第一讲-ABAQUS基础

Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司第一讲ABAQUS基础王慎平北京怡格明思工程技术有限公司Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司什么是有限元?为了对结构进行分析计算,我们把连续的区域进行离散化,然后利用计算机的高速计算能力,求解平衡方程组，得到结构对一系列约束和载荷的响应,从而对结构的性能是否满足要求进行评价,从而对产品的设计和更改起到指导作用。离散化Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司有限元分析的目标：新产品设计：分析产品破坏原因。检查设计缺陷。……现在产品：缩短产品开发周期。降低加工成本。提高产品质量。……Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司ABAQUS的结构:Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司ABAQUS/CAE完整的ABAQUS环境，可以用于建模、管理和监控ABAQUS分析过程，并进行结果的可视化处理。直观的、一致的用户界面。与普通的CAD系统相似，ABAQUS也是基于部件实例的部件和组装件的概念。可以在ABAQUS/CAE中创建部件，或从其它系统中导入几何体（在ABAQUS/CAE中分网）或网格。创建部件是内建的、基于特征的、参数化的建模系统。Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司求解器模块ABAQUS/StandardABAQUS/ExplicitInnovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司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、热和电反应等。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形和非线形行为，而且任何一种材料都可以和任何一种单元或复合材料的层一起用于任何合适的分析类型。ABAQUS/Standard（隐式求解器）Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司耦合问题热力热电孔隙流-固应力-质量扩散压电分析声-固线性摄动分析静力/位移分析动力学应力/位移分析ABAQUS/Standard的功能：一般分析功能静态的应力/位移分析：率不相关响应和率相关（粘弹性/蠕变/粘塑性）响应瞬态动力学应力/位移分析瞬态或稳态热传导分析瞬态或稳态质量扩散分析Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司ABAQUS/Explicit（显式求解器）ABAQUS/Explicit是利用对事件变化的显示积分求解动态有限元方程。该模块适合于分析向冲击和爆炸这样短暂、瞬时的动态事件，对高度非线性问题也非常有效，包括模拟加工成形过程中改变接触条件的问题。以上两种分析模块输入文件的基本格式是相同的，他们的输出是相似的。ABAQUS/Explicit功能：高速动力学分析复杂的接触分析复杂的后屈曲分析高度非线性的准静态分析材料退化和失效分析Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比较ABAQUS/Standard通用的有限元程序。在结构模拟过程中，可以求解真正的静态平衡问题。提供多种分析不同类型问题的功能，包括许多非结构问题。应用牛顿－拉弗森方法求解非线性问题，应用增量迭代技术。具有无条件稳定增量。计算时候需要更多的物理内存空间。存在收敛性问题。ABAQUS/Explicit求解过程无需迭代。有条件稳定。适于求解高度不连续和高速的动力学问题。对于大规模问题，不象ABAQUS/Standard那样需要大量的硬盘空间。更容易处理接触问题，可用准静态法解决金属成型问题。含有网格自适应功能。求解结果存在稳定性问题。Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司ABAQUS分析模型的组成ABAQUS模型通常由若干不同的部分组成，它们共同描述了所分析的物理问题和需要获得的结果。一个分析模型至少要包含如下的信息：离散化的几何形体单元截面属性材料数据荷载和边界条件分析类型和输出要求输入文件被分为两个部分：模型数据和历程数据。模型数据几何选项—节点、单元材料选项其它模型选项历程数据过程选项载荷选项输出选项Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司一个分析历程需要进一步细分为分析步。不同的分析步包含不同的分析过程—例如，动态分析步后为静态分析步。ABAQUS分析步分为两种基本类型:通用分析步线性摄动分析步通用分析步和线性摄动分析步的区别：Generalsteps(通用分析步)定义的是一个接一个顺序的分析流程。前一个通用分析步的结束状态是后一个通用分析步的初始状态。通用分析步是历程相关的。Linearperturbationsteps(线性摄动分析步)分析“基础状态”基础上的线性响应，而基础状态是前溯最近的generalstep(通用分析步)。下一个分析步和Linearperturbationsteps是没有关系的。ABAQUS中的分析步Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司Step1:弓弦安装和预拉伸Step2:弓弦后拉Step3:Linearperturbationstep(线性摄动分析步)提取系统固有频率—对后续分析步没有影响Step4:释放弓箭Step1=预拉伸Step2=后拉Step4=释放弓箭Step3=提取自然频率理解ABAQUS中的分析步Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司NodeoptionblockPropertyreferenceoptionblockMaterialoptionblockElementoptionblockBoundaryconditionsoptionblockContactoptionblockInitialconditionsoptionblockAnalysisprocedureoptionblockLoadingoptionblockOutputrequestoptionblockModeldataHistorydata可选的数据块在可选的数据块中定义了所有的数据，它描述了模型定义的具体方面，比如单元定义等等。同时，选项块数据创建了模型。Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司每个可选的数据块以关键字行（keywordline）开头（第一个字符为*）。如果需要，数据行(Datalines)将跟在关键字行(keywordline)之后。注释行以**开头，可以放在数据文件的任意位置。所有的输入行长度限制在256个字符以内。变量名限制在80个字符以内，且必须以字母开头。例如下面的变量名是合法的：nodes_at_the_top_of_the_block_next_to_the_gasketInnovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司关键字行以一个*号和关键字开头，后面跟着选项名。可以包含若干必需的和可选的参数以及它们的值，它们以逗号隔开。例子：材料选项数据块可以定义一组材料属性。关键字*MATERIAL,NAME=materialname参数参数值材料选项数据块的第一行Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司数据行为给定选项定义批量数据；例如，单元定义。关键字行可以包含许多与之相关的数据行。例如：可以利用单元选项数据块，通过指定单元类型、单元号和节点连接关系定义单元。*ELEMENT,TYPE=B21560,101,102564,102,103572,103,104关键字行数据行节点号（对于梁B21单元）单元号Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司*ELASTIC,TYPE=ISOTROPIC200.0E4,0.3,20.0150.0E3,0.35,400.0··关键字行数据行温度泊松比杨氏模量例如：弹性材料选项数据块定义了弹性模型的类型和弹性材料属性。Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司可选数据块的顺序每个选项数据块要么属于模型数据(ModelData)，要么属于历程数据(HistoryData)，详见用户手册。在模型数据(modeldata)或历程数据(historydata)内部，选项数据块的顺序和位置是任意的，除以下几个少数的特列：例如：*HEADING必须放在数据文件的第一行。*ELASTIC，*DENSITY和*PLASTIC是*MATERIAL的子选项。因此，它们必须直接跟在*MATERIAL数据块后。子选项没有自己的名字参考。*STATIC，*DYNAMIC和*FREQUENCY必须在*STEP数据块之后，用于指定分析步对应的分析类型。Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司节点集TOPNODES包含以下节点101,102,...边界条件被应用到节点集TOPNODES中的所有节点。例子：节点集*NODE,NSET=TOPNODES101,0.345,0.679,0.223102,0.331,0.699,0.234..*BOUNDARY,TYPE=DISPLACEMENTTOPNODES,YSYMM节点集和单元集允许一次引用整个集，而不是单个的引用节点或单元。Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司例子：单元集*ELEMENT,TYPE=B21,ELSET=SEATPOST560,101,102,564,102,103..*BEAMSECTION,SECTION=PIPE,MATERIAL=STEEL,ELSET=SEATPOST0.12,0.004单元集SEATPOST包括单元560,564,...梁的截面属性应用到单元集SEATPOST中的所有单元。管子半径壁厚Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司从其它文件引用数据ABAQUS从另外的数据文件(includefile)读数据与它利用输入文件直接读取数据文件在效果上是一致的。引用数据文件(includefile)可以包含输入文件的任何内容，它本身也可以进一步引用其它数据文件。引用数据文件的格式必须与直接数据文件的格式必须保持一致。Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司例如：输入文件中引用包含文件*HEADING*INCLUDE,INPUT=node_and_element_numbers.txt..包含文件中的内容node_and_element_numbers.txt:*NODE,NSET=TOPNODES101,0.345,0.679,0.223102,0.331,0.699,0.234*ELEMENT,TYPE=B21,ELSET=SEATPOST560,101,102,564,102,103Innovatingthroughsimulation北京怡格明思工程技术有限公司单位ABAQUS并没有内部指定的单位规则。用户需要自己去统一单位。例如：N,kg,m,s或N,103kg,mm,s等等量纲SISI（mm）USUnit(ft)USUnit(inch)长度mmmFtin力NNlbflbf质量kgtonne(103kg)Sluglbfs2/in时间ssSs应力Pa(N/m2)MPa(N/mm2)lbf/ft2psi(lb