕。在一个特定网格中的单元数目称为网格密度〔MeshDensity〕。在应力解析中,每个节点的位移是ABAQUS计算的根本变量。一旦节点位移,每个单元的应力与应变便能够很容易求出。
使用隐式方法求解位移
如以下列图所示,桁架及其离散化模型。
图1-5所示为模型中每个节点的分别图。
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,比方应用在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。求解式经过动向方法
从一个增量步前推到下一个增量步获得的。
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二、ABAQUS基础
一个完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit解析过程,平时由三个明确的步骤组成:前办理、模拟计算和后办理。前办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,它平时今后台方式运行;完成模拟计
算获得根本变量后,便能够对计算结果进行评估,经过ABAQUS/CAE的可视化模块或其他后办理软件在图形环境下交互式进行。

一个解析模型最少包括以下信息:离散化的几何形体、单元截面特性
elementsectionproperties〕、材料数据、载荷和边界条件、解析种类和输出要求。下面分别做以介绍。

单元和节点定义了模型的根本几何形状。单元代表物理构造的离散部
分,好多单元依次相连组成了构造,单元间经过公共节点彼此相互联络,
模型的几何形状由节点坐标和节点所属单元的联络所确定。模型中所有单
元和节点的会集称为网格〔mesh〕。平时,网格只是实际构造几何形状的近
似表达。
网格中单元种类、形状、地址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,但用于解析计算的时间也会增加。平时,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正确程度。

后边几章会详细表达。

必须指定所有单元的材料特性。ABAQUS计算结果的有效性受材料数据的正确程度和范围的限制。

最常有的载荷形式包括:点载荷;外表压力载荷;体力,如重力;热
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载荷等。
应用边界条件能够使模型的某一局部受到拘束而保持固定〔零位移〕
或使其移动指定大小的位移值〔非零位移〕。没有拘束的刚体位移会致使刚度矩阵产生奇怪〔singularity〕〔刚度矩阵的行列式为零〕。在求解中,求解器发生问题,此时,ABAQUS/Standard将发出警告信息。应学会解读这些
错误信息。如果在静态应力解析时遇到警告信息“numericalsingularity〞〔数值奇怪〕或“zeropivot〞〔主元素为零〕,用户必须检查是否整个也许局部模型缺少限制刚体平动或转动的拘束。
在动向解析中,由于构造模型中的所有分别局部都拥有一定的质量,其惯性力可防备模型产生无限大的瞬时运动,因此,在动力解析中,求解
器的警告信息平时提示了某些其他的模拟问题,如过分塑性。

这里主要讲两种最常有的种类:静态〔static〕和动向〔dynamic〕应
力解析。静态解析获得的是外载荷作用下构造的长久相应。其他情况下,可能用户关心的是构造的动向响应。比方冲击对部件的影响,或在地震时建筑物的响应。

为了防备过多信息占用磁盘空间,用户可根据需要对输出数据进行限制。平时用ABAQUS/CAE等前办理工具来定义模型中必要的输出信息。


ABAQUS/CAE启动后,会出现StartSession对话框,选项含义:
CreateModelDatabase,开始一个新的解析;
OpenDatabase,翻开一个以前存储过的模型或输出数据库文件;RunScript,运行一个包含ABAQUS/CAE命令的文件;StartTutorial,从在线文档中启动指导教程。

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标题栏〔Titlebar〕
菜单栏〔Menubar〕
工具栏〔Toolbar〕
环境栏〔Contextbar〕
工具箱区〔Toolboxbar〕:显示某一功能模块相应的工具,竖放的那个。画布和作图区〔Canvasanddrawingarea〕视区〔Viewport〕
提示区〔Promptarea〕:提示下一步的工作。
信息区〔Messagearea〕,或命令行接口〔Commandlineinterface〕,经过下面两个按钮就行二者间的切换。

每一个模块〔module〕只包含与模拟作业的某一指定局部相关的一些工具,如Mesh模块,Job模块等。如以下列图所示。
用户能够从上图环境栏的Module〔模块〕列表中选择各个模块。列表中模块次序与创立一个解析模型应按照的逻辑次序是一致的。大多数情况
下,用户必须按照这个次序来完成模拟作业。比方,用户在生成Assembly〔装配件〕前必须先生成Part〔部件〕。ABAQUS/CAE也允许用户在任何时刻选择任一个模块进行工作,而无需顾及模型的当前状态。下面对各个
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模块进行的模拟任务做一简单介绍。
Part〔部件〕:
用于创立各个独立的部件。
Property〔特性〕
用户能够定义截面和材料,并将它们赋予〔assign〕部件的某一局部。
Assembly〔装配〕
创立部件的实例,并将这些实例相关于其他部件定位在总体坐标系中,这样就组成了装配件。
Step〔解析步〕
生成和组成解析步骤,并与输出需求联系起来。解析步序列为实现模
拟过程的变化〔如载荷和边界条件的变化〕提供了方便途径。根据需要,在解析步之间能够改变输出变量。
Interaction〔相互作用〕
能够指定模型各地域之间也许模型的一个地域与周围地域之间在热学
和力学上的相互作用,一个例子就是两个外表之间的接触。其他能够定义
的相互作用包括拘束,比方绑定〔tie〕,方程〔equation〕和刚体〔rigidbody〕拘束。除非在相互作用模块中指定接触,否那么ABAQUS/CAE不会自动鉴别部件实体之间或一个装配件的各地域之间的力学接触关系。在一个装配件
中,仅指定外表之间某各种类的相互作用,关于描述两个外表的实际凑近程度实不够的。相互作用与解析步相关,这意味着用户必须规定相互作用是在哪些解析步中起作用。
Load〔载荷〕
指定载荷、边界条件和场变量。载荷和边界条件与解析步相关,这意
味着用户必须指定载荷和边界条件在哪些解析步中起作用。某些场变量与解析步相关,而其他的场变量只是作用于解析的开始阶段。
Mesh〔网格〕
进行网格划分。包含为装配件创立有限元网格剖分的工具。利用所提供的各个层次上的自动剖分和控制工具,用户能够生成知足自己要求的网格。
⑻Job〔作业〕
生成〔create〕一个作业并提交进行解析计算。一旦完成了所有定义模型的任务,用户便能够用Job模块解析计算模型。作业模块允许用户交互地提交解析作业并监控其过程。多个模型和运算能够同时被提交并进行监控。
Visualization〔可视化〕
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察看解析结果。提供了有限元模型和解析结果的图形显示。经过Step模块能够更正输出需求,用户能够控制写入输出数据库中的信息。
Sketch〔草图〕
它是二维轮廓图形,用来帮助形成几何形状,定义ABAQUS/CAE可识其他部件。应用该模块创立草图,定义平面部件、梁、剖面,也许创立
一个草图,然后经过拉伸、扫掠也许旋转等方式将其形成三维部件。
在Module列表中选择一个模块,将使菜单栏、工具栏和环境栏发生变化,以反响当前模块的功能。

一般地,计算一个模型地过程如下:

在开始定义一个模型以前,需要确定所采用的单位系统。ABAQUS没有固定地单位系统,所有地输入数据必须指定一致性的单位系统。该手册
均采用SI单位系统〔国际单位制,米制体系〕。如果用户工作在标记“USUnit〞的单位系统,必须小心其密度的单位,在材料性质的手册中给出的密度往往是与重力加速度相乘后的值。某些常用的一致性单位系统列于下表。

应用Part〔部件〕模块创立解析模型的每个部件。部件定义了模型各局部的几何形体,因此,它们是创立ABAQUS/CAE模型的根本构件。
当部件创立后,仍可对其进行编写和重新命名,但是其模拟空间
modelingspace〕、种类〔type〕、也许根本种类〔basefeature〕不能改变。键入对话框底部在Approximatesize域内的这个参照值,设定了新部