第五章 非线性有限元分析原理及基于ABAQUS软件的实现
第五章 非线性有限元分析原理及基于ABAQUS软件的实现
第五章非线性有限元分析原理及基于ABAQUS软件的实现5.1.1 ABAQUS主要模块ABAQUS 由两个主分析模块ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit，以及与ABAQUS/Standard 组合的两个特殊用途的分析模块ABAQUS/Aqua 和ABAQUS/Post构成，同时包含两个交互作用的图形模块ABAQUS/Pre 和ABAQUS/Post，从建模的前处理到显示模拟计算结果的后处理过程中，它们提供了丰富的友好的图形界面交互作用工具。
5.1.1.1 ABAQUS/StandardABAQUS/Standard是一个通用分析模块，在数值方法上采用有限元方法常用的隐式积分。
它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括结构的静态、动态问题、热力学场和电磁场问题等。
对于通常同时发生作用的几何、材料、和接触非线性可以采用自动控制技术处理用户自己也可以控制。
5.1.1.2 ABAQUS/ExplicitABAQUS/Explicit是一个在数值方法上采用有限元显式积分的特殊模块，它利用对时间的显示积分求解动态有限元方程。
它适合于分析诸如冲击和爆炸这样短暂瞬时的动态问题。
5.1.1.3 ABAQUS/CAEABAQUS/CAE是一个友好的ABAQUS运行环境(Complete ABAQUS Environment)，一个能够对ABAQUS 分析任务进行建模、管理、监控，同时又可以对ABAQUS分析结果进行可视化后处理的环境。
该模块根据结构的几何图形生成网格，将材料和截面的特性分配到网格上，并施加载荷和边界条件，并建立必要的分析布。
建模完成后，ABAQUS/CAE可以进一步将生成的模型(以输入文件的形式存在)提交给ABAQUS/Standard或者ABAQUS/Explicit分析模块，然后进行后台运行，并对运行情况进行监测，然后对计算结果(即输出数据库)进行后处理。
ABAQUS/CAE 的后处理对计算结果的描述和解释提供了范围很广的选择，除了必要的云图、矢量图和动画显示之外，还可以用列表，曲线等其他常用工具来完成对结果数据的处理。
基于ABAQUS的混凝土破坏实验非线性分析
基于ABAQUS的混凝土破坏实验非线性分析一、内容综述近年来，随着建筑工程技术的飞速发展，现代建筑结构对于材料性能和结构安全性的要求也日益提高。
作为一种极具代表性的建筑材料，在各种工程领域中得到了广泛应用。
混凝土在复杂荷载下的破坏过程通常表现出强烈的非线性特性，这给结构的分析和设计带来了极大的挑战。
传统的线性分析方法在处理这类非线性问题时存在诸多局限性，基于非线性理论的混凝土破坏实验分析方法成为了研究的热点。
ABAQUS，作为目前国际上广泛应用的有限元分析软件，具备高效、精确的非线性分析能力，为混凝土破坏实验提供了有力的工具。
1.1 研究背景和意义随着现代建筑事业的不断发展，高层建筑和大跨度结构越来越普遍，这对混凝土结构的承载能力和抗震性能要求越来越高。
混凝土破坏实验是研究混凝土性能的重要手段之一，其中非线性分析方法在混凝土破坏实验中具有重要的应用价值。
ABAQUS作为国际上广泛应用的有限元分析软件，在混凝土破坏实验非线性分析中具有很高的精度和可靠性。
本文通过基于ABAQUS的混凝土破坏实验非线性分析，旨在研究混凝土在不同条件下的破坏模式和力学行为，为混凝土结构和结构的抗震设计提供理论依据。
本文的研究背景是考虑到现代建筑物对混凝土性能的高要求以及在地震、暴风等自然灾害中对结构安全性的挑战。
研究混凝土破坏实验非线性分析有助于深入了解混凝土内部的应力分布和破坏机制，为实际工程提供更加准确的计算和分析方法。
研究ABAQUS在混凝土破坏实验非线性分析中的应用，可以为相关领域的研究提供借鉴和参考，推动有限元分析技术在混凝土结构研究中的进一步发展。
1.2 ABAQUS软件简介ABAQUS（阿巴克斯）是一款国际知名的非线性有限元分析软件，广泛应用于工程领域的结构分析和模拟。
它具有全面、准确、可靠的特点，能有效地处理各种复杂材料和结构问题。
在混凝土破坏实验非线性分析中，ABAQUS软件发挥着重要作用，为研究者提供了便捷的工具来模拟混凝土在受力状态下的破坏过程。
ABAQUS非线性分析
ABAQUS非线性分析简介ABAQUS是一种广泛使用的有限元分析软件，可以进行包括线性和非线性分析在内的各种工程问题的模拟和求解。
本文将重点介绍ABAQUS中的非线性分析方法和技术。
非线性分析概述在工程实践中，许多问题涉及到材料的非线性行为，如塑性变形、接触问题、接触力等。
非线性分析方法可以更准确地描述和处理这些问题。
ABAQUS中的非线性分析包括几个主要的方面：1.材料非线性：材料的非线性行为通常通过使用适当的本构模型来表示。
ABAQUS提供了多种材料本构模型，如弹塑性、细观弹塑性、强化材料等。
2.几何非线性：在分析中，结构的几何形状和尺寸可能发生较大变化，如大变形、大变位。
ABAQUS可以处理这些几何非线性问题。
3.接触非线性：在接触分析中，结构的不同部分可能接触或相互分离。
ABAQUS提供了多种接触算法和方法，如无限接触、有限接触等。
4.非线性动力学：对于动态分析问题，结构在振动、冲击或爆炸等外界作用下可能出现非线性响应。
ABAQUS支持非线性动力学分析。
非线性分析步骤进行ABAQUS非线性分析通常需要以下步骤：1.建立几何模型：使用ABAQUS的建模工具，如CAE或命令行，创建结构的几何模型，并定义边界条件和加载。
2.材料建模：选择适当的材料模型，并定义材料的弹性和非线性性质。
根据需要，可以设置材料的非线性行为，如屈服、硬化等。
3.加载和约束：定义结构的加载条件和边界约束。
可以应用静态、动态、温度等各种类型的加载。
4.网格划分：将结构网格化为有限元网格，ABAQUS提供了多种网格划分算法和工具。
5.求解和后处理：提交计算任务后，ABAQUS将解析结构的行为，并输出结果。
可以使用ABAQUS提供的后处理工具进行结果的可视化和分析。
非线性分析注意事项在进行ABAQUS非线性分析时，有一些注意事项需要特别关注：1.材料模型选择：选择适当的材料模型对于准确描述物体的非线性行为非常重要。
根据具体问题的特点，选择合适的材料模型。
有限元非线性分析-正式课件-2011-01-06
屈服强度的影响因素
影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。 如将金属的屈服强度与陶瓷、高分子材料比较可看出结合键的影响 是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制影响金 属材料的屈服强度，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强 化和弥散强化；(4)晶界和亚晶强化。沉淀强化和细晶强化是工业合 金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前 三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和 亚晶，既能提高强度又能增加塑性。 影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。随 着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体心 立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化。应 力状态的影响也很重要。虽然屈服强度是反映材料的内在性能的一 个本质指标，但应力状态不同，屈服强度值也不同。我们通常所说 的材料的屈服强度一般是指在单向拉伸时的屈服强度。
屈曲分析
屈曲分析 是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界 载荷和屈曲模态形状(结构发生屈曲响应时的特征形状)的技 术，特征值屈曲分析用于预测一个理想弹性结构的理论屈曲 强度(分叉点)。 非线性屈曲分析是一种典型而且重要的几何非线性分析， 比线性屈曲分析更精确。非线性屈曲分析的基本方法是，逐 步地施加一个恒定的载荷增量，直到解开始发散为止。尤其 重要的是，要一个足够小的载荷增量，来使载荷达到预期的 临界屈曲载荷。若载荷增量太大，则屈曲分析所得到的屈曲 载荷就可能不精确。在这种情况下，打开二分和自动时间步 长功能[ AUTOTS ,ON]有助于避免这种问题。
有限元-非线性分析
一．非线性结构分析简介 二．几何非线性（大应变、屈曲分析等） 三．材料非线性（弹塑性分析） 四．接触分析（高度非线性） 五．ANSYS的设置
（转）非线性有限元软件——ABAQUS部分介绍
（转）非线性有限元软件——ABAQUS部分介绍（转）非线性有限元软件——ABAQUS 部分介绍2008-03-13 21:38非线性有限元软件——ABAQUSABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。
ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。
优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS被各国的工业和研究机构广泛采用，其产品也在大量的高科技产品研究中发挥着巨大的作用。
ABAQUS在不断丰富其有限元分析的前后处理模块，也是建模、分析和仿真的人机交互平台——ABAQUS/CAE的功能的同时，还与其他的CAD、CAE软件厂商直接合作，开发嵌入式第三方求解器，如CATIA V5和AVL Excite。
一、ABAQUS的功能模块ABAQUS是一套功能强大的工程模拟有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。
ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库，并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。
作为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大量的结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质分析。
1．ABAQUS/CAE（前后处理器）ABAQUS/CAE是ABAQUS有限元分析的前后处理模块，也是建模、分析和仿真的人机交互平台。
该模块可以构建结构的几何模型，分配材料和截面的特性，施加载荷和边界条件，并划分网格。
该模块还可以进一步将生成的模型投入到后台的分析模块运行，对运行情况进行监测，并对计算结果进行后处理。
ABAQUS/CAE的后处理可以对计算结果的描述和解释提供广泛的选择，除了通常的云图、等值线和动画显示之外，还可以用列表、曲线等其他工具来完成后处理工作。
ABAQUS非线性
在 ABAQUS 中定义两个结构间的接触问题，第一步是用*Surface definition 选项定义表 面，接着用*Surface interaction 选项来定义表面间的相互作用，然后用*Contact pair 选项定义 可能接触的表面对。
下面举例说明如何在 ABAQUS 中定义接触，现以图 3 中的螺栓连接为例： 1）首先在 ABAQUS/CAE 的 Interaction 模块下，在 Interaction 菜单下创建一个新的接触 属性（property），选择接触类型：Contact，在弹出的对话框中定义接触的机械参数和热参数； 2）在 TOOL 菜单下，定义 Surface，分别定义名为 surf of part 1 和 surf of part 2 两个面， 分别代表两个零件的接触面； 3）最后在 Interaction 菜单下定义接触对（contact of bolt），主面和从面分别选择步骤 2） 中定义的两个表面，而接触属性选择步骤 1）中定义的属性。 定义完成后，在 INP 文件中表述下：
4.8e+08, 0.18 2 几何非线性
基于ABAQUS的混凝土结构非线性有限元分析
关键 词 ： Ｂ Ｑ Ｓ 混凝 土 结构 ， 型 ＡＡ Ｕ， 模
中 图分 类 号 ： Ｕ ７ Ｔ ３５ 文 献 标 识 码 ： Ａ
近年来 ， 用有 限元 法对 钢筋 混凝土结 构及 其构件性质 的研 和 复 杂 结 构 的 仿 真 分 析计 算 开辟 新 途 径 。 利
采 用 的方 法 就 各 种 空 间 网 格 结 构 而 言 ， 根 据 其 特 有 的 构 成 规 可
１ ２０
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律 ， 过改 变其 中的参数 ， 通 然后加 以处理 ， 即可利 用计算机进行 设 计， 大大减 少设计 的工作 量。
究 ， 直是 国 内 外 该 领 域 的 热 点 问 题 。有 限元 计 算 方 法 是 研 究 钢 １ 材料 本构 关 系模 型选 取 一 筋混凝土结构性质 、 补充 试 验 结 果 的一 种 重 要 方 法 。 由 于 钢 筋 混 钢筋采用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ软件 中提供 的等 向强化 弹塑性模 型 （ｓ— Ｉ ｏ 凝土材料在结构上类似于复合材料 的构 造 ， 目前 对其结构 内力 的 ｔ ｐ ａｄｘ ｎ ｏ ｅ ， ｒ ｉ ｈｒｅｌ ｇｍ ｄ ） 满足 Ｖ ｎＭｉ ｓ ｏｃ ｉ ｏ ｓ 屈服准则。等 向强化 弹塑 ｅ 认 识 还 不 够 深 入 ， 此 ， 入 混 凝 土 多 参 数 强 度 准 则 和 非 线 性 本 性 模 型描 述 屈 服 面 在所 有 方 向 的 扩 展 是 相 同 的 ， 且 意 味 着 由 于 因 引 并 构关系 ， 对其进行非线性有 限元分析很有必要 ， 可为高精度大体积 硬化 引起 的拉 伸屈 服强 度 的增 加 会 导 致 压 缩 屈 服 强度 有 同 等 的增
ABAQUS接触非线性在有限元计算分析中的应用
Home接触非线性在有限元计算分析中的应用赵明一汽技术中心摘要本文介绍了某车型后制动凸轮支架的计算分析过程，在以往的线性计算的基础上又把接触非线性加到计算分析之中，这样得到的结果相比较，得到更接近实际情况的结果，进而可以为设计提供更加具有说服力的依据。
一、前言在通常的有限元分析工作中，绝大多数是采用线性的方法进行分析的。
虽然可以比较接近实际情况，但是当计算中出现接触的时候局部的结果会产生较大的偏差，所以这里要引进接触非线性的计算方法。
下面介绍了某车型后制动凸轮支架的计算分析过程，从中可以看到接触非线性方法的优点。
二、某车型后制动凸轮支架的计算分析过程2.1 建立有限元模型本文首先用MSC/PATRAN软件对支架、轴套和轴建立有限元模型，生成十节点四面体、五面体和六面体43087个，节点69155个。
模型图如图一。
2.2 进行有限元线性计算载荷工况：压力缸自重 Fz＝150N压力 Fy1＝10000N工况一：压力系数为1。
工况二：压力系数为1.1。
工况三：压力系数为1.2。
工况四：压力系数为1.5。
Home 计算使用的软件为MSC/NASTRAN。
2.3 将有限元模型读入Hypermash软件中在Hypermash软件中定义接触对，本题中有四对接触面。
2.4 进行接触非线性计算工况与线性计算时相同。
每个工况计算时分两步，第一步是支架与轴套过盈配合，第二步是轴套与轴的间隙配合以及加载荷。
计算使用ABAQUS软件。
三、结果比较分析表一为线性计算结果，表二为接触非线性计算结果。
表一（单位：MPa）工况一工况二工况三工况四最大应力261 288 314 392最大应力位置如图二、四、六、八。
表二（单位：MPa）工况一工况二工况三工况四最大应力209 228 248 308 最大应力位置如图三、五、七、九。
由以上的结果可以看出接触非线性计算结果比线性计算结果小了20％以上，更接近实际情况。
四、结论本文通过对某车型后制动凸轮支架的计算分析过程，对比了线性计算与非线性计算结果，提出了接触非线性计算应用的优越性，并将非线性计算应用于实际问题中，解决了一定问题。
基于ABAQUS的混凝土梁柱节点非线性分析_万翱宙
基于ABAQUS的混凝土梁柱节点非线性分析_万翱宙混凝土梁柱节点是结构中重要的连接部分，其受力性能直接影响整个结构的强度和刚度。
在实际工程中，由于加载过程中节点发生的非线性变形和裂缝扩展会对结构的性能产生较大影响，因此有必要进行混凝土梁柱节点的非线性分析。
ABAQUS是一种强大的有限元分析软件，可以进行复杂结构的非线性分析。
在混凝土梁柱节点的非线性分析中，ABAQUS可以模拟混凝土的材料非线性行为以及节点的几何非线性变形。
首先，对于混凝土的材料非线性行为，ABAQUS可以采用合适的本构模型来模拟。
常用的混凝土本构模型有弹塑性本构模型、本构模型和等。
通过输入混凝土的材料参数，可以利用ABAQUS进行材料的非线性分析。
其次，对于节点的几何非线性变形，ABAQUS可以通过采用非线性几何分析来模拟。
在非线性几何分析中，ABAQUS可以实现节点的大变形和分析。
在进行混凝土梁柱节点非线性分析时，应按照以下步骤进行：1.建模：使用ABAQUS的建模工具创建梁柱节点的三维有限元模型。
模型中要包含梁柱节点的几何形状和尺寸以及与其相连的构件。
2.定义材料属性：输入混凝土的本构模型和材料参数。
根据实际情况选择适当的本构模型，并输入相应的参数。
3.定义加载条件：定义加载条件，包括节点所受的力和位移。
可以选择静力加载或动力加载，根据实际情况进行设置。
4.网格划分：划分网格，将节点模型离散为有限元网格。
网格划分应合理，以保证计算结果的准确性和稳定性。
5.设置边界条件：根据实际情况设置节点的边界条件。
边界条件应包括支座条件、固定边界条件等，以模拟节点在实际结构中的受限情况。
6.运行分析：运行分析，得到节点在加载过程中的应力、应变和变形等结果。
可以利用ABAQUS的后处理工具进行分析结果的展示和分析。
综上所述，基于ABAQUS进行混凝土梁柱节点的非线性分析需要进行合适的模型建立、材料参数输入、加载条件设置、网格划分和边界条件设置等步骤，并通过运行分析和后处理工具得到节点的应力、应变和变形等结果，从而评估节点的受力性能。
基于ABAQUS的有限元分析过程
基于ABAQUS的有限元分析过程有限元分析（finite element analysis，FEA）是一种基于数值计算方法的工程分析技术，通过将连续物理问题离散化为有限个单元，利用有限元方法对每个单元进行数值计算，最终得到整个结构的力学行为。
ABAQUS是一种强大的有限元分析软件，广泛应用于工程领域。
1.建立几何模型：几何模型的建立需要根据具体问题的要求，可以通过ABAQUS提供的预处理软件模块CAE来进行建模。
在CAE中，可以使用CAD文件导入几何模型，也可以通过绘制线条、曲线和体素等几何元素进行建模。
2.定义材料特性：材料的力学性质是有限元分析的基础，需要定义材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等力学参数。
在ABAQUS中，可以选择不同的材料模型：线弹性、塑性、弹塑性等。
3.网格生成：网格生成是离散化的过程，将几何模型分割成有限个小单元。
ABAQUS提供了多种网格生成算法和工具，可以根据问题的要求进行网格划分。
4.加载和约束定义：在有限元分析中，需要定义结构的加载和约束条件。
加载条件可以是施加在结构上的力、压力、温度等，约束条件可以是固定支撑、约束位移等。
ABAQUS提供了丰富的加载和约束选项，可以满足各种复杂问题的需求。
5.定义分析类型和求解器：有限元分析可以包括静力学、动力学、热传导、流体力学等不同类型的分析。
ABAQUS提供了各种分析类型和求解器，可以选择适合问题的分析类型和求解器进行求解。
6.运行分析并后处理：在上述步骤都完成后，可以运行分析，并对分析结果进行后处理。
ABAQUS提供了丰富的后处理工具，可以对结果进行可视化显示、应力、应变等字段分析和报表生成。
7.优化设计：在得到初步分析结果后，可以根据分析结果进行结构的优化设计。
ABAQUS提供了一些优化算法和工具，可以帮助用户快速得到优化设计结果。
总结起来，基于ABAQUS的有限元分析过程包括建立几何模型、定义材料特性、网格生成、加载和约束定义、定义分析类型和求解器、运行分析和后处理等步骤。
非线性结构有限元分析课件
非线性结构有限元分析的步骤与流程
• 设定边界条件和载荷，如固定约束、压力 或力矩等。
非线性结构有限元分析的步骤与流程
01 步骤三：求解
02
选择合适的求解器，如Newton-Raphson迭代法或 直接积分法。
03 进行迭代计算，求解非线性结构的内力和变形。
非线性结构有限元分析的步骤与流程
01
步骤四：后处理
非线性有限元分析的基本概念
总结词
非线性有限元分析是一种数值分析方法，通过将复杂的结构或系统离散化为有限个小的单元，并建立 每个单元的数学模型，来模拟和分析结构的非线性行为。
详细描述
非线性有限元分析是一种基于离散化的数值分析方法，通过将复杂的结构或系统划分为有限个小的单 元（或称为有限元），并建立每个单元的数学模型，来模拟和分析结构的非线性行为。这种方法能够 考虑各种复杂的边界条件和材料特性，提供更精确的数值结果。
非线性有限元分析的常用方法
总结词
非线性有限元分析的常用方法包括迭代法、增量法、 降维法等。这些方法可以根据不同的非线性问题选择 使用，以达到更好的分析效果。
详细描述
在非线性有限元分析中，常用的方法包括迭代法、增量 法、降维法等。迭代法是通过不断迭代更新有限元的位 移和应力，逐步逼近真实解的方法；增量法是将总载荷 分成若干个小的增量，对每个增量进行迭代计算，最终 得到结构的总响应；降维法则是通过引入一些简化的假 设或模型，将高维的非线性问题降维处理，以简化计算 和提高计算效率。这些方法各有优缺点，应根据具体的 非线性问题选择使用。
03
02
弹性后效
材料在卸载后发生的变形延迟现象。
材料强化
材料在受力过程中发生的强度增加 现象。
04
基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析
基于ABAQUS的子午线轮胎的非线性有限元分析一、本文概述随着汽车工业和交通运输业的快速发展，轮胎作为汽车的关键组成部分，其性能与安全性对车辆行驶的稳定性和安全性具有重要影响。
子午线轮胎因其优异的性能，如耐磨、抗爆、抗湿滑等，在现代汽车工业中得到了广泛应用。
然而，子午线轮胎的设计和优化是一个复杂的问题，涉及材料非线性、几何非线性、接触非线性等多种因素。
因此，对子午线轮胎进行精确的非线性有限元分析显得尤为重要。
本文旨在利用ABAQUS这一先进的有限元分析软件，对子午线轮胎进行非线性有限元分析。
我们将介绍ABAQUS软件在轮胎分析中的应用及其优势。
然后，我们将详细阐述轮胎的非线性特性，包括材料非线性、几何非线性和接触非线性等。
接着，我们将介绍如何建立子午线轮胎的有限元模型，包括轮胎的几何建模、材料定义、边界条件设置和接触定义等。
在此基础上，我们将通过具体的案例分析，展示如何利用ABAQUS对子午线轮胎进行非线性有限元分析，并探讨分析结果对轮胎设计和优化的指导意义。
本文的研究不仅有助于深入理解子午线轮胎的非线性特性，为轮胎的设计和优化提供理论支持，同时也为其他类似复杂结构的非线性分析提供了参考和借鉴。
二、ABAQUS软件介绍ABAQUS是一款功能强大的工程模拟软件，广泛应用于各个工程领域的非线性有限元分析。
它以其高效、稳定、精确的特点，成为了工业界和学术界进行复杂结构分析的首选工具。
ABAQUS提供了丰富的材料模型库，支持多种材料类型，包括但不限于金属、塑料、橡胶、复合材料等。
这使得它特别适用于轮胎这种由多种材料组成的复杂结构的分析。
在ABAQUS中，用户可以根据实际需求定义材料属性、设置边界条件、划分网格、选择求解器以及后处理结果等。
特别是在处理轮胎这类橡胶制品的非线性行为时，ABAQUS提供了多种本构模型，如Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型等，以准确模拟橡胶材料的应力-应变关系。
ABAQUS还提供了接触算法，用于模拟轮胎与地面之间的摩擦和接触行为。
ABAQUS第6讲：非线性分析
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
非线性悬臂梁分析的输出
• 信息 (.msg) 文件
包括： • 所有的收敛控制： – 利用∗CONTROLS选项覆盖默认值—不是经常需要 • 关于具体模型特征的细节： – 非默认模型特征 – 使用NLGEOM参数 – 重启动文件的写出频率 • 所有的迭代细节
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
非线性输入文件
• 分析步和过程输入 *STEP, NLGEOM, INC=25 NLGEOM: 包括所有由以下原因引起的几何非线性效应： • 大挠度、大旋转、大变形。 • 预载荷（初始应力）。 • 载荷刚度。 如果上面列出的项不重要，应用NLGEOM选项得到的结果同没有应用 NLGEOM选项得到的结果类似，但是求解的费用更高。 INC=25: 在本例中允许的最大增量为25： • 如果在施加全部载荷之前达到了最大增量数量，程序将会中止。 • 保证程序的运行时间不会太长—用户可以重新启动分析。 • 默认值为100。
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Innovating through simulation
非线性的来源与一般解法
1. 材料非线性
非线性弹性 弹塑性 超弹性 粘弹性与粘塑性
北京怡格明思工程技术有限公司
Innovating through simulation
2. 几何非线性
大偏转或变形； 大扭曲； 结构不稳定性 (屈曲) 预紧力效应
超过波前速度（Excessive wave speed ）
这个错误信息说明模型中的某种因素导致了一个或多个单元在一个增量 步中极度变形。这个信息很有可能与上一条刚出现的的警告信息相关。 可能产生错误的原因是分析过程中包含了接触，不稳定的时间增量（用 户调整了时间增量或直接对时间增量进行控制），网格扭曲和沙漏；
钢筋混凝土梁的Abaqus非线性有限元分析
钢筋混凝土梁的Abaqus非线性有限元分析摘要：本文介绍了混凝土损伤塑性模型的原理、钢筋和混凝土材料的塑性计算过程、混凝土损伤因子的定义及计算。
依据混凝土规范，采取半理论半经验法推导出普遍适用的混凝土损伤塑性模型，然后考虑材料非线性和几何非线性，对一根钢筋混凝土悬臂梁进行了精细化有限元分析，探讨了混凝土损伤对计算结果的影响等问题，为进一步利用ABAQUS对钢筋混凝土进行有限元分析提供了参考。
关键词：损伤塑性模型；有限元；ABAQUS钢筋混凝土结构在土木中应用广泛。
目前常采用试验或数值模拟的方法来研究结构的力学行为。
试验结果较可靠，但费用高、周期长。
随着计算机有限元分析的发展，使得复杂结构的模拟得以实现。
在数值分析中，主要考虑混凝土材料的本构模型，然而，由于混凝土材料的特殊性，虽然已出现各种本构模型，但是仍未见公认的模拟本构关系的理论[1]。
混凝土的本构关系主要是表达混凝土在多轴应力作用下的应力—应变关系，应力—应变曲线由上升段和下降应变软化段组成，特别是对下降段,它具有裂缝逐渐扩展，卸载时弹性软化等特点，而非线性弹性、弹塑性理论很难描述这一特性。
损伤力学理论既考虑混凝土材料在未受力的初始裂缝的存在，也可反映在受力过程中由于损伤积累而产生的裂缝扩展，从而导致的应变软化。
因而近年来不少学者致力于将损伤力学用于混凝土材料，并建立相应的本构关系[2]。
ABAQUS是大型通用的有限元分析软件，其具有强大的非线性分析能力[3]，ABAQUS软件中的混凝土损伤塑性模型采用各向同性弹性损伤结合各向同性拉伸与压缩塑性理论来表征混凝土的非线性行为,是一个基于塑性的连续介质损伤模型,又结合非关联多重硬化塑性和各向同性弹性损伤理论表征材料断裂过程中发现的不可逆损伤行为[4]。
该模型可用于单向加载、循环加载及动态加载等情况，具有较好的收敛性。
本文把规范[5]建议的混凝土本构关系应用到损伤塑性模型，对一悬臂梁[6]进行精细的有限元建模计算和探讨。
ABAQUS软件在弹性滑移支座非线性有限元分析中的应用
胶材料是通过高温加压硫化的方法粘接在一起，接 触面上不存在相对运动，所以在ＡＢＡＱＵＳ分析过程 中选择绑定约束模拟两者的接触面．同时，选用绑定 约束还有利于消除刚体位移，大大减少计算接触状 态所需要的迭代次数． ２．６摩擦接触
在外荷载作用下，摩擦材料与底板之间存在着 变形约束与力的相互作用．摩擦材料与底板之间从 作用力的关系来说，将发生主动力与被动力之间的 相互作用；从位移关系来说，变形的摩擦材料与受挤 压的底板之间存在着相互制约与变形协调．弹性滑 移支座模型的建立关键就是如何考虑摩擦材料与底 板之间的相互作用．
１．２ 弹性滑移支座的试验结果 按照影响因素的不同将试验分为３组，分别考
察竖向荷载、位移幅值、加载频率对弹性滑移支座动 力性能的影响．试验工况如表１所示．由试验结果可 计算得弹性滑移支座等效水平刚度和等效阻尼比， 如表２所示．
表１弹性滑移支座加载方案
Ｔａｂｌｅ １ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｌｏａｄｉｎｇ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｌｉｄｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ
第４期
王璐等：ＡＢＡＱＵＳ软件在弹性滑移支座非线性有限元分析中的应用
５ｌ
ＡＢＡＱＵＳ可以获得较精确的计算结果． ２．２模型参数
根据试件实际尺寸进行有限元建模，橡胶、聚四 氟乙烯及钢板的材料参数如表３所示．
表３有限元模型参数
Ｔａｂｋ ３ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ
受剪力作用时叠层橡胶首先发生剪切变形，当其所承 受的水平荷载超过摩擦材料的最大静摩擦力时，带动 摩擦材料一起运动．因此，叠层橡胶部分的等效水平 刚度和等效阻尼比的变化直接决定了弹性滑移支座 等效水平刚度和等效阻尼比的变化规律．等效水平刚 度和阻尼比的有限元模拟值如表４所示．
基于ABAQUS的液压支架整架非线性有限元分析
1液压支架有限元分析过程（1）支架三维模型的建立及力学模型简化液压支架由多个部件组成，模型比较复杂，必须加以合理简化，但要注意的是简化不能使整架主要结构件的受力状况产生大的偏差。
支架是由顶梁、掩护梁、底座、前、后连杆、推移杆等结构件以及各种千斤顶、操纵阀、控制阀组成。
根据液压支架试验的工况及这些零部件在液压支架试验时对支架的受力影响程度不同，首先从整体结构上进行优化，对主要部件受力影响不大的部件省略，保留顶梁、掩护梁、底座、前后连杆，并把每个部件作为单个零件处理，另外还需保留立柱和平衡千斤顶，并把它们各自简化为2个零件；其次，还要从部件内部进行适当简化，将各部件内无关大局的结构进行简化、合并、省略，如顶梁的阀板、管卡、弹簧筒等进行省略处理。
同时为了使计算机模拟的结果更加准确合理，模型部件的结构基本不简化。
ABAQUS的建模方式主要有2种：①将通过CAD软件构建的模型通过数据格式的转换传递到有限元软件中，这种方法建模方便，但在转换传递的过程中可能有数据的损失，在后续分析中还可能导致分网困难或者网格质量差，进而影响到分析的速度和精度，还有就是修改模型困难，不易于优化设计；②在ABAQUS中直接建模可以避免以上的不足，虽然ABAQUS具有很强的的三维建模功能，但是和专业的CAD软件CATIA、UG等相比，还有一定的差距，因此要花费更多的时间。
为确保分析的精度，本文选择的是第2种建模方法。
（2）材料及属性液压支架设计中使用的钢材主要为低合金高强度结构钢，虽然牌号、抗拉强度等不一样，但弹性模量、泊松比和密度基本一样，所以可以采用相同的材料特性，假定材料均匀、各向同性、线弹性，其弹性模量E=210GPa，泊松比μ=0.3。
（3）载荷和边界条件有限元分析中，边界条件的处理对分析结果有着重要影响，边界条件的施加与实际工程是否吻合，直接影响到分析结果的正确性、合理性。
分析以MT312-2000《液压支架通用技术条件》为依据，通过在支架不同位置放置垫块来模拟其井下不同的工作状况，本文主要介绍顶梁偏载时（见图1）支架各主要结构件的应力、变形情况，支架高度1550mm。
基于ABAQUS的混凝土结构非线性有限元分析
基于ABAQUS的混凝土结构非线性有限元分析引言：混凝土结构在工程领域中应用广泛，其力学行为具有非线性特点。
在设计和分析混凝土结构时，需要考虑材料的非线性、几何的非线性以及边界条件的非线性等。
有限元方法是一种常用的分析工具，能够模拟复杂的结构非线性行为。
本文将介绍基于ABAQUS的混凝土结构非线性有限元分析。
方法：混凝土结构在非线性有限元分析中，需要建立几何模型、材料模型和加载模型。
ABAQUS提供了丰富的功能和材料模型，适用于混凝土结构的各种非线性分析。
1.几何模型：在建立几何模型时，可以使用ABAQUS提供的几何建模工具，也可以导入CAD软件中的几何模型。
在建立模型时，需要注意结构的几何形状、尺寸和边界条件。
2.材料模型：混凝土的力学行为通常可以用Drucker-Prager或Mohr-Coulomb材料模型来描述。
ABAQUS提供了这些材料模型的参数输入和选项设置。
在输入混凝土材料的参数时，需要考虑抗压强度、抗拉强度、杨氏模量、泊松比、体积变形模量等。
同时，材料的破坏准则也需要考虑。
ABAQUS支持多种破坏准则，如最大应变准则、耐久性准则等。
3.加载模型：在非线性有限元分析中，加载模型对于模拟真实工况非常重要。
ABAQUS提供了多种加载模型，如集中力、均布力、压力等。
除了静力加载，动力加载也是重要的分析手段。
ABAQUS可以模拟动力荷载，如地震、风载等。
加载模型的选择和参数的设置需要根据实际工程情况来确定。
4.边界条件：在模拟混凝土结构中，正确设置边界条件是至关重要的。
ABAQUS提供了多种边界条件的设定方法，如位移边界条件、约束边界条件等。
在设置边界条件时，需要根据结构的实际情况来选择合适的约束条件，确保分析结果的准确性。
结果与讨论：通过非线性有限元分析，可以得到混凝土结构的应力、应变分布，以及结构的变形和破坏情况。
这些结果对于工程设计和结构优化非常重要。
在使用ABAQUS进行混凝土结构非线性有限元分析时，需要进行结果的后处理和分析。
非线性有限元软件ABAQUS
美国ＡＢＡＱＵＳ软件公司成立于１９７８年，总部位于美国罗德岛州首府普罗维登斯市，在北美、欧洲、亚太地区共有近４０个分公司或代表处，其研制的ＡＢＡＱＵＳ软件已被全球工业用户广泛接受，并拥有世界最大的非线性力学用户群。
同时，公司研发队伍不断吸取最新的分析理论和计算机技术，引领着全世界有限元非线性技术的发展。
迄今为止，ＡＢＡＱＵＳ公司在中国已经有２００多个大学用户，商业客户涵盖航空航天、国防、核工业、土木工程、桥梁设计、城市建筑、汽车、船舶、耐用品、电子等众多领域。
ＡＢＡＱＵＳ被广泛地认为是功能非常强的非线性有限元软件，可以分析复杂的结构力学系统，尤其能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。
ＡＢＡＱＵＳ不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析以及研究。
ＡＢＡＱＵＳ优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使其被各国的工业领域和研究领域广泛采用，在大量的高科技产品研究中发挥着巨大的作用。
ＡＢＡＱＵＳ包括一个十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库，并拥有与之对应的各种类型的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩高弹性的泡沫材料以及各种土体和岩石等地质材料。
作为一种通用的模拟计算工具，ＡＢＡＱＵＳ可以模拟结构领域的各种问题，例如静力学、动力学、多体运动学、热传导、质量扩散、电子部华的热控制（热电耦合分析）、声学分析、岩土力学分析（流体渗透／应力耦合分析）及压电介质分析。
ＡＢＡＱＵＳ为用户提供了广泛的功能，且使用起来非常简单。
大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合而容易地模拟出来，例如，对于复杂多构件问题的模拟可以通过把定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项块结合起来。
在大部分模拟中，甚至高度非线性问题，用户只需提供一些工程数据，如结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况。
在一个非线性分析中，非线性有限元软件ＡＢＡＱＵＳ美国ＡＢＡＱＵＳ软件公司北京代表处 梁明刚109航空制造技术２００６年第８期ＡＢＡＱＵＳ能自动选择相应载荷增量和收敛限度，不仅能够选择合适的参数，而且能够连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。
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第五章非线性有限元分析原理及基于ABAQUS软件的实现5.1.1 ABAQUS主要模块ABAQUS 由两个主分析模块ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit，以及与ABAQUS/Standard 组合的两个特殊用途的分析模块ABAQUS/Aqua 和ABAQUS/Post构成，同时包含两个交互作用的图形模块ABAQUS/Pre 和ABAQUS/Post，从建模的前处理到显示模拟计算结果的后处理过程中，它们提供了丰富的友好的图形界面交互作用工具。
5.1.1.1 ABAQUS/StandardABAQUS/Standard是一个通用分析模块，在数值方法上采用有限元方法常用的隐式积分。
它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括结构的静态、动态问题、热力学场和电磁场问题等。
对于通常同时发生作用的几何、材料、和接触非线性可以采用自动控制技术处理用户自己也可以控制。
5.1.1.2 ABAQUS/ExplicitABAQUS/Explicit是一个在数值方法上采用有限元显式积分的特殊模块，它利用对时间的显示积分求解动态有限元方程。
它适合于分析诸如冲击和爆炸这样短暂瞬时的动态问题。
5.1.1.3 ABAQUS/CAEABAQUS/CAE是一个友好的ABAQUS运行环境(Complete ABAQUS Environment)，一个能够对ABAQUS 分析任务进行建模、管理、监控，同时又可以对ABAQUS分析结果进行可视化后处理的环境。
该模块根据结构的几何图形生成网格，将材料和截面的特性分配到网格上，并施加载荷和边界条件，并建立必要的分析布。
建模完成后，ABAQUS/CAE可以进一步将生成的模型(以输入文件的形式存在)提交给ABAQUS/Standard或者ABAQUS/Explicit分析模块，然后进行后台运行，并对运行情况进行监测，然后对计算结果(即输出数据库)进行后处理。
ABAQUS/CAE 的后处理对计算结果的描述和解释提供了范围很广的选择，除了必要的云图、矢量图和动画显示之外，还可以用列表，曲线等其他常用工具来完成对结果数据的处理。
该模块还可以提供了完整全面的CAD 系统以及其他建模工具;提供高效率处理大模型的能力;包含交互环境，可以用于用户自主开发应用。
5.1.2.1离散化的几何形体在ABAQUS中，有限单元和节点定义了ABAQUS所模拟的物理结构的基本几何形状。
模型中的每一个单元都代表了物理结构的离散部分，即许多单元依次相连组成了结构，单元之间通过公共节点彼此相互连结。
这些单元和节点的集合称为网格。
网格中的单元类型、形状、位置和所有的单元总数都会影响模拟计算的结果。
通常，网格的密度越高，计算结果就越精确。
随着网格密度的增加，分析结果会收敛到唯一解，但用于分析计算所需的时间和费用也会增加，这之间有个权衡的选择。
这部分通常在ABAQUS 中的PART 模块中定义。
ABAQUS/CAE 中的各模块见图5-2所示：5.1.2.2单元特性ABAQUS 拥有广泛的单元库，主要包括实体单元、壳单元、梁单元、刚性单元，质量单元和弹簧单元，还有具有特殊性能的单元。
5.1.2.3材料数据在分析时，必须对所有的单元指定材料特性。
ABAQUS 具有相当丰富的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、橡胶、聚合物、复合材料、钢筋混凝土、可压缩的弹性泡沫材料以及各种地质材料(土和岩石等)。
另外，ABAQUS 还具有二次开发接口，为用户添加各种符合实际工程的材料提供方便，使用FORTRAN语言进行编程。
这部分通常在ABAQUS中的MATERIAL模块中定义。
5.1.2.4载荷和边界条件载荷使物理结构产生了一定的变形，因而产生应力。
最常见的载荷形式包括:点载荷、表面压力载荷、体力、热载荷。
变形分为大变形分析和小变形分析。
应用边界条件可以使模型的某一部分受到约束从而保持固定(零位移)或有移动但位移值大小一定(非零位移)。
在静态分析中，需要满足足够的边界条件以防止模型在任意方向上的刚体位移。
否则，没有约束的刚体位移会导致刚度矩阵产生奇异，在求解阶段将会发生问题，并可能引起模拟过程过早中断，ABAQUS/Stanard 也将发出数值奇异或主元素为零的警告信息。
此时，用户必须检查是否整个或者部分模型缺少限制刚体平移或转动的约束。
5.1.2.5分析类型ABAQUS可以进行多种不同类型的模拟分析。
常见的有:静态(static)和动态(dynamic)应力分析。
本文有静态和动态分析，还有准静态分析。
这部分在ABAQUS中的STEP 模块中定义。
5.1.2.6 输出要求ABAQUS 的模拟计算过程会产生大量的输出数据。
为了避免这些数据占用过多的磁盘空间，用户可以根据所研究问题的性质对其进行限制，包括输出方式、输出对象、输出频率以及数据类型等的控制。
这部分在ABAQUS 中的STEP模块中定义。
以上的分析在ABAQUS6.5版之后，也可以在模型树中建立，给分析带来了很大的方便，使分析过程更清晰。
5. 2非线性求解5.2.1 线性分析和非线性分析线性分析即外加载荷与结构的响应为一次线性关系。
这就是说在ABAQUS/Standard的线性分析中，结构的刚度矩阵只需求解一次。
通过求新的载荷向量乘以刚度矩阵的逆，可得到结构对其他载荷情况的线性响应。
此外，结构对各种载荷情况的响应，可以用常数放大或者相互叠加的方法来确定结构在新载荷作用下的响应。
这种叠加原理的前提是边界条件相同、新载荷是前面各种载荷的叠加。
非线性结构问题是指结构的刚度随其变形而改变的问题。
实际上，所有的物理结构均是非线性的，线性分析只是一种方便的近似。
由于非线性分析中的刚度是依赖于位移的一个变量，所以此时的位移就不能通过初始的柔度矩阵(初始刚度矩阵求逆)乘以外加载荷的方法来计算任意载荷作用时的位移了。
在ABAQUS/Standard的非线性隐式分析中，结构的刚度矩阵在整个分析过程中必须进行许多次的生成和求逆，这便使得分析求解的过程比线性隐式分析复杂的多。
由于非线性结构的响应不是所施加载荷值的线性函数，因此不可能通过叠加来获得不同载荷情况的解答。
每种载荷情况都必须作为独立的分析进行定义和求解。
5.2.2 非线性的来源5.2.2.1材料非线性这种非线性材料非常普遍存在的。
大多数金属材料在低应变值时都具有良好的线性应力一应变关系，但是在高应变时材料发生屈服，此时材料的响应是非线性的。
各种混凝土材料也普遍体现出应力一应变关系的非线性性质。
5.2.2.2边界非线性如果边界条件在分析过程中发生变化，就会产生边界非线性问题，如碰到障碍物的悬臂梁。
5.2.2.3几何非线性这种非线性问题主要与分析中模型的几何形状发生了改变相联系，如可能由于大挠度和大转动。
5.2.3 非线性问题的求解结构的非线性载荷--位移曲线如图5-3 所示，其分析的目的是确定在载荷作用下结构的非线性响应。
考虑作用于某节点的外部力P(由外载荷引起)和内部力I(由包含该节点的单元中的应力引起)，为使其处于静力平衡状态，则作用在节点上的总静力为零，P-I=0ABAQUS/Standard 应用Newton-Raphson 算法求解非线性问题。
与线性分析不同，非线性问题不能通过求解单一系统的方程计算出结果，而是增量地施加给定载荷，逐步求解获得最终解答。
因此，ABAQUS/Standard将模拟过程中的每一个分析步(step)划分为一定数量的载荷增量步(loading increments)，并在每个载荷增量步结束时寻求近似的平衡状态。
另外，对于这种平衡状态，ABAQUS/Standard不可能只通过一步计算就可以获得，而通常需要采用若干次迭代才能确定。
所有这些增量响应的总和就是非线性分析的近似解答。
因此在ABAQUS/Standard中求解非线性问题，需要计算大量的增量步和迭代步。
5.2.3.1分析步、增量步和迭代步要在ABAQUS/Standard 中进行非线性问题的求解，首先要明确“分析步”(step),“载荷增量步”(loading increment)和“迭代步”(iteration)的概念及区别。
分析步：即加载历史所包含的一个或多个步骤。
每个分析步中可以包含分析过程选项(即分析类别选项)、载荷选项和输出要求选项。
另外，在不同的分析步中可以采用不同的载荷、边界条件、分析过程选项和输出要求。
载荷增量步：是分析步的一部分，每个分析步可以包含多个载荷增量步。
具体讲，就是在非线性分析中，将施加在一个分析步中的载荷分解成更小的增量步，这样就可以按照线性求解步骤进行计算。
在ABAQUS/Standard中，可以建议第一个载荷增量步的大小，然后ABAQUS/Standard会自动的选择其后增量步的大小。
在每个增量步结束时，结构处于近似的平衡状态，并且可以将结果写入各种结果文件中。
输写的频率、内容以及研究对象都可以在不同的分析步中进行控制。
迭代步：当采用隐式方法求解时，迭代步是在每个载荷增量步中寻找平衡解答的一次尝试。
在迭代结束时，如果模型不处于平衡状态，那么ABAQUS/Standard会进行下一轮新的迭代，直至达到近似平衡状态。
每经过一次迭代，ABAQUS/Standard 获得的解答就会更接近于平衡状态。
如此一来，ABAQUS/Standard可能需要许多次迭代才可能得到平衡解答。
所以，平衡解答的获得是载荷增量步结束的标志。
一经达到平衡状态，计算就会进入下一个新的载荷增量步。
5.2.3.2平衡迭带与收敛假如对于一个小的荷载增量P ,结构的非线性响应如图5-4 所示: 下面分步介绍ABAQUS/Standard求解非线性问题的迭代过程：5.回到第二步,并重复二到四步,直至迭代收敛.需要注意的是,非线性分析中的每一次迭代,ABAQUS/Standard 都需要形成模型新的刚度矩阵,并求解结构整体的方程组.这就意味每次迭代计算都等价于一次完整的线性运算.所以说,在ABAQUS/Standard中进行非线性计算的费用要高于线性运算的费用。
5.2.3.3控制载荷自动增量如果用户给定一个初始载荷增量步，ABAQUS/Standard会对接下来的载荷增量步进行自动调整。
ABAQUS/Standard通常以这个初始载荷增量步为基础开始迭代，如果在该载荷增量步下经过16次迭代后仍不能收敛，或者结果显示为发散，ABAQUS/Standard就会放弃当前增量步，并将下一个增量步的值设置为原大小的25%，并重新开始计算(即尝试利用较小的载荷增量步去寻找收敛的解答)。
若减小后的增量步仍不能使迭代计算达到收敛，ABAQUS/Standard 会再次按25%的标准减小增量步的值，直至计算收敛或者减小增量步的次数达到5次。