关于ABAQUS的学习及总结

1.非线性分析

结构问题中存在着三种非线性来源：材料、几何和边界（接触）。这些因素的任意组合都可以出现在ABAQUS的分析中；

（1）几何非线性：发生在位移量值影响结构响应的情况下。这包括大位移和转动效应、突然翻转和载荷硬化；

（2）材料非线性：金属材料应变较大时产生屈服，材料响应变成非线性和不可逆的；

橡胶材料也近似看成非线性的、可逆的（弹性）响应的材料；应变率相关的材料参

数、材料失效都是材料非线性的表现方式；材料设定也可以是温度以及其他预先设

定的场变量的函数；

（3）边界非线性：边界条件随分析过程发生变化，就会产生边界非线性问题。例如结构变形过程中碰到障碍；板材材料冲压入磨具的过程等都是边界非线性问题。此外一大类问题接触问题也属于典型的边界非线性问题。

（4）ABAQUS非线性问题是利用牛顿－拉弗森方法（Newtown-Raphsion）来进行迭代求解的。非线性问题比线性问题所需要的计算机资源要高许多倍；

（5）非线性分析步被分为许多增量步。ABAQUS通过迭代，在新的载荷增量结束时近似地达到静力学平衡。ABAQUS在整个模拟计算中完全控制载荷的增量和收敛性；（6）状态文件（.sta）允许在分析运行时监控分析过程的进展。

(7)信息文件(.msg)包含了载荷增量和迭代过程的详细信息；

(8)在每个增量步结束时可以保存计算结果（结果文件.odb），这样结构响应的演化就可

以用ABAQUS/Post显示出来。计算结果也可以用x-y图的形式绘出。

2.单元

(1)单元族：单元名字里开始的字母标志着这种单元属于哪一个单元族。

C3D8I是实体单元；CPS4平面应力单元（二维实体单元）;S4R是壳单元；B31梁单元；刚体单元；CINPE4是无限元；

膜单元；特殊目的单元，例如弹簧，粘壶和质量；桁架单元。

(2)自由度dof（和单元族直接相关）：每一节点处的平动和转动

11方向的平动;22方向的平动;33方向的平动

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声压或孔隙压力

(3)轴对称单元:1r方向的平动;;2z方向的平动;6r-z方向的转动

(4)节点数：决定单元插值的阶数

(5)数学描述：定义单元行为的数学理论

(6)积分：应用数值方法在每一单元的体积上对不同的变量进行积分。大部分单元采用高斯积分方法计算单元内每一高斯点处的材料响应。单元末尾用字母“R”识别减缩积分单元，否则是全积分单元。

3.常用单元介绍

（1）实体单元：实体单元可在其任何表面与其他单元连接起来。

C3D:三维单元；CAX:无扭曲轴对称单元，模拟360的环，用于分析受轴对称载荷作用，具有轴对称几何形状的结构；CPE:平面应变单元，假定离面应变ε33为零，用力模拟厚结构；CPS:平面应力单元，假定离面应力σ33为零，用力模拟薄结构；

如果不需要模拟非常大的应变或进行一个复杂的，改变接触条件的问题，则应采用二次减缩

积分单元（CAX8R,CPE8R,CPS8R,C3D20R）；如果存在应力集中，则应在局部采用二次完全积分单元（CAX8,CPE8,CPS8,C3D20等）。对含有非常大的网格扭曲模拟（大应变分析），采用细网格划分的线性减缩积分单元（CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R等）；对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调元（CAX4I,CPE4I,CPS4I,C3D8I）的细网格划分。

(2)壳单元：可以模拟有一维尺寸（厚度）远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向的应力可以忽略的结构。

一般壳单元：S4R,S3R,SAX1,SAX2,SAX2T。对于薄壳和厚壳问题的应用均有效，且考虑了有限薄膜应变；

薄壳单元：STRI3,STRI35,STRI65,S4R5,S8R5,S9R5,SAXA。强化了基尔霍夫条件，即：垂直于壳中截面的平面保持垂直于中截面；

厚壳单元：S8R,S8RT。二阶四边形单元，在小应变和载荷使计算结果沿壳的跨度方向上平缓变化的情况下，比普通单元产生的结果更精确；

（3）梁单元：模拟一维尺寸（长度）远大于另外二维尺寸的构件，且只有长度方向上的应力比较显著。

对于包含接触的任何模拟，应使用一阶、剪切变形的梁单元（B21,B31）

如果结构刚度非常大或者非常柔软，在几何非线性模拟中应当使用杂交梁单元（B21H,B32H,等）

使用欧拉－伯努利（三次）梁单元（B23,B33）精度很高，可模拟承受分布载荷作用的梁，例如动态振动分析。如果横向剪切变形也很重要，要使用铁摩辛柯（二次型）梁单元（B22,B32）

模拟有开口薄壁横截面的结构，应当使用考虑了开口截面翘曲理论的梁单元（B31OS,B32OS）

（4）桁架单元（T）

只能承受拉伸和压缩载荷的杆，不能承受弯曲，模拟铰接框架结构，近似模拟线缆和弹簧。

（5）刚体单元（R）

没有独立的自由度。

4python语言

“同50年前有限元方法出现的时代相比，现在有了大量有效的计算力学软件。既然已经有了大家公认的很多优秀分析平台，研究者不应再奋力去开发具有竞争力的新软件了，而应当把精力放在基于这些平台进行二次开发的层面上。从科学技术共同体的角度去思考，这应当是如今计算力学软件研发的最佳策略。”

4.1简介

（1）是一种面向对象、直译式计算机程序设计语言，也是一种功能强大而完善的通用型语言，已经具有十多年的发展历史，成熟且稳定。这种语言具有非常简捷而清晰的语法特点，适合完成各种高层任务，几乎可以在所有的操作系统中运行。目前，基于这种语言的相关技术正在飞速的发展，用户数量急剧扩大，相关的资源非常多。

（2）“Python语言的创始人为Guido van Rossum。1989年圣诞节期间，在阿姆斯特丹，Guido为了打发圣诞节的无趣，决心开发一个新的脚本解释程序，做为ABC语言的一种继承。之所以选中Python（大蟒蛇的意思）作为程序的名字，是因为他是一个Monty Python 的飞行马戏团的爱好者。”