ABAQUS简易培训教材(中文)

1ABAQUS简易教程一、ABAQUS公司及产品简介ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一。ABAQUS公司成立于1978年，在美国总部的技术开发人员超过160人，其中有70多人具备工程或计算机科学的博士学位，全球技术支持人员超过130人，这可能是世界上最大的计算固体力学团队。1.1ABAQUS产品ABAQUS/CAE为ABAQUS求解器提供快速交互式的前后处理环境ABAQUS的建模、分析、监测和控制、以及结果评估的完整界面ABAQUS/Standard主要用于结构静态、动态线性和非线性分析耦合分析ABAQUS/Explicit瞬态的大变形和高度非线性分析可以在ABAQUS/Standard分析结束状态进行继续分析1.2ABAQUS有限元软件的功能线性静力学,动力学,和热传导例如应力,振动,声场,地质力学,压电效应,等汽车、飞机机身等的静力和动力学响应,结构刚度,等非线性和瞬态分析接触,塑性失效,断裂和磨损,复合材料,超弹性等汽车碰撞,电子器件跌落,冲击和损毁等多体动力学分析同时结合刚体,线性柔体,和非线性柔体模拟各种连接件等应用在：汽车运动,高速机械,微机电系统MEMS,航空航天机构,医疗器械,等二、ABAQUS输入文件2.1ABAQUS模型的组件ABAQUS的分析模块以批处理的方式运行。分析模块的基本输入为输入文件。在输入文件中包含单元、材料、过程和载荷库等选项。这些选项可以以任意合理的方式组合，所以可以为多种问题建模。输入文件被分为两个部分：模型数据和历程数据。模型数据历程数据几何选项—节点、单元材料选项其它模型选项过程选项载荷选项输出选项2.2ABAQUS输入文件的格式ABAQUS的输入文件（.inp文件）包含若干可选的数据块，这些数据块以一个关键字开头，如*PLASTIC。如果需要的话，数据行将跟在关键字行的后面。所有的输入行长度限制在256字符以内，变量名限制在80字符以内，且必须以字母开始。所有的注释行以**开始，可以放在任意的位置。关键字行以*开始，后面接关键字，必要的时候可加参数，如：*MATERIAL,NAME=name，这里，MATERIAL是关键字，NAME是参数，name是你给定的参数值。数据行用来为给定的选项定义批量数据，如单元的定义：*ELEMENT,TYPE=b21关键字行560,101,1022564,102,103数据行572,103,104·节点号（相对于梁b21单元）·单元号每个数据块要么属于模型数据，要么属于历程数据，模型数据必然置于历程数据之前。而在模型数据和历程数据内部，数据块的顺序和位置是任意的，除了一些特例，如：*HEADING必须置于输入文件的第一行，*ELASTIC、*DENSITY和*PLASTIC是*MATERIAL的子选项，则他们必须直接跟在*MATERIAL后等。下面我们以悬臂梁模型为例介绍其输入文件的各个部分。输入文件：——模型数据*HEADINGCANTILEVERBEAMEXAMPLEUNITSINMM,N,MPa*NODE1,0.0,0.0.11,200.0,0.0*NSET,NSET=END11,*ELEMENT,TYPE=B21,ELSET=BEAMS1,1,3..5,9,11*BEAMSECTION,SECTION=RECT,ELSET=BEAMS,MATERIAL=MAT150.0,5.0**MaterialfromXXXtestinglab*MATERIAL,NAME=MAT1*ELASTIC2.0E5,0.3*BOUNDARY1,ENCASTRE——历程数据*STEP历程数据以第一个*step选项开始边界条件节点号单元号标题选项块节点选项块单元集定义单元选项块属性引用选项块注释行弹性选项块材料选项块固定边界条件选项块点载荷3APPLYPOINTLOAD*STATIC指定为静态分析过程*CLOAD11,2,-1200.0*OUTPUT,FIELD,FREQUENCY=10*ELEMENTOUTPUT,VARIABLE=PRESELECT*OUTPUT,HISTORY,FREQUENCY=1*NODEOUTPUT,NSET=ENDU输出数据*ELPRINT,FREQUENCY=10S,E*NODEFILE,FREQUENCY=5U*ENDSTEP历程数据以*endstep选项结束在输入文件中使用集名引用属性：*ELEMENT,TYPE=B21,ELSET=BEAMS1,1,3*BEAMSECTION,SECTION=RECT,ELSET=BEAMS,MATERIAL=MAT150.0,5.0*MATERIAL,NAME=MAT1*ELASTIC2.0E5,0.3*BEAMSECTION为单元集BEAMS和材料集MAT1建立联系。在*BEAMSECTION选项中，横截面为长方形（RECT），宽度为50.0，高度为5.0。在*MATERIAL选项块中，材料名为MAT1，弹性模量为2.0E5，泊松比为0.3。边界条件：*BOUNDARY1,1,6边界条件数据块中，第一个1为节点号，后面的1，6为自由度，整个数据块为节点1施加了1到6所有自由度的约束。在ABAQUS中，只激活节点必要的自由度，2维问题中1，2，6自由度为有效自由度，所以下面的输入数据是等效的。*BOUNDARY*BOUNDARY*BOUNDARY1,1,2或1,ENCASTRE或1,1,61,6,6输出需求：*OUTPUT,FIELD,FREQUENCY=10*ELEMENTOUTPUT,VARIABLE=PRESELECT输出到输出数据库文件*OUTPUT,HISTORY,FREQUENCY=1*NODEOUTPUT,NSET=ENDU,上面的数据块将预先选定的场变量输出到数据库（.odb）文件，并且为单元集END定义了位移的输出。每个输出需求包括FREQUENCY参数，如果分析需要多个增量，FREQUENCY参数指定了结果的输出频率。*ELPRINT,FREQUENCY=10S,E*NODEFILE,FREQUENCY=5载荷定义，11：节点号，2：自由度-1200.0：载荷大小输出到数据文件输出到结果文件4U利用*ELPRINT选项，将数据输出到数据（.dat）文件，便于直观的检查。使用*NODEFILE选项，以二进制格式输出到结果（.fil）文件，用户可用第三方后处理软件。三、ABAQUS/CAE简介3.1ABAQUS/CAE的优势将建模、分析、作业管理和结果评估无缝集成。使用中性数据库文件，使得数据库文件和计算机无关。可以为具体的应用系统定制界面。为ABAQUS求解器提供了最完整的界面。3.2ABAQUS/CAE的基本特征现代的图形用户界面(GUI)，如菜单、图标和对话框1、应用菜单可以直接访问各种功能2、对于经常使用的功能，图表能提高访问速度。3、对话框可以输入文本信息，还可以选择不同的选项。一致的环境1、以模块的方式表示各种功能。2、每个模块包含该模块所有功能的子集。3、各个模块的表示方法相似，理解其中一个模块的表示方法，可以方便的理解其他模块的表示方法。弹性材料表格力学属性子菜单可视化工具箱图表•创建部件的几何模型（如果需要，还需创建区域）•为初始构型定位部件。如果模型中只包含一个部件，装配件将被自动创建。•将装配件分割成可以分网的区域并划分网格•定义分析步和输出需求•定义材料•定义部件区域的截面属性•为部件或区域定义和分配截面属性•为区域、集定义接触或其他形式的相互作用，并在指定的分析步应用它们•为区域或集指定载荷、边界条件和场，并在指定的分析步应用它们•提交、管理、并监控分析作业•检验结果AssemblyLoadMeshVisualizationInteractionJobPartPropertyStep5完备的CAD系统同许多CAD系统类似，ABAQUS/CAE也是基于部件和部件实例装配件的概念。可以导入从其他程序生成的几何体。基于特征和参数化建模ABAQUS/CAE引入特征概念，特征是设计过程中的重要组成，一个模型一般由几个特征组成。如：几何特征：实体拉伸，线，切割，导角等装配件特征：轮子必须与轴同心，毛坯必须与刚体模型正确的接触等。分网特征：将几何体分成不同的区域，利用不同的分网技术划分网格，不同的边可以具有不同的网格密度等等。参数是可以修改的量，它为特征提供了附加的信息。实体拉伸参数：拉伸横截面的草图，拉伸的深度。切削：对横截面草图进行切削，切削的深度。导角参数：导角的半径。装配件接触参数：间距。特征具备父子关系，子特征的存在依赖于父特征的存在，删除父特征的时候，ABAQUS/CAE会删除和该父特征相关的所有子特征。特征可以通过编辑参数的方法进行修改。3.3ABAQUS/CAE典型例题我们将通过ABAQUS/CAE完成右图的建模及分析过程。首先我们创建几何体一、创建基本特征：1、首先运行ABAQUS/CAE，在出现的对话框内选择CreateModelDatabase。2、从Module列表中选择Part，进入Part模块导角实体拉伸切割实体拉伸参数拉伸深度拉伸横截面的草图63、选择Part→Create来创建一个新的部件。在提示区域会出现这样一个信息。4、CAE弹出一个如右图的对话框。将这个部件命名为Hinge-hole，确认ModelingSpace、Type和BaseFeature的选项如右图。5、输入0.3作为Approximatesize的值。点击Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。６、在工具栏选择CreateLines:Rectangle(4Lines)，在提示栏出现如下的提示后，输入（0.02,0.02）和（-0.02,-0.02），然后点击３键鼠标的中键（或滚珠）。７、在提示框点击OK按钮。CAE弹出EditBasicExtrusion对话框。８、输入0.04作为Depth的数值，点击OK按钮。二、在基本特征上加个轮缘１、在主菜单上选择Shape→Solid→Extrude。２、选择六面体的前表面，点击左键。３、选择如下图所示的边，点击左键。４、如右上图那样利用图标创建三条线段。５、在工具栏中选择CreateArc:Centerand2Endpoints６、移动鼠标到(0.04,0.0)，圆心，点击左键，然后将鼠标移到(0.04,0.02)再次点击鼠标左键，从已画好区域的外面将鼠标移到(0.04,-0.02)，这时你可以看到在这两个点之间出现一个半圆，点击左键完成这个半圆。７、在工具栏选择CreateCircle:CenterandPerimeter８、将鼠标移动到(0.04,0.0)点击左键，然后将鼠标移动到(0.05,0.0)点击左键。９、从主菜单选择Add→Dimension→Radial，为刚完成的圆标注尺寸。10、选择工具栏的EditDimensionValue图标11、选择圆的尺寸(0.01)点击左键，在提示栏输入0.012，按回车。再次点击EditDimensionValue，7退出该操作。12、点击提示栏上的Done按钮。13、在CAE弹出的EditExtrusion对话框内输入0.02作为深度的值。CAE以一个箭头表示拉伸的方向，点击Clip可改变这个方向。点击OK，完成操作。三、创建润滑孔１、进入Sketch模块，从主菜单选择Sketch→Create，命名为Hole，设置0.2为ApproximateSize的值，点击Continue。２、创建一个圆心在(0,0)，半径为0.003的圆，然后点击Done，完成这一步骤。３、回到Part模块，在Part下拉菜单中选择Hinge-hole。４、在主菜单中选择Tools→Datum，按右图所示选择对话框内的选项，点击Apply。５、选择轮缘上的一条边，见下图，参数的值是从0到１，如果，箭头和图中所示一样就输入0.25，敲回车，否则就输入0.75。ABAQUS/CAE在这条边的1/4处上创建一个点。６、创建一个基线，在Cre