ABAQUS-standard-有限元软件入门指南(武大)-朱以文

ABAQUS/Standard有限元软件入门指南——ABAQUS/CAE版Hibbitt，Karlsson&Sorensen，INC.朱以文，蔡元奇等译译者语参加本书翻译工作的是武汉大学土木建筑工程学院的朱以文教授，蔡元奇副教授以及博士生李伟、吴春秋、姚金阶、硕士生黄克戬。具体分工如下：第一章、第二章和第三章由朱以文翻译；第四章和第五章由李伟翻译；第六章和第七章由姚金阶翻译；第八章和第九章由吴春秋翻译；第十章和第十一章由蔡元奇翻译。黄克戬参加了部分文字的编辑工作。朱以文负责全书的的翻译工作，并修改和审阅了全部译文。翻译过程中得到ABAQUS公司李华强博士的鼓励和支持，在此表示感谢。在翻译过程中，参考了清华大学庄茁教授等在1998年出版的《ABAQUS/Standard有限元软件入门指南》(非ABAQUS/CAE版)一书。限于译校者水平，难免有错误和不妥之处，欢迎读者批评指正。译者朱以文等二零零三年二月十二日于武汉·珞珈山ABAQUS入门指南I目录第一章导引1.1ABAQUS各模块简介1.2ABAQUS/Standard入门：交互式环境1.2.1怎样使用本指南1.2.2本指南的使用约定1.2.3鼠标的基本操作1.3ABAQUS文档1.4支持1.4.1技术支持1.4.2系统支持1.4.3对科学研究单位的支持1.5有限元法导简单回顾第二章ABAQUS基础2.1ABAQUS分析模型的组成2.2ABAQUS/CAE简介2.2.1ABAQUS/CAE的启动2.2.2主窗口的组成部分2.2.3什么是功能模块2.3例子2.3.1量纲2.3.2生成部件2.3.3材料参数2.3.4定义和赋于截面（Section）特性2.3.5定义装配件（Assembly）2.3.6分析进程的配置2.3.7施加边界条件和荷载2.3.8网格剖分2.3.9生成作业和关键词编辑器（Keywordeditor）的使用2.4模型的检查2.4.1阅读输出文件2.5分析计算2.6结果2.7用ABAQUS/CAE进行后处理第三章有限元和刚性体3.1有限元3.1.1单元的表征3.1.2实体单元ABAQUS入门指南II3.1.3壳单元3.1.4梁单元3.1.5桁架单元3.2刚性体3.2.1何时使用刚性体3.2.2刚性体部件3.2.3刚性单元3.3小结第四章实体单元的应用4.1单元列式和积分4.1.1完全积分4.1.2简缩积分4.1.3非协调单元4.4.1杂交单元4.2选择实体单元4.3例题：连接环4.3.1前处理——应用ABAQUS/CAE建模4.3.2结果输出4.3.3后处理——结果可视化4.4网格收敛性分析4.5相关的ABAQUS例题4.6建议阅读的文献4.7小结第五章壳单元的应用5.1单元几何尺寸5.1.1壳体厚度和截面计算点5.1.2壳面和壳面法线5.1.3壳的初始曲率5.1.4参考面的偏移5.2壳体计算假定——厚壳或薄壳5.3壳的材料方向5.3.1默认的局部材料方向5.3.2建立可变的材料方向坐标5.4壳单元的选择5.5例题：斜板5.5.1前处理——用ABAQUS/CAE建立模型5.5.2结果输出5.5.3后处理5.6相关的ABAQUS例题5.7建议阅读的文献5.8小结ABAQUS入门指南III第六章梁单元的应用6.1梁横截面的几何形状6.1.1截面计算点6.1.2横截面定向6.1.3梁单元曲率6.1.4梁横截面的节点偏移6.2列式和积分6.2.1剪切变形6.2.2扭转响应——翘曲6.3梁单元的选择6.4例题：货物起重机6.4.1前处理——用ABAQUS/CAE生成模型6.4.2后处理6.5有关的ABAQUS例子6.6参考数目6.7小结第七章非线性7.1非线性的来源7.1.1材料非线性7.1.2边界非线性7.1.3几何非线性7.2分析性问题的求解7.2.1分析步，增量步和迭代7.2.2平衡迭代和收敛性7.2.3自动增量控制7.3用ABAQUS进行非线性分析7.3.1几何非线性7.3.2材料非线性7.3.3边界非线性7.4例题：非线性斜板7.4.1修改模型7.4.2结果输出7.4.3后处理7.5相关的ABAQUS例子7.6推荐读物7.7小结第八章材料8.1ABAQUS中的材料定义8.2延性金属的塑性8.2.1延性金属的塑性性能8.2.2有限变形中的应力应变度量ABAQUS入门指南IV8.2.3在ABAQUS中定义塑性8.3为弹塑性问题选择单元8.4例题：连接环的塑性变形8.4.1对模型的修改8.4.2状态和信息文件8.4.3对结果进行后处理8.4.4在材料模型中加入硬化特性8.4.5带有塑性硬化的分析8.4.6对结果进行后处理8.5超弹性8.5.1引论8.5.2应变势能8.5.3用试验数据定义超弹性8.6例题：轴对称橡胶垫8.6.1对称性8.6.2前处理——利用ABAQUS/CAE建立模型8.6.3结果输出8.6.4后处理8.7大变形的网格设计8.8减少体积锁闭的技术8.9相关的ABAQUS例题8.10建议读物8.11小结第九章动力问题9.1引言9.1.1固有频率和模态9.1.2振型叠加9.2阻尼9.2.1ABAQUS中阻尼的定义9.2.2阻尼值的选择9.3单元选择9.4动力问题的网格剖分9.5例子：货物起重机——动态载荷9.5.1修改模型9.5.2结果输出9.5.3后处理9.6模态阶数的影响9.7阻尼的影响9.8其它的动力程序9.8.1线性模态动力分析9.8.2非线性动态分析9.9相关的ABAQUS例子9.10建议阅读的文献ABAQUS入门指南V9.11小结第十章多分析步分析10.1常规（非线性）分析程式10.1.1常规分析分析步中的时间10.1.2指定常规分析步的载荷10.2线性扰动分析10.2.1在线性扰动分析步中的时间10.2.2在线性扰动分析步中指定载荷10.3例题：管道系统的振动10.3.1前处理——用ABAQUS/CAE创建模型10.3.2对作业的监控10.3.3后处理10.4重启动分析10.4.1重启动文件10.4.2重启动一个分析过程10.5例题：重启动钢管的振动分析10.5.1创建重启动分析模型10.5.2作业的监控10.5.3对重启动分析的结果做后处理10.6相关的ABAQUS例题10.7小结第十一章接触11.1接触面间的相互作用11.1.1接触面法向性质11.1.2表面的滑动11.1.3摩擦11.2在ABAQUS中定义接触11.2.1定义接触面11.2.2接触相互作用11.2.3从面和主面11.2.4小滑动与有限滑动11.2.5单元选择11.3接触算法11.4例题：法兰盘连接11.4.1前处理—用ABAQUS/CAE创建模型ABAQUS入门指南VI11.4.2分析结果11.4.3后处理11.5刚性接触面建模中的问题。11.6例题：凹槽的成型11.6.1前处理－用ABAQUS/CAE创建模型11.6.2接触分析的故障检测与修改11.6.3结果分析11.6.4后处理11.7相关的ABAQUS例题11.8小结ABAQUS入门指南-1-第一章导引ABAQUS是一套功能强大的基于有限元法的工程模拟软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到昀富有挑战性的非线性模拟问题。ABAQUS具备十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。并与之对应拥有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、可压缩弹性的泡沫材料以及岩石和土这样的地质材料。作为通用的模拟分析工具，ABAQUS不仅能解决结构分析中的问题（应力/位移），还能模拟和研究各种领域中的问题，如热传导、质量扩散、电子元器件的热控制（热一电耦合分析）、声学分析、土壤力学分析（渗流——应力耦合分析）和压电介质力学分析。ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来又十分简明。昀复杂的问题也可以很容易地建立模型。例如复杂的多部件问题可以通过对每个部件定义材料模型和几何形状，然后再把它们组装起来而构成。在大部分模拟分析问题中，甚至在高度非线性问题中，用户也只需要提供结构的几何形状、材料性能、边界条件和荷载工况这样的工程数据就可以进行分析。在非线性分析中，ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛精度。不仅能选择这些参数值，而且能在分析过程中不断地调整参数来保证有效地得到高精度的解，很少需用户去定义这些参数。1.1ABAQUS各模块简介ABAQUS有两个主要的分析模块：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。ABAQUS/Standard还有两个特殊用途的附加分析模块：ABAQUS/Aqua和ABAQUS/Design。另外，还有ABAQUS分别与ADAMS/Flex，C-MOLD和Moldflow的接口模块：ABAQUS/ADAMS，ABAQUS/C-MOLD和ABAQUS/MOLDFLOW。ABAQUS/CAE是完全的ABAQUS工作环境模块，它包括了ABAQUS模型的构造，交互式提交作业、监控作业过程以及评价结果的能力。ABAQUS/Viewer是ABAQUS/CAE的子集，它具有后处理功能，这些模块之间的关系见图1－1。ABAQUS入门指南-2-图1－1ABAQUS产品ABAQUS/StandardABAQUS/Standard是一个通用分析模块，它能够求解领域广泛的线性和非线性问题，包括静力、动力、热和电问题的响应等，这个模块是本指南的主题。ABAQUS/ExplicitABAQUS/Explicit是用于特殊目的分析模块，它采用显式动力有限元列式，适用于像冲击和爆炸这类短暂，瞬时的动态事件，对加工成形过程中改变接触条件的这类高度非线性问题也非常有效。在本指南中没有对它特别介绍，而在本指南的姐妹篇——GettingStartedwithABAQUS/Explicit：InteractiveVersion里进行介绍。两个分析模块的ABAQUS/CAE界面是一样的，两个模块的输出也是类似的，不论哪个模块都可以采用可视化图形进行后处理。ABAQUS/CAEABAQUS/CAE（CompleteABAQUSEnvironment）是ABAQUS的交互式图形环境，用它可方便而快捷地构造模型，只需生成或输入要分析结构的几何形状，并把它分解为便于网格化的若干区域。并对几何体赋于物理和材料特性、荷载以及边界条件。ABAQUS/CAE具有对几何体剖分网格的强大功能，并可检验所形成的分析模型。一旦模型生成，ABAQUS/CAE可提交并监控要分析的作业，可视化模块就可用来显式结果。本指南中将对ABAQUS/CAE进行讨论。ABAQUS/ViewerABAQUS/Viewer是ABAQUS/CAE的子集，它只包含了可视化的后处理功能。在本指南中对可视化模块的讨论都适用于ABAQUS/Viewer。ABAQUS入门指南-3-ABAQUS/AquaABAQUS/Aqua的一系列功能可以附加在ABAQUS/Standard中应用。它偏向于模拟海上结构，如海洋石油平台。它的功能包括模拟波浪，风载荷及浮力的影响。在本指南中不讨论ABAQUS/Aqua。ABAQUS/ADAMSABAQUS/ADAMS允许ABAQUS有限元模型作为柔性部件进入到MDIADAMS产品族中去进行分析。这个界面是基于ADAMS/Flex的部件模态综合公式的，本指南中不讨论ABAQUS/ADAMS。ABAQUS/C-MOLDABAQUS/C-MOLD把注模分析软件C-MOLD中有限元网格、材料性质和初始应力数据转换成为ABAQUS输入文件。本指南中不讨论ABAQUS/C-MOLD。ABAQUS/DesignABAQUS/Design的一系列功能可附加在ABAQUS/Standard中进行设计敏度计算。ABAQUS/Design在本指南中不予讨论。ABAQUS/MOLDFLOWABAQUS/MOLDFLOW模块把MOLDFLOW分析软件中的有限元模型信息转换成ABAQUVS输入文件的一部分。本指南中不讨论ABAQUS/MOLDFLOW。1.2ABAQUS/Standard入门