数值模拟的基本步骤
（1）建立数学模型--基本守衡方程 （2）建立物理问题模型--前处理建模 （3）离散方程--选择离散方法和格式 （4）求解方程--选择求解算法 （5）编制、调试程序 （6）研究结果--后处理 （7）改进模型或提出指导方案
二维热传导
D C Conductivity = 52W/m/oC Film coefficient = 750W/m2/oC Boundary conditions: θ= 100oC C along AB Heat flux = 0 along DA Convection to ambient temperature of 0oC along BC and CD Objective: Find q at E Target solution: 18.3oC at E
ABAQUS /CAE 用户界面
1 可以用于建模、 管理和监控分析 过程，并进行结 果的可视化处理。 2 类似CAD，基 于部件装配实体 的概念 3 可以从其它系 统中导入模型或 网格。
求解器
ABAQUS/STANDARD|ABAQUS/EXPLICIT 为用户提供两种互补的分析工具。 ABAQUS/STANDARD是一个通用分析模 块，它能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。 ABAQUS/EXPLICIT采用显示动力学有限 元格式，适用于模拟短暂、瞬时的动态 事件，如冲击和爆炸问题。
1.0
E 0.5 y A x B 0.2
使用软件分析的优势
有限元软件的介绍
三种数值分析方法：有限元方法，有限 差分，有限体积方法 有限元分析是对结构力学分析迅速发展 起来的一种现代计算方法。 有限元分析软件目前最流行的有： ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比 较知名比较大的公司。
应用领域： 1. ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆 盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的 研究领域。 2. ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究， 致力于解决该领域的深层次实际问题。其强大 的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群 中得到了广泛的认可
ANSYS与ABAQUS的对比
有限元软件的对比
结构分析能力排名： ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名： ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名： ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名： ADINA，ABAQUS、ANSYS、MSC
ANSYS与ABAQUS的对比
d tan β 2 G = (0.1 ) + q 2 − p tan β 1 1 − tan β 3 由固结引起的蠕变应变率的计算势函数为
cr s
G = ( p − pa ) + R
cr s 2
2 q
ABAQUS蠕变模型蠕变律
ABAQUS内部使用两种蠕变律 （1）时间硬化的幂蠕变律，剪切蠕变 料的参数 （2）应变硬化的幂律模型
ABAQUS主要功能
复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾 驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题 模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡 胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可 压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材 料 其它工程问题： 热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、 岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及 压电介质分析。
ABAQUS蠕变模型
ABAQUS/Standard提供两种蠕变机理： （1）粘聚机理，属于剪切塑性失效型的 （2）固结机理，它在帽盖塑性条件下发生； 蠕变势函数决定了蠕变应变率，因此蠕变应变 率的计算需要先定义势函数。
ABAQUS蠕变模型势函数
修正的Drucker-Prager模型中的蠕变应变率为 剪切引起的应变率，由势函数决定
物理模型的构造 材料属性的设置 边界条件设置 分析步的设定 求解器的选择 蠕变模型的选择和参数估计 结果分析-后处理
谢谢指导！
求解器功能 （1）对于常规的线性问题，两种软件都可 以较好的解决，在模型规模限制、计算 流程、计算时间等方面都较为接近。 （2）ABAQUS软件在求解非线性问题时具 有非常明显的优势。其非线性涵盖材料 非线性、几何非线性和状态非线性等多 个方面。
综合性能对比
综合性能对比 1. ANSYS软件的命令流操作非常方便，对于结构 循环优化方面比较有优势，但目前还只是局限于线 性方面，非线性方面功能很差而且基本没有； 2. ABAQUS软件则在显式非线性方面有些特色，但隐 式非线性方面比不上ADINA，且不具备流体的功能 3. ADINA软件则在结构非线性及多物理场耦合方面 非常出色，是全球非线性功能最强大的有限元软件 之一，而且具有全球最好的流固耦合分析功能。
& cr = A(σ cr ) n t m ε
其中，A，n, m为蠕变材
1 cr m m +1
& cr = { A(σ cr ) n [(m + 1)ε ] } ε
由于蠕变率的复杂性和多样性，可以采用用户子程序 CREEP来定义蠕变率。
蠕变模型参数的选取
蠕变模型参数通常来源于实验或者实测 资料。 参数取值合理，则解答的问题准确的可 能性高；反之，结果的准确性就差一些。 可以根据实验曲线和数据进行拟合确定 参数的取值。
有限元软件的对比
ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司 收购了很多其他软件在旗下。 ABAQUS专注结构分析，目前没有流体模块。 MSC是比较老（1963）的一款软件目前更新速 度比较慢。 ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热 分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比 较晚市场还没有完全铺开。
1.0
E 0.5 A x B 0.2
D
冷却壁热性能模拟实施方案
1.0
二维非稳态传热模拟
E 0.5 A x B 0.2
冷却壁热性能模拟实施方案
二维稳态冷却壁模型传热模拟 二维非稳态冷却壁模型传热模拟 三维稳态传热模拟 三维稳态冷却壁模型传热模拟 三维非稳态冷却壁模型传热模拟 （蠕变）
冷却壁热性能模拟关键问题
在载荷作用下，混凝土、软岩及土都具有某 种程度的变形随时间逐渐增加的特性，即蠕 变特性。 ABAQUS/Standard的蠕变模型是与塑性模型 联系在一起的，可以通过定义蠕变流动势函 数及相应的曲线点数据来给定用户定义的蠕 变模型。 修正的Drucker-Prager模型中定义的蠕变行为 只有在进行土的固结、耦合的热变形分析时 才被激活。
软件分析的基本流程
开始 前处理 建模、 建模、划分网格 设置边界条件 解算器 求解控制方程、 求解控制方程、 输出结果 后处理 分析结果 结束
ABAQUS的组成
ABAQUS分析的主要过程
ABAQUS/CAE
ABAQUS/CAE (Complete ABAQUS Environment) 交互式图形环境 生成或输入将要分析模型 模型结构分解并划分网格 设置材料属性、载荷及边界条件 提交和、监视、控制分析作业 可视化分析结果
有限元分析软件ABAQUS介绍
内蒙古科技大学 数理生学院数学系 报告人：曹富军
内容简介
数值模拟方法介绍 有限元软件介绍 软件分析的基本流程 ABAQUS的主要功能和特征 ABAQUS的热固耦合分析功能 冷却壁热性能分析的关键因素及解决方案
也叫计算机模拟。它以电子计算机 为手段，通过数值计算和图像显示的方法， 达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类 问题研究的目的。 节约时间、成本
冷却壁热性能模拟实施方案
简单的二维稳态热传导分析
D C Conductivity = 52W/m/oC Film coefficient = 750W/m2/oC Boundary conditions: θ= 100oC C along AB Heat flux = 0 along DA Convection to ambient temperature of 0oC along BC and CD Objective: Find q at E Target solution: 18.3oC at E
ABAQUS求解器的特点
可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别 是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非 线性问题 Standard隐式算法（稳定，费用高） 当每一个求解增量步结束的时候，隐式的有限 元要解一组方程组。 Explicit显示方法（条件稳定，费用低） 并不需要求解方程组，通过动态方法推进增量 计算
ABAQUS主要功能
ABAQUS热固耦合分析
ABAQUS/Sandard的热分析功能： 静态的应力/位移分析 粘弹性/蠕变模型 瞬态或稳态热传导分析 热力耦合（顺序或完全耦合） ABAQUS/Explicit的热分析功能 带有或不带有绝热升温效应的显示动力 学响应 完全的热-固耦合分析
ABAQUS蠕变模型