ABAＱＵS教材:入门使用手册一、前言ABAQUS就是国际上最先进得大型通用有限元计算分析软件之一,具有惊人得广泛得模拟能力、它拥有大量不同种类得单元模型、材料模型、分析过程等、可以进行结构得静态与动态分析,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;它具有丰富得单元模型,如杆、梁、钢架、板壳、实体、无限体元等;可以模拟广泛得材料性能,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得材料模型,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得几何形状、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能自动选择合适得荷载增量与收敛准则,它不仅能自动选择这些参数得值,而且在分析过程中也能不断调整这些参数值,以确保获得精确得解答、用户几乎不必去定义任何参数就能控制问题得数值求解过程。
1、１AＢAQＵＳ产品ABＡQＵＳ由两个主要得分析模块组成,ABAQUＳ/Ｓtandaｒd与ＡB ＡQＵS/Explｉｃit。
前者就是一个通用分析模块,它能够求解广泛领域得线性与非线性问题,包括静力、动力、构件得热与电响应得问题。
后者就是一个具有专门用途得分析模块,采用显式动力学有限元格式,它适用于模拟短暂、瞬时得动态事件,如冲击与爆炸问题,此外,它对处理改变接触条件得高度非线性问题也非常有效,例如模拟成型问题。
ABAQＵS/CAE(ｐlete ABAＱUS Ｅnvirｏnmeｎt)它就是ＡBAQUS得交互式图形环境、通过生成或输入将要分析结构得几何形状,并将其分解为便于网格划分得若干区域,应用它可以方便而快捷地构造模型,然后对生成得几何体赋予物理与材料特性、荷载以及边界条件、ABAQＵS/CＡＥ具有对几何体划分网格得强大功能,并可检验所形成得分析模型。
模型生成后,AＢＡQUＳ/CAE可以提交、监视与控制分析作业。
而Visualizatiｏｎ(可视化)模块可以用来显示得到得结果、1。
２有限元法回顾任何有限元模拟得第一步都就是用一个有限元(Ｆinite Eleｍeｎt)得集合来离散(Discrｅtｉze)结构得实际几何形状,每一个单元代表这个实际结构得一个离散部分。
这些单元通过共同节点(Noｄe)来连接、节点与单元得集合称为网格(Mesh)。
在一个特定网格中得单元数目称为网格密度(Mesh Density)。
在应力分析中,每个节点得位移就是ABAQUS计算得基本变量。
一旦节点位移已知,每个单元得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得分离图。
根据内力、材料性能与位移得关系,列出每个节点得平衡方程,这些平衡方程需要同时进行求解以获得每个节点得位移。
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得应力。
显示方法与隐式方法不同,例如应用在ＡBＡQＵＳ/Exｐlｉｃit中得显示方法,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得、二、ABAＱUＳ基础一个完整得ABAQUＳ／Ｓｔanｄard或ABAＱＵS/Eｘpliｃiｔ分析过程,通常由三个明确得步骤组成:前处理、模拟计算与后处理。
前处理阶段需要定义物理问题得模型,并生成一个ABAQUS输入文件,使用ABAQＵＳ／CＡE或其她软件完成;模拟计算阶段使用ABAQＵＳ/Ｓｔanｄard或AＢAQUS/Ｅxpｌicｉｔ求解输入文件中所定义得数值模型,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得可视化模块或其她后处理软件在图形环境下交互式进行。
2、１ＡBＡＱUS分析模块得组成一个分析模型至少包括以下信息:离散化得几何形体、单元截面特性(ele ｍent seｃtｉon proｐertiｅs)、材料数据、载荷与边界条件、分析类型与输出要求。
下面分别做以介绍、２、1、１离散化得几何形体单元与节点定义了模型得基本几何形状。
单元代表物理结构得离散部分,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,模型得几何形状由节点坐标与节点所属单元得联结所确定。
模型中所有单元与节点得集合称为网格(mｅｓh)。
通常,网格只就是实际结构几何形状得近似表达。
网格中单元类型、形状、位置与所有单元得总数都会影响模拟计算得结果。
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,但用于分析计算得时间也会增加、通常,数值计算就是所模拟物理问题得近似解,近似程度取决于模型得几何形状、材料特性、边界条件与载荷对物理问题描述得准确程度。
2、１。
２单元特性后面几章会详细讲述。
2、1、3 材料数据必须指定所有单元得材料特性、ABAQUS计算结果得有效性受材料数据得准确程度与范围得制约。
2、1。
4 载荷与边界条件最常见得载荷形式包括:点载荷;表面压力载荷;体力,如重力;热载荷等。
应用边界条件可以使模型得某一部分受到约束而保持固定(零位移)或使其移动指定大小得位移值(非零位移)。
没有约束得刚体位移会导致刚度矩阵产生奇异(ｓinguｌarity)(刚度矩阵得行列式为零)、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。
如果在静态应力分析时遇到警告信息“ｎumeriｃalｓｉngulａｒｉｔy”(数值奇异)或“zeｒo pivoｔ”(主元素为零),用户必须检查就是否整个或者部分模型缺少限制刚体平动或转动得约束。
在动态分析中,由于结构模型中得所有分离部分都具有一定得质量,其惯性力可防止模型产生无限大得瞬时运动,因此,在动力分析中,求解器得警告信息通常提示了某些其她得模拟问题,如过度塑性。
2。
1、5 分析类型这里主要讲两种最常见得类型:静态(statｉc)与动态(dｙｎamｉc)应力分析、静态分析获得得就是外载荷作用下结构得长期相应。
其她情况下,可能用户关心得就是结构得动态响应。
例如冲击对部件得影响,或在地震时建筑物得响应、2、1、6输出要求为了避免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、通常用ABＡＱＵS／CAＥ等前处理工具来定义模型中必要得输出信息。
2。
２ABAQUS/CAＥ简介２、2、１启动ABAＱＵS/CAEAＢAQUS/CＡＥ启动后,会出现StaｒｔSessiｏn对话框,选项含义: CrｅatｅＭoｄｅｌDatabａｓe,开始一个新得分析;Open Ｄａtabａse,打开一个以前存储过得模型或输出数据库文件;RｕｎScript,运行一个包含ABＡQUS/ＣAE命令得文件;Stａｒt Ｔｕtｏrial,从在线文档中启动辅导教程。
2、２、2主窗口得组成部分标题栏(Tｉtｌｅbaｒ)菜单栏(Mｅnu bar)工具栏(Ｔooｌbaｒ)环境栏(Contextｂaｒ)工具箱区(Tｏolboｘｂar):显示某一功能模块相应得工具,竖放得那个。
画布与作图区(Cａｎvas and drawｉng areａ)视区(Viｅwport)提示区(Prｏｍpt area):提示下一步得工作。
信息区(Mｅssａｇe areａ),或命令行接口(mand ｌine iｎｔeｒｆace),通过下面两个按钮就行二者间得切换。
2。
2、3 什么就是功能模块每一个模块(module)只包含与模拟作业得某一指定部分相关得一些工具,如Ｍｅsh模块,Ｊoｂ模块等。
如下图所示。
用户可以从上图环境栏得Mｏdule(模块)列表中选择各个模块。
列表中模块次序与创建一个分析模型应遵循得逻辑次序就是一致得。
大多数情况下,用户必须遵循这个次序来完成模拟作业、例如,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,而无需顾及模型得当前状态、下面对各个模块进行得模拟任务做一简单介绍、⑴Part(部件):用于创建各个独立得部件。
⑵Ｐroperty(特性)用户可以定义截面与材料,并将它们赋予(assｉgn)部件得某一部分。
⑶Asｓｅｍblｙ(装配)创建部件得实例,并将这些实例相对于其她部件定位在总体坐标系中,这样就构成了装配件。
⑷Steｐ(分析步)生成与构成分析步骤,并与输出需求联系起来。
分析步序列为实现模拟过程得变化(如载荷与边界条件得变化)提供了方便途径。
根据需要,在分析步之间可以改变输出变量。
⑸Ｉnteraction(相互作用)可以指定模型各区域之间或者模型得一个区域与周围区域之间在热学与力学上得相互作用,一个例子就就是两个表面之间得接触。
其她可以定义得相互作用包括约束,例如绑定(tie),方程(equation)与刚体(rigid body)约束。
除非在相互作用模块中指定接触,否则AＢAQUS／CAE不会自动识别部件实体之间或一个装配件得各区域之间得力学接触关系、在一个装配件中,仅指定表面之间某种类型得相互作用,对于描述两个表面得实际接近程度实不够得。
相互作用与分析步相关,这意味着用户必须规定相互作用就是在哪些分析步中起作用。
⑹Loaｄ(载荷)指定载荷、边界条件与场变量。
载荷与边界条件与分析步有关,这意味着用户必须指定载荷与边界条件在哪些分析步中起作用。
某些场变量与分析步有关,而其她得场变量仅仅作用于分析得开始阶段、⑺Mesh(网格)进行网格划分。
包含为装配件创建有限元网格剖分得工具。
利用所提供得各个层次上得自动剖分与控制工具,用户可以生成满足自己要求得网格、⑻Joｂ(作业)生成(cｒｅaｔe)一个作业并提交进行分析计算。
一旦完成了所有定义模型得任务,用户便可以用Joｂ模块分析计算模型。
作业模块允许用户交互地提交分析作业并监控其过程。
多个模型与运算可以同时被提交并进行监控、⑼Viｓuａｌizａtion(可视化)观察分析结果。
提供了有限元模型与分析结果得图形显示。
通过Step 模块可以修改输出需求,用户可以控制写入输出数据库中得信息、⑽Ｓketch(草图)它就是二维轮廓图形,用来帮助形成几何形状,定义ABAQUＳ/CAE可识别得部件。
应用该模块创建草图,定义平面部件、梁、剖面,或者创建一个草图,然后通过拉伸、扫掠或者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、工具栏与环境栏发生变化,以反映当前模块得功能、２、3 有关例题得学习思考一般地,计算一个模型地过程如下:2、3。
1 单位系统在开始定义一个模型之前,需要确定所采用得单位系统、AＢAＱＵS没有固定地单位系统,所有地输入数据必须指定一致性得单位系统、该手册均采用ＳI单位系统(国际单位制,米制体系)。