abaqus软件在汽车领域应用的特点_行业解决方案

ABAQUS 软件在汽车领域应用的特点一 总体介绍美国 ABAQUS 软件公司成立于 1978 年，总部位于美国罗德岛博塔市，专门从事非线性 有限元力学分析软件 ABAQUS 的开发与维护。

公司总部雇员四百余人， 其中近 90 人具有工程或计算机博 士学位，近 60 人具有硕士学位，被公认为世界上最大且最优 秀的固体力学研究团体。

ABAQUS 软件已被全球工业界广泛接受， 并拥有世界最大 的非线性力学用户群。

随着研究水平提高所引发的对高水平分 析工具需求的加强，ABAQUS 软件在各行业用户群中所占据 的地位也越来越突出。

汽车行业是 ABAQUS 软件的一个重要应用领域。

目前 BMW、GM、HONDA、PSA、 FORD、Volkswagen、PORSCHE、TOYOTA、MERCEDES-BENZ 等世界知名的汽车公司都 是 ABAQUS 软件的重要用户。

在国内，上海大众、长春一汽、泛亚、 、奇瑞、延锋江森、 富奥江森等均是 ABAQUS 软件的重 点用户。

ABAQUS 一直致力于非线性有限 元分析，汽车领域是有限元应用非常 广泛和深入的一个工业领域，对非线 性有限元也有较高的要求。

在汽车的 非线性分析要求比较高的几个领域， ABAQUS 都有广泛的应用。

发动机、 轮胎和汽车碰撞是其中非线性问题比较集 中的汽车子系统或整车系统， ABAQUS 在 这些领域都有广泛的客户群体，并且在很 多方面都已经成为非线性分析的标准软 件。

发动机行业的 GM、FORD、BMW、 FAW 等 ， 轮 胎 行 业 的 Bridgestone, Continental, Cooper, Goodyear, Hankook, Kumho, Michelin, Nokian, Pirelli, Sumitomo, Toyo, Yokohama 等。

2002 年 5 月成立的 ABAQUS 公司北京代表处是 ABAQUS 公司在大中国地区的分支机 构，全面负责 ABAQUS 软件在中国的推广，以及软件的技术服务工作。

随着软硬件技术的 不断发展，ABAQUS 公司的业务也持续发展，2002 年增长 11%，2003 年增长 18%。

ABAQUS 是一个技术型的公司，对技术的巨大投入，使它始终走在结构力学研究和软 件化领域的前沿。

它良好的品质和服务得到业界的广泛认可，这是 ABAQUS 保持稳定增长 的稳固基石。

ABAQUS 中国办事处沿承了 ABAQUS 公司的一贯风格，其中技术人员在公司中的比例 更是超过了 50%。

形成了以博士、硕士领军的技术服务队伍，致力于为客户提供最佳的技 术支持与技术服务。

二 ABAQUS 软件产品的性能特点1 人机交互界面ABAQUS/CAE 是 ABAQUS 公司新近开发的 ABAQUS 软件的前后处理系统，它汲取了 三维 CAD 软件的优点，同时与 ABAQUS 求解器紧密结合。

ABAQUS/CAE 具有以下的特点：zzz zz z现代的 windows 风格的软件 界面， 具有良好的人机交互特 性； 现代三维 CAD 造型软件的建 模方式， 直接考虑部件之间的 装配关系； 参数化建模方法， 便于修改设 计，寻找最佳的设计方案； 强大的模型管理手段， 为各种 复杂实际工程问题的建模和 仿真提供了方便； 独有的接触模块， 可以方便地 为实际工程中的各种接触问题建模； 全面支持从零件级到系统级的分析，使结构的模拟过程在统一的平台下实现。

2 求解器性能ABAQUS 可以方便的处理各种线性和非线性问题， 包括机构运动的模拟。

对于线性问题，从最简单的零部件到目前最大的模 型，ABAQUS 都可以非常容易的处理。

对于非线性问题，ABAQUS 软件具有非常明显的优 势。

其非线性处理功能涵盖材料非线性、几何非线性和 接触非线性等各种非线性问题。

ABAQUS/Standard 是一个通用分析模块，它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括 结构的静态、 动态、 热和电响应等。

对于通常同时发生作用的几何、 材料和接触非线性问题， ABAQUS 采用自动控制技术处理。

ABAQUS 拥有 CAE 工业领域最为广泛的材料模型，它 可以模拟绝大部分工程材料的线性和非线性行为， 而且材料可以和单元任意的组合， 用于任 何合适的分析类型。

ABAQUS/Explicit 是一个显式动力学分析模块， 它利用显示积分技术求解动力学方程。

该模块适合于 分析如碰撞、冲击和爆炸这样短暂、瞬时的动态事件。

同时，对高度非线性问题的处理也非常有效，包括模 拟加工成形过程中接触条件改变的问题。

由 于 ABAQUS/Standard( 通 用 程 序 ) 和 ABAQUS/Explicit(显式积分)同为 ABAQUS 公司的产 品，它们之间的数据传递非常方便，可以很容易地考 虑静力和动力相结合的情况。

ABAQUS 软件的求解器是智能化的求解器，可以 处理其它软件不容易收敛的非线性问题。

ABAQUS 软 件的计算收敛速度较快， 而且收敛过程和计算参数均可以由求解器自动控制， 因此更加容易 操作和使用。

综合起来，ABAQUS 软件具有： 比其他通用有限元软件更多的单元种类，单元种类达 562 种，提供了更多的选择余 地，并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。

除常规结构外，可以方便地 模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为； z 更多的材料模型，包括材料的本构关系和失效准则等，仅橡胶材料模型就达 16 种。

除常规的金属弹塑性材料外，还可以有效地模拟高分子材料、复合材料、土壤、岩 石和高温蠕变材料等特殊材料。

ABAQUS 还提供灵活强大的用户自定义接口，用 户可以使用 Fortran 语言来开发自己的材料模型； z 更多的接触和连接类型，可以是硬接触或软接触，也可以是 Hertz 接触（小滑动接 触）或有限滑动接触，还可以处理双面接触或自接触。

在接触面上，还可以考虑摩 擦和阻尼的情况。

上述选择提供了方便地模拟密封， 挤压， 等工程实际结构的手段； z ABAQUS 的疲劳和断裂分析功能，概括了多种断裂失效准则，对分析断裂力学和 裂纹扩展问题非常有效； z 隐式和显式求解器无缝集成，同为 ABAQUS 公司的产品，单元类型和命名一致， 用户可以根据实际得情况，灵活得选择求解器，并且方便的在两种求解器之间进行 转化。

ABAQUS 软件的强大的线性和非线性分析功能决定了 ABAQUS 软件非常适合于应用到 汽车设计的设计过程当中。

从初步的线性分析到深入的非线性分析，从简单的零件级分析道复杂的系统级分析，从 静力学分析到动力学分析，都可以在 ABAQUS 分析平台下完成。

z三 ABAQUS 软件在汽车领域的优势1 在汽车碰撞安全分析中的应用 汽车交通事故中每年的死伤人数，常常超过世界局部战争，所以交通事故已 经成为人类社会的公害之一。

因此，从汽车设计角度来看，改善和提高车辆安全 性设计，减低交通事故的伤亡是各国汽车行业研究的重要课题。

在仿真技术诞生之前,对 汽车安全性能的提高， 汽车工 业不得不沿用传统的手段,不 仅导致推出一项新产品需要 花费很长时间,而且使汽车的 安全性能也只能停留在最低 水准——刚刚能够满足有关 安全标准的要求。

有了仿真技 术这一新的研究手段,使得我 们可以在设计阶段就可预先 评估汽车结构的耐撞性，有利于尽早发现原设计的薄弱环节，对整个设计和优化 过程进行有效的指导。

汽车新产品从概念形成到开发成功的过程被迅速缩短,汽 车的安全性能也逐步有了保障,尤其是 1985 年后用于求解大位移、大转角、大应 变、接触碰撞问题的强非线性有限元方法的成熟,更为汽车的被动安全性研究开 辟了新的途径。

鉴于此，现在汽车碰撞安全分析已经成为汽车 CAE 分析中的一个 重要方面，CAE 仿真技术已成 为代表当今汽车企业与研发 机构水平的重要标志之一在 缩短产品研发时间，提供汽车 安全性和减低生产成本方面 起着重要的作用。

在汽车碰撞安全方面 ABAQUS 与 BMW、 FIAT、 GM、 HMC 等大的汽车制造商从部件级 分析，整车碰撞以及乘员安全 等方面进行了全面的合作，并 取得了良好的合作效果，ABAQUS 在很多的汽车制造商的汽车碰撞安全分析中得 到了越来越广泛的应用。

ABAQUS 在汽车碰撞安全分析中的特点汽车碰撞是一个非常复杂的力 学问题， 是一个动态的大位移和大变 形过程， 接触和高速冲击载荷影响着 碰撞全过程，系统具有几何非线性、 材料非线性和边界非线性等多重非线性行为。

同时随着碰撞分析的深入，分析模型包括的组件越来越多，模型规模 越来越大，对整个分析的并行计算的功能的要求也越来越高。

在汽车碰撞的模拟计算中，接触问题的处理是一 个重点。

接触不仅发生在车与外界环境之间、汽车各 个部件之间，而且汽车的某一个部件都可能发生自身 的接触碰撞。

ABAQUS 中采用通用接触方法来进行碰撞 中接触的设置，只需在设置中把所有关心的部件都包 括进去（用户可以通过 BOX 式的设置，随意选择欲设 定的接触区域）随后程序会自动搜索相关的接触区域, 考虑点到面之间的接触以及边到边和边到梁的接触， 并进行计算，极大的方便了复杂模型接触问题的处理。

还可以采用接触对的方式对接触力等进行更 同时对于用户比较关心的接触区域， 为准确的分析。

汽车碰撞中，车辆中的薄壁构件是主要的吸能构件，在碰撞中，部件一般都 会经历大的变形， 具有不同程度的塑性 变形， 很多时候结构发生褶皱变形产生 大 的塑性变形；同时，在不同的碰撞 下， 材料会表现出不同的力学性能， 材 料的这种率相关效应也必须考虑。

ABAQUS 具有丰富的材料本构供客户选 择， 同时可以考虑与温度， 速度等相关 的材料性能。

对于应用于汽车中的泡沫 吸 能 材 料 ， ABAQUS 也 有 相 关 的 HYPERFOAM 进行相关的模拟。

在汽车碰撞中，构件一般会经历大的变形，局部构件由于应力集中还会产生 断裂和失效。

ABAQUS 一直将断裂和失效作为 CAE 模拟的一个发展方向，争取在五年之内使得断裂和 失效在 CAE 分析中的应用与 现在的塑性变形一样进入常 规的分析中。

在焊接的模拟 方面， ABAQUS 引入了与网格 无关的焊点， ABAQUS 通过向 最近的表面投影参考点的方 法确定焊点与表面相连的位 置 ，即使在网格重新划分以 后，程序也会自动查找相关连接关系。

同时，可以设置焊 点的失效参数，引入渐进失效模型，对焊点的失效进行更 为真实的模拟。

在汽车碰撞的模拟分析中，随着模拟程度越来越细，模型规模越来越大，单 机单 CPU 并行花费太多的时间，例如对于一辆整车的碰撞模拟，一般要包含数十 万个单元，采用中心差分法利用显示积分格式 进行计算，通常要计算数十万个时间步长，因 此，进行多机多 CPU 并行计算非常必要，也是 以后碰撞模拟的趋势所在.ABAQUS 支持分布内 存并行和共享内存并行计算功能。