ABAQUS基础与理论

ABAQUS Knowledge
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有限单元和刚性体是ABAQUS模型的基本构件。有限元可变形的，而刚性体 在空间运动不改变形状。 刚性体比变形体的优越性在于对刚性体运动的完全描述只需要在一个参考点 上的最多6个自由度。相比之下，可变形的单元拥有许多自由度，需要昂贵的 单元计算才能确定变形。 自由度（dof）是在分析中计算的基本变量。对于应力/应变模拟，自由度是在 每一节点处的平移。在ABAQUS中使用的关于自由度的顺序约定如下： 1——1方向平移；2——2方向平移；3——3方向平移；4——绕1轴的转动； 5——绕2轴的转动；6——绕3轴的转动；7——开口截面梁单元的翘曲；8— —声压、孔隙压力或静水压力；9——电势；11——实体单元的温度（或质量 扩散分析中的一化浓度），或者在梁和壳的厚度上的第一点的温度；12+—— 在梁和壳厚度上其他点的温度（继续增加自由度）。 ABAQUS仅在单元节点处计算位移、转动、温度和其它自由度。在单元内的 任何其它点处的位移是由节点位移插值获得的。通常插值的阶数由单元采用 的节点数目决定。
ABAQUS-interaction
• 在Interaction模块中，用户可以指定模型各区域之间或者模型的一个区域与周 围区域之间在热学和力学上的相互作用，如两个表面之间的接触。其他可以 定义的相互作用包括约束，诸如绑定（tie）、方程（equation）和刚体（rigid body）约束。除非在相互作用模块中制定接触，否则ABAQUS/CAE不会自动 识别部件实体之间或一个装配体的各区域之间的力学接触关系。在一个装配 件中，仅制定表面之间某种类型的相互作用，对于描述两个表面的实际接近 程度是不够的。 相互作用于分析步有关，这意味着用户必须规定相互作用在那些分析步中起 作用。
• ABAQUS/Standard（通用程序）；ABAQUS/Explicit（显式积分）； ABAQUS/Post（后处理）；ABAQUS/Aqua（波动载荷）；ABAQUS/USA(水下 冲击分析） • 技术支持工程师将会从模型描述和错误信息量方面诊断问题。
ABAQUS-Shortcut
• • Alt+对应字母 选择操作-按住Alt键不放，继续选择； 反选-在ABAQUS 快捷键操作模式下，Shift+左键为选取；Ctrl+左键反选。
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HISTORY OUTPUT选项，为模型的选定部分存储一个更为详尽的输出设置。 伪应变能是用以控制沙漏变形的能量，输出变量ALLAE是累加的伪应变能。 因为在板变形时，能量在塑性变形中耗散，总的内能远远大于单独的弹性应 变能。所以，分析中最有意义的是将伪应变能与包括耗散能和弹性应变能的 能量值相比较。后者是总应变能ALLIE，它是所有内能的数量和。伪应变能 约为总应变能的1%，说明沙漏不是一个问题。
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ABAQUS/Exlicit
• 在分析过程中，ABAQUS/Explicit可能不能正确使用用户定义的材料数据，为 了有效性，所有以表格形式给出的材料数据将自动地被规则化。在每一个材 料计算点上，材料状态必须通过插值确定，为了计算效率，ABAQUS/Explicit 用等距分布的点组成曲线拟合用户定义的曲线。这些规则化的材料曲线是在 分析中的材料数据。理解在分析中所用的规则化的材料曲线与输入文件中给 定的曲线间可能存在的差距是很重要的。 ABAQUS/Explicit试图用足够多的间隔使得规则化数据与用户定义数据之间的 最大误差小于3%。 为了获得材料响应，ABAQUS/Explicit在规则化数据点之间线性插值，并假定 在输入数据定义的范围之外响应为常数。 除非是平面应力情况，在ABAQUS/Explicit中假设材料完全不可压缩是不可能 的，因为在每个材料计算点上的程序没有施加这种约束的机制。
ABAQUS
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ABAQUS
• ABAQUS/Standard提供了通用的分析能力，如应力和变形、热交换、质量传 递等；ABAQUS/Explicit应用对时间进行显式积分的动态模拟，提供了应力/ 变形分析的能力（这种显式积分的应用使得ABAQUS/Explicit为处理复杂接触 条件的问题提供了强有力的工具，例如在加工过程中经常发生的冲压和锻压 ）。
ABAQUS-输出文件
• 从一个ABAQUS分析中可以输出4种类型的数据：1.结果输出保存在一个中间 二进制文件中，由ABAQUS/CAE应用于后处理。这个文件称为ABAQUS输出 数据库文件，文件后缀为.odb；2.结果以打印列表的形式输到ABAQUS数据（ .dat）文件中。仅在ABAQUS/Standard有输出数据文件的功能；3.重启动数据 应用于继续分析过程，输出在ABAQUS重启动（.res）文件中；4.结果保存在 一个二进制文件中，用于第三方软件进行后处理，写入到ABAQUS结果（.fil ）文件。 .sta——状态文件，该文件包括了分析进程的简单总结。
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ABAQUS/Exlicit-Contact
• • • 当物体进行接触的时候，它们相互之间会产生法向压力和摩擦剪切力。接触 分析的目的就是精确地确定模型的接触面积和由于摩擦引起的应力。 接触与大多数约束的区别在于接触时不连续的，也就是说，只有在物体接触 的时候才能引入接触约束。 ABAQUS/Explicit的接触模型是基于一个表面与另一个表面发生接触的概念。 一旦物体间接触时，需要定义表面相互作用的性能，例如摩擦系数。另一个 选项是定义“点焊接”，它的刚度可以不断减弱，直至破坏，引起接触面脱 离。
Rigid body
• A rigid body is a collection of nodes, elements, and/or surfaces whose motion is governed by the motion of a single node, called the rigid body reference node. The relative positions of the nodes and elements that are part of the rigid body remain constant throughout a simulation. Therefore, the constituent elements do not deform but can undergo large rigid body motions. The mass and inertia of a rigid body can be calculated based on contributions from its elements or can be assigned specifically. Analytical surfaces can also be made part of the rigid body, whereas any surfaces based on the nodes or elements of a rigid body are associated automatically with the rigid body. The motion of a rigid body can be prescribed by applying boundary conditions at the rigid body reference node. Loads on a rigid body are generated from concentrated loads applied to nodes and from distributed loads applied to elements that are part of the rigid body. Rigid bodies interact with the remainder of the model in several ways. Rigid bodies can connect at the nodes to deformable elements, and surfaces defined on rigid bodies can continue on these deformable elements, provided that compatible element types are used. Rigid bodies can also be connected to other rigid bodies by connector elements (see “Connectors: overview,” Section 28.1.1). Surfaces defined on rigid bodies can contact surfaces defined on other bodies in the model.
ABAQUS
• 输入文件是由一定数量的选项块组成，并包括对模型局部数据的说明。每一 选项块开始时都有一行关键字行，然后通常紧跟一行或多行数据行。每一行 不能超过132个字符。
关键字（或选项块）通常由一个星 号（*）开始。如 *NODE是确定节 点坐标的关键字。
ABAQUS— •
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Rigid body
• A rigid body reference node has both translational and rotational degrees of freedom and must be defined for every rigid body. If the reference node has not been assigned coordinates, Abaqus will assign it the coordinates of the global origin by default. Alternatively, you can specify that the reference node should be placed at the center of mass of the rigid body. In fully coupled temperature-displacement analysis where a rigid body is considered as isothermal, a single temperature degree of freedom describing the temperature of the rigid body exists at the rigid body reference node. The rigid body reference node: can be connected to mass, rotary inertia, capacitance, or deformable elements; cannot be a rigid body reference node for another rigid body； can have a temperature degree of freedom if the body is an isothermal rigid body.