ABAQUS介绍_带小例子

2. Abaqus 简介
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
选择模型的类别，有‘标准’及‘显式’ ， ‘计算流体力学’ ， ‘电磁场’
或者导入模型，如下图：
可以导入不同软件生成的模型，abaqus 的模型保存为 cae 格式
3.2.1 新建部件几何体
使用默认的空白模型，选择 part 模块，点击 CreatPart
弹出 creatpart 对话框，设置如图，然后 continue。 Name 是部件的名称； Modeling space 是要生成的几何体的类型，是 3 维立体， 2 维平面图形，或者轴对称，根据 不同的简化需要来确定，比如一个轴，就可以 选择轴对称，然后只需要画出旋转的界面就可 以，而不用整个 3 维建模 Type 分为可变形的，离散刚体，解析刚体等， 其中在任何力的作用下，体积和形状都不发 生改变的物体叫做刚体(Rigid body)，通常需 要定义一个参考点，这个点的运动就可代表整 个刚体的运动。 对于形状简单得刚体部件来说，解析刚体可以 比较准确得模拟零部件得几何形状，可以减小 计算代价；刚体零部件得几何形状比较复杂时， 就需要使用离散刚体了。离散刚体通常用于接 触分析中，类似与可变形体，可以模拟任何形 状的物体 Shape 定义该几何体是什么形状，实体，壳， 线，点，注意的是 space 不同，同样的形状得 到的形状性质不同，比如 3 维的点自由度比 2 维的点自由度多一个。 Type 定义该部件是通过何种方式生成，几何拉 伸，旋转，扫掠。比如长方体就通过拉伸长方 体的一个面得到。 Approximat size 部件近似大小，通过该尺寸生成合适大小的画布
矩形画好后，确认矩形正确，按 ESC 键，发现下方信息栏出现，如果此时确认截面 ok，点 击 Done，或者点击鼠标中键确认。
弹出拉伸属性对话框，这是因为我们新建 part 的时候，选择的 type 是 extrusion：设置如图， 拉伸 30mm，确认。 depth：这个截面拉伸的长度， options：扭转
显示方法（explicit） 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，简单来说，就是假设有一个炸弹爆炸的过程，将该 过程分成很多个时间增量步， 从初始炸弹只有一个点开始，根据增量步一步步递 推计算炸弹的冲击波膨胀的过程。 ABAQUS/Explicit 适用于求解复杂非线性动力学问题和准静态问题，特别是 模拟短暂、瞬时的动态时间，如冲击和爆炸问题。
矩形梁如图：按住 ctrl+shift，然后按住鼠标左键，可以旋转视角。
保存模型：保存为默认的 cae 格式，要养成经常保存的习惯。
3.2.2 设置材料属性
至此几何体建立完成，在 Module 列表中，选择 Property 模块。点击 creat material 按钮，如 图 create material 表示新建一个材料属性，当一个模型中包 含不同材料时，需要定义多个材料属性，同时通过 create material 旁边的 material manager 进行管理。
弹出 Edit section 对话框，在 material 选项中自动选择了上一步定义的材料属性 steel，ok 确 认。如果所建的模型是 2 维的板，还需要定义厚度。
点击 assign section 按钮
在下方的信息栏出现： （选择需要赋予截面的区域）
在窗口中点击我们所建的长方体，红色表示选中，然后点击 Done，或者单击鼠标中键。 Creat set 选项勾选表示，系统自动对我们所选择的区域建一个集合，并命名为 Set-1；
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 包括三个主要的分析模块： ABAQUS/Standard(通用求解器， 隐式求解)， ABAQUS/Explicit（显式） ，以及 ABAQUS/CFD（流体） ，分析模块的选择是通过定 义不同种类的 step（分析步）实现，这些模块求解通常是在后台进行的。 而我们常常看到的 abaqus 界面是 ABAQUS/CAE(Computer Aided Engineering)， ABAQUS/CAE 将各种功能模块（module）集成在一个窗口内，通过 ABAQUS/CAE 可 以方便地实现整个分析过程。
得到一张画布，在画布的左边有各种工具用来画各种图形，同时还有各种修改和约束工具。 通过滑动鼠标中键，可以放大缩小画面，同时按住 ctrl 和 shift，再按住鼠标中键，可以移动 画面。 前面我们选择了拉伸来生成长方体，因此在这个二维的画布上，需要画出拉伸的截面，点击 矩形，然 后窗口最下方的输入矩形的两个对角点， （100，-10） ，按 enter 确认，输入 （-100，10）enter 确认。如果画错了，可以通过得删除，或者 撤销；
材料特性设置如下图，弹性模量 210000Mpa，注意和 mm 对应的是 Mpa，泊松比 0.3，名称 为 steel。点击 Ok 确认。 Elastic 选项卡中 Type，选择各向同性
定义截面，点击 creat section 按钮，弹出创建材料截面对话框，设置如图，点击 continue 和材料属性一样， 同一个模型可以定义多个截面属性， 并通 过 section manager 来管理。矩形量是 3 维的梁，因此选择 实体，类型选择均匀。
3. 简单的算例 一个简单的矩形截面梁计算。
Abaqus 计算时是没有单位的， 因此输入的数值必须保证单位的一致性：
3.1 启动 abaqus
通过开始菜单，或者快捷方式打开 abaqus，如果不能打开，则需要重新启动 abaqus 证书。 如下，
3.2 新建分析模型
打开 abaqus，已经默认生成一个新的空白模型，可以直接进行操作，或者新建模型或导入 模型，必须保证至少有一个模型（model） 。
弹出 edit material 对话框，选择定义材料的弹性属性。 可 以 看 到 ， 在 edit material 对话框中， 材料可以定义弹性， 塑形， 失效形式， 粘 性等属性， 在 前 一 个 选 项 general 中还可以定 义材料的密度等属 性。 本算例中不考虑体 力， 所以没有设置密 度。
ABAQUS 入门教程
1. 什么是有限元
对于连续的实体，或者流体，如果形状，边界条件较复杂，是不能得到位 移或者应力应变的解析解的，因此提出了利用有限个单元（Finite Element）的 集合来离散（Discretize）表示结构的实际几何形状，如下图，该实体由六面体 单元和四面体单元(Element)组成，每一个单元代表这个实际结构的一个离散部 分。单元由节点构成，单元和单元之间通过共有的节点（Node）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） ， 可以很轻易地得到网格密度是和计算精度密切相关的，但是过密的网 格会导致庞大的计算量，因此需要根据情况合理确定网格尺寸。
成功赋予截面后的 part 是绿色。
3.2.3 装配Biblioteka 至此几何体建立完成，在 Module 列表中，选择 Assembly 模块。
点击 creat Instance（生成实体） ，弹出 create instance 对话框，设置如图： creat instance from： 从刚才创建的 parts 中生成实 体，在列表中选择部件。一个 模型中只包含一个装配件，它 可以由一个或多个部件实体 组成，同时一个部件也可以生 成多个实体，部件实体是部件 在装配件中的映射。部件修改， 部件实体也会自动更新 从已有的模型中导入 Instance 可以减少重复建模。 instance type： 非独立实体，多个部件实体对 应同一个部件时，只需对部件 划分一次网格即可。 独立实体，是对应部件的一个 复制，划分网格时可以同时显 示多个相邻的部件实体，便于 设定网格密度。
各种单元类型， 不同的单元类型适 用于不同的情况。
有限元求解方法：
隐式方法(Implicit) 由胡克定理得： F Kx 其中 F 代表力矩阵，K 为刚度矩阵，由每个单元的局部刚度矩阵结合得到， x 为位移矩阵， 代表每个节点的各个方向的位移。 隐式方法主要就是求解该方程。 位移法步骤如下： 1. 结构离散 2. 单元分析，形成单元刚度矩阵 3. 结构分析，形成总刚度矩阵（包含所有单元刚度矩阵） 4. 约束处理 5. 求解线性方程组，求得节点位移（求得所有节点的位移） 6. 根据节点位移求出各个单元的内力和应变 如下图所示，桁架及其离散化模型：
弹出 Edit Section Assignment 对话框，上一步我们选择了需要赋予截面的区域，这个对话框 选择对该区域赋予的截面属性，即我们创建的截面 Section-1.然后确认。如果 section 列表为
空， 没有选择， 很可能是上一步所创建的截面属性不能赋予给当前区域， 需要修改界面属性。
模块切换
ABAQUS/CAE 只是一个 GUI 界面，因此我们也可以通过 python 程序直接调用 各种模块，而不用打开 ABAQUS/CAE 界面进行求解计算。 Abaqus 求解流程 一个完整的 ABAQUS/Standard(隐式求解)或 ABAQUS/Explicit 分析过程， 通常由三个明确的步骤组成：前处理、分析计算和后处理。 使用 ABAQUS/CAE 一般步骤如下： 2.1 前处理 前处理即输入，定义所求物理问题的模型，输入所有已知信息，如几 何形状，单元类型和尺寸，网格类型等，以及材料属性，载荷，边界