Abaqus_超好详细教程

第二章ABAQUS基础一个完整的ABAQUS分析过程，通常由三个明确的步骤组成：前处理、模拟计算和后处理。这三个步骤的联系及生成的相关文件如下：前处理（ABAQUS/CAE）在前处理阶段需定义物理问题的模型并生成一个ABAQUS输入文件。通常的做法是使用ABAQUS/CAE或其它前处理模块，在图形环境下生成模型。而一个简单问题也可直接用文件编辑器来生成ABAQUS输入文件。模拟计算（ABAQUS/Standard）模拟计算阶段用ABAQUS/Standard求解模型所定义的数值问题，它在正常情况下是作为后台进程处理的。一个应力分析算例的输出包括位移和应力，它们存储在二进制文件中以便进行后处理。完成一个求解过程所需的时间可以从几秒钟到几天不等，这取决于所分析问题的复杂程度和计算机的运算能力。后处理（ABAQUS/CAE）一旦完成了模拟计算得到位移、应力或其它基本变量，就可以对计算结果进行分析评估，即后处理。通常，后处理是使用ABAQUS/CAE或其它后处理软件中的可视化模块在图形环境下交互式地进行，读入核心二进制输出数据库文件后，可视化模块有多种方法显示结果，包括彩色等值线图，变形形状图和x－y平面曲线图等。2.1ABAQUS分析模型的组成ABAQUS模型通常由若干不同的部件组成，它们共同描述了所分析的物理问题和所得到的结果。一个分析模型至少要具有如下的信息：几何形状、单元特性、材料数据、荷载和边界条件、分析类型和输出要求。几何形状有限单元和节点定义了ABAQUS要模拟的物理结构的基本几何形状。每一个单元都代表了结构的离散部分，许多单元依次相连就组成了结构，单元之间通过公共节点彼此相互连结，模型的几何形状由节点坐标和节点所属单元的联结所前处理ABAQUS/Pre或其它软件输入文件：job.inp模拟ABAQUS/Standard输入文件：job.res,job.fil后处理ABAQUS/Post或其它软件确定。模型中所有的单元和节点的集成称为网格。通常，网格只是实际结构几何形状的近似表达。网格中单元类型、形状、位置和单元的数量都会影响模拟计算的结果。网格的密度越高（在网格中单元数量越大），计算结果就越精确。随着网格密度增加，分析结果会收敛到唯一解，但用于分析计算所需的时间也会增加。通常，数值解是所模拟的物理问题的近似解答，近似的程度取决于模型的几何形状、材料特性、边界条件和载荷对物理问题的仿真程度。单元特性ABAQUS拥有广泛的单元选择范围，其中许多单元的几何形状不能完全由它们的节点坐标来定义。例如，复合材料壳的叠层或工字型截面梁的尺度划分就不能通过单元节点来定义。这些附加的几何数据由单元的物理特性定义，且对于定义模型整体的几何形状是非常必要的。（见第3章）。材料数据对于所有单元必须确定其材料特性，然而高质量的材料数据是很难得到的，尤其是对于一些复杂的材料模型。ABAQUS计算结果的有效性受材料数据的准确程度和范围的限制。加载和边界条件加载使结构变形和产生应力。大部分加载的形式包括：·点载荷·表面载荷·体力，如重力·热载荷边界条件是约束模型的某一部分保持固定不变（零位移）或移动规定量的位称（非零位移）。在静态分析中需要足够的边界条件以防止模型在任意方向上的刚体移动；否则，在计算过程中求解器将会发生问题而使模拟过程过早结束。在计算过程中一旦查出求解器发生了问题，ABAQUS将发出错误信息，非常重要的一件事情是，用户要知道如何解释这些ABAQUS发出的错误信息。如果在静态应力分析时看见警告信息“numericalsingularity”(数值奇异)或“zeropivot”（主元素为零），必须检查模型是否全部或部分地缺少限制刚体平动或转动的约束。在动态分析中，由于结构模型中的所有分离部分都具有一定的质量，其惯性力可防止模型产生无限制的瞬时运动，因此，在动力分析时，求解过程中的警告通常提示其它的问题，如过度塑性问题。分析类型大多数模拟问题的类型是静态分析，即在外载作用下获得结构的长期响应。在有些情况下，可能令人感兴趣的是加载结构的动态响应：例如，在结构部件上突然加载的影响，像冲击载荷的发生，或在地震时建筑物的响应。ABAQUS可以实现许多不同类型的模拟，但是这本指南只涵盖两种最一般的分析类型：静态和动态的应力分析。输出要求ABAQUS的模拟计算过程会产生大量的输出数据。为了避免占用大量的磁盘空间，用户可限制输出数据的数量，只要它能说明问题的结果即可。通常用ABAQUS/CAE作为前处理工具来定义构成模型所必需的部件。2.2ABAQUS/CAE简介ABAQUS/CAE是ABAQUS进行操作的完整环境，在这个环境中，可提供简明，一致的界面来生成计算模型，可交互式地提交和监控ABAQUS作业，并可评估计算结果。ABAQUS/CAE分为若干个功能模块，每一个功能模块定义了建模过程中的一个逻辑方面；例如，定义几何形状、定义材料性质、生成网格等等。通过功能模块到功能模块之间的切换，同时也就完成了建模。一旦建模完成，ABAQUS/CAE会生成一个输入文件，用户可把它提交给ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解器。求解器读入输入文件进行分析计算，同时发送信息给ABAQUS/CAE以便对作业的进程进行监控，并产生输出数据。最后，用户可使用可视化模块阅读输出数据，观察分析结果。用户与ABAQUS/CAE交互时，会产生一个命令执行文件，它用命令方式记录了操作的全过程。2.2.1ABAQUS/CAE的启动欲启动ABAQUS/CAE，只需在操作系统的命令提示符下给出命令：abaquscae一旦启动，立即出现StartSession对话框，如图2－1所示。图2－1StartSession对话框在这个对话框中有四个选择项：·CreatemodelDatabase，开始一个新的分析。·OpenDatabase，打开一个以前存贮过的模型或者输出数据库文件。·RunScript，运行一个ABAQUS/CAE命令文件。·StartTutorial从在线文件启动辅导教程。2.2.2主窗口的组成部分用户是通过主窗口与ABAQUS/CAE进行交互的。图2－2是刚打开ABAQUS/CAE时的主窗口状态。主窗口由以下各个部分组成：Titlebar（标题条）Titlebar给出了正在运行的ABAQUS/CAE版本和当前的模型数据库的名字。Menubar（菜单条）Menubar中包含了所有的菜单，通过对菜单的操作可调用ABAQUS/CAE的全部功能。当用户在Contextbar中选择不同的模块时，就会在menubar得到不同的菜单系统。详情可见ABAQUS/CAE用户手册的6.2.2节。Toolbar（工具条）Toolbar提供了一种快速操作途径来调用菜单中常用命令。详情可见ABAQUS/CAE用户手册的6.2.3节。Contextbar（过渡条）ABAQUS/CAE是分为一系列功能模块的，其中每一个模块只针对模型的某一方面。用户可以在Contextbar的Module表中进行各模块之间的切换。Contextbar里的其它项则是当前模块的功能；例如，Contextbar允许用户在构造模型的几何形状时退出已存在的部件。详情可见ABAQUS/CAE用户手册的6.2.4节。Toolboxarea（工具盒区）一旦进入某一功能模块，toolbox区中就会出现该功能模块对应的工具。Toolbox使用户可快速调用许多模块功能，这些功能在menubar中也是有效的。详情可见ABAQUS/CAE用户手册的第4节。Canvasanddrawingarea（拆分条区）可把Canvas设想为一个无限大的屏幕或布告板，用户可在其中安置诸如图形窗口，文本和箭标等内容。详情可见ABAQUS/CAE用户手册的第8章。Drawing区是canvas的可见部分。图2－2主窗口的各个部分Viewport（图形窗口）Viewport是ABAQUS/CAE显示模型的几何图形的窗口。详情可见ABAQUS/CAE用户手册的第2节。Promptarea（提示区）提示区会提示用户的下一步操应做什么，例如在生成一个“集”时，会提示要选择相关形体，详情见ABAQUS/CAE的7.2节。Messagearea（信息区）在信息区中会出现状态和警告信息，若要改变信息区的大小，可拖拉位于其右上方的小方块，若要阅读已滚出信息区的信息，可利用右边的滚动条。2.2.3什么是功能模块？如前所述，ABAQUS/CAE分成一系列功能模块。每一个模块只包含构模所需的某一方面的工具。例如Mesh模块只包含生成网格的工具，而Job模块只包含生成、编辑、提交和监控分析作业的工具等等。用户可以从Context条的Module表中选择模块，见图2－3。在菜单中排列的模块次序与构造一个分析模型应遵循的逻辑次序是一致的。在许多情况下，用户必须遵循这个自然的次序来完成构模任务；例如用户在生成装配件前必须先生成部件。虽然如此，ABAQUS/CAE也允许用户在任何时刻选择任一个模块进行工作，而无需顾及模型的状态。然而，某些明显的限制是客观存在的；例如不可能在未生成几何体以前就去指定象梁横截面尺寸这样的截面性质。一个完整的模型要包含ABAQUS分析所需的全部内容。ABAQUS/CAE采用模型数据库来存贮模型，在启动ABAQUS/CAE时会弹出StartSession对话框，这意味着在内存中已经有了一个新的，但是还没有内容的模型数据库。ABAQUS/CAE启动后，用户可以从主菜单条里选择File→Save命令序列来存贮模型数据于磁盘，也可以选择File→Open命令序列从磁盘中调出模型数据。下列的功能模块表在ABAQUS/CAE操作中常常见到，这个表简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块。表中所列的模块的次序与Context条中的模块表是一致的。（见图2－3）图2－3功能模块的选择Part（部件）用户在Part模块里生成单个部件，可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部件。详情可参考ABAQUS/CAE用户手册的第15章。Property（特性）截面（Section）的定义包括了部件特性或部件区域类信息，如区域的相关材料定义和横截面形状信息。在Property模块中，用户生成截面和材料定义，并把它们赋于(Assign)部件。详情见ABAQUS/CAE用户手册第16章。Assembly（装配件）所生成的部件存在于自己的坐标系里，独立于模型中的其它部件。用户可使用Assembly模块生成部件的副本（instance），并且在整体坐标里把各部件的副本相互定位，从而生成一个装配件。一个ABAQUS模型只包含一个装配件。详情见ABAQUS/CAE用户手册的第17章。Step（分析步骤）用户用Step模块生成和配置分析步骤与相应的输出需求。分析步骤的序列提供了方便的途径来体现模型中的变化（如载荷和边界条件的变化）。在各个步骤之间，输出需求可以改变。详情见ABAQUS/CAE用户手册第18章。Interaction（相互作用）在interaction模块里，用户可规定模型的各区域之间或模型的一个区域与环境之间的力学和热学的相互作用，如两个表面之间的接触关系。其它的相互作用包括诸如绑定约束，方程约束和刚体约束等约束。若不在Interaction模块里规定接触关系，ABAQUS/CAE不会自动识别部件副本之间或一个装配件的各区域之间的力学接触关系。只规定两个表面之间相互作用的类型，对于描述装配件中两个表面的边界物理接近度是不够的。相互作用还与分析步相关联，这意味着用户必须规定相互作用所在的分析步。详情见ABAQUS/CAE用户手册第19章。Load（载荷）在Load模块里指定载荷，边界条件和场。载荷与边界条件跟分析步相关，这意味着用户必须指定载荷和边界条件所在的分析步。有些场变量与分析步相关，而其它场变量仅仅作用于分析的开始。详情可见ABAQUS/CAE用户手册第20章。Mesh（网格）Mesh模