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1、 第二章 ABAQUS 基本使用方法 2(pp15)快捷键：Ctrl+Alt+左键来缩放模型；Ctrl+Alt+中键来平移模型； Ctrl+Alt+右键来旋转模型。 (pp16)ABAQUS/CAE 不会自动保存模型数据，用户应当每隔一段时间自己保存 模型以避免意外 丢失。 3(pp17)平面应力问题的截面属性类型是 Solid （实心体） 而不是 Shell （壳） 。 ABAQUS/CAE 推荐的建模方法是把整个数值模型（如材料、边界条件、载荷等） 都直接定义在几 何模型上。 载荷类型 Pressure 的含义是单位面积上的力，正值表示压力，负值表示拉力。 4(pp22)对于应力集中问题，
2、使用二次单元可以提高应力结果的精度。 5(pp23)Dismiss 和 Cancel 按钮的作用都是关闭当前对话框，其区别在于： 前者出现在包含只读数 据的对话框中；后者出现在允许作出修改的对话框中，点击 Cancel 按钮可关闭 对话框，而不保存 所修改的内容。 6(pp26)每个模型中只能有一个装配件，它是由一个或多个实体组成的，所谓 的“实体”（instance） 是部件（part）在装配件中的一种映射，一个部件可以对应多个实体。材料和截 面属性定义在部件 上，相互作用（interaction）、边界条件、载荷等定义在实体上，网格可以定 义在部件上或实体上， 对求解过程和输出结果的控制参
3、数定义在整个模型上。 7(pp26) ABAQUS/CAE 中的部件有两种：几何部件（native part）和网格部件 （orphan mesh part）。 创建几何部件有两种方法：（1）使用 Part 功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、 倒角和放样等特征来直 接创建几何部件。（2）导入已有的 CAD 模型文件，方法是：点击主菜单 FileImportPart。网 格部件不包含特征，只包含节点、单元、 面、集合的信息。创建网格部件有三 种方法：（1）导入 ODB 文件中的网格。（2）导入 INP 文件中的网格。（3）把几何部件转化为网 格部件，方法是：进 入 Mesh 功能模块，点击主菜单 M
4、eshCreate Mesh Part。 8(pp31)初始分析步只有一个，名称是 initial，它不能被编辑、重命名、替 换、复制或删除。在初 始分析步之后，需要创建一个或多个后续分析步，主要有两大类：（1）通用分 析步（general analysis step）可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包含以下类型： Static, General: ABAQUS/Standard 静力分析 Dynamics, Implicit: ABAQUS/Standard 隐式动力分析 Dynamics, Explicit: ABAQUS/ Explicit 显式动态分析 （2）线性摄动分析步（
5、linear perturbation step）只能用来分析线性问题。 在 ABAQUS/Explicit 中 不能使用线性摄动分析步。在 ABAQUS/Standard 中以下分析类型总是采用线性 摄动分析步。 Buckle: 线性特征值屈曲。 Frequency: 频率提取分析。 Modal dynamics: 瞬时模态动态分析。 Random response: 随机响应分析。 Response spectrum: 反应谱分析。 Steady-state dynamics: 稳态动态分析。 9 （pp33） 在静态分析中， 如果模型中不含阻尼或与速率相关的材料性质， “时 间”就没有实
6、际的物 理意义。为方便起见，一般都把分析步时间设为默认的 1。每创建一个分析步， ABAQUS/CAE 就 会自动生成一个该分析步的输出要求。 10 （pp34）自适应网格主要用于 ABAQUS/Explicit 以及 ABAQUS/Standard 中 的表面磨损过程 模拟。在一般的 ABAQUS/Standard 分析中，尽管也可设定自适应网格，但不会 起到明显的作用。 Step 功能模块中，主菜单 OtherAdaptive Mesh Domain 和 OtherAdaptive Mesh Controls 分别 设置划分区域和参数。 11（pp37）使用主菜单 Field 可以定义场变
7、量（包括初始速度场和温度场变 量）。有些场变量与分 析步有关，也有些仅仅作用于分析的开始阶段。使用主菜单 Load Case 可以定 义载荷状况。载荷状 况由一系列的载荷和边界条件组成，用于静力摄动分析和稳态动力分析。 12（pp42）独立实体是对部件的复制，可以直接对独立实体划分网格，而不能 对相应的部件划分 网格。非独立实体是部件的指针，不能直接对非独立实体划分网格，而只能对相 应的部件划分网格。 由网格部件创建的实体都是非独立实体。 13（pp45）Quad 单元（二维区域内完全使用四边形网格）和 Hex 单元（三维 区域内完全使用六 面体网格）可以用较小的计算代价得到较高的精度，因此应
8、尽可能选择这两种单 元。 14（pp45）结构化网格和扫掠网格一般采用 Quad 单元和 Hex 单元，分析精度 相对较高。因此优 先 选用这两种划分技术。使用自由网格划分技术时，一般来说，节点的位置会 与种子的位置相吻 合。使用结构化网格和扫掠网格划分技术时，如果定义了受完全约束的种子，划 分可能失败。 15（pp45）划分网格的两种算法： 中性轴算法（Medial Axis）： （1）中性轴算法（Medial Axis）更易得到单元形状规则的网格，但网格与种子 的位置吻合得较差。 （2）在二维区域中，使用此算法时选择 Minimize the mesh transition（最小 化网格的
9、过渡）可提 高网格质量，但更容易偏离种子。当种子布置得较稀疏时，使用中性轴算法得到 的单元形状更规则。 （3）如果在模型的一部分边上定义了受完全约束的种子，中性轴算法会自动为 其他的边选择最佳 的种子分布。 （4）中性轴算法不支持由 CAD 模型导入的不精确模型和虚拟拓扑。 Advancing Front 算法 （1） 网格可以与种子的位置很好地吻合，但在较窄的区域内，精确匹配每粒种 子可能会使网格 歪斜。 （2） 更容易得到单元大小均匀的网格。 有些情况下， 单元均匀是很重要的， 例 如在 ABAQUS/Explicit 中，网格中的小单元会限制增量步长。 （3） 容易实现从粗网格到细网格的
10、过渡。 （4） 支持不精确模型和二维模型的虚拟拓扑。 16（pp50）网格划分失败时的解决办法 网格划分失败的原因： （1） 几何模型有问题，例如模型中有自由边或很小的边、面、尖角、裂缝等。 （2） 种子布置得太稀疏。 如果无法成功地划分 Tet 网格，可以尝试以下措施： （1） 在 Mesh 功能模块中，选择主菜单 ToolsQuery 下的 Geometry Diagnostics，检查模型中 是否有自由边、短边、小平面、小尖角或微小的裂缝。如果几何部件是由 CAD 模 型导入的， 则应注意检查是否模型本身就有问题（有时可能是数值误差导致的）；如果几何 部件是在 ABAQUS/CAE 中创
11、建的，应注意是否在进行拉伸或切割操作时，由于几何坐标的 误差，出 现了上述问题。 （2） 在 Mesh 功能模块中，可以使用主菜单 ToolsVirtual Topology（虚拟 拓扑）来合并小的边 或面，或忽略某些边或顶点。 （3） 在 Part 功能模块中，点击主菜单 ToolsRepair，可以修复存在问题的 几何实体。 （4） 在无法生成网格的位置加密种子。 17（pp51）网格质量检查 在 Mesh 功能模块中，点击主菜单 MeshVerify，可以选择部件、实体、几何区 域或单元，检查其 网格的质量，获得节点和单元信息。在 Verify Mesh 对话框，选择 Statistic
12、al Checks（统计检查） 可以检查单元的几何形状，选择 Analysis Checks（分析检查）可以检查分析过 程中会导致错误或 警告信息的单元。单击 Highlight 按钮，符合检查判据的单元就会以高亮度显 示出来。 18（pp51）单元类型 ABAQUS 拥有 433 种单元，分 8 大类：连续体单元（continuum element，即实 体单元 solid element）、壳单元、薄膜单元、梁单元、杆单元、刚体单元、连接单元和无限 元。 （1） 线性单元（即一阶单元）；二次单元（即二阶单元）；修正的二次单元（只 有 Tri 或 Tet 才有 此类型）。 （2） ABAQU
13、S/Explicit 中没有二次完全积分的连续体单元。 （3） 线性完全积分单元的缺点：承受弯曲载荷时，会出现剪切自锁，造成单元 过于刚硬，即使 划分很细的网格，计算精度仍然很差。 （4） 二次完全积分单元的优点：（A）应力计算结果很精确，适合模拟应力集 中问题；（B）一般 情况下，没有剪切自锁问题。但使用这种单元时要注意：（A）不能用于接触分 析；（B）对 于弹塑性分析， 如果材料不可压缩 （例如金属材料） ， 则容易产生体积自锁； （C） 当单元发 生扭曲或弯曲应力有梯度时，有可能出现某种程度的自锁。 （5） 线性减缩积分单元在单元中心只有一个积分点，存在沙漏数值问题而过于 柔软。采用这种
14、 单元模拟承受弯曲载荷的结构时， 沿厚度方向上至少应划分四个单元。 优点： （A） 位移计 算结果较精确；（B）网格存在扭曲变形时（例如 Quad 单元的角度远远大于或 小于 90）， 分析精度不会受到明显的影响；（C）在弯曲载荷下不易发生剪切自锁。缺点： （A）需要较 细网格克服沙漏问题； （B）如果希望以应力集中部位的节点应力作为分析目标， 则不能选 用此单元。 （6） 二次减缩积分单元不但保持线性减缩积分单元的上述优点，还具有如下特 点：（A）即使不 划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题；（B）即使在复杂应力状态下，对 自锁问题也 不敏感。使用这种单元要注意：（A）不能用于接触分析；（
15、B）不能用于大应变 问题；（C） 存在与线性减缩积分单元类似的问题， 即节点应力的精度往往低于二次完全积分 单元。 （7） 非协调模式单元可克服线性完全积分单元中的剪切自锁问题，仅在 ABAQUS/Standard 有。 优点：（A）克服了剪切自锁问题，在单元扭曲比较小的情况下，得到的位移和 应力结果很 精确；（B）在弯曲问题中，在厚度方向上只需很少的单元，就可以得到与二次 单元相当的 结果，而计算成本却明显降低；（C）使用了增强变形梯度的非协调模式，单元 交界处不会 重叠或开洞，因此很容易扩展到非线性、有限应变得位移。但使用这种单元时要 注意：如 果所关心部位的单元扭曲比较大，尤其是出现交错
16、扭曲时，分析精度会降低。 （8） 使用 Tri 或 Tet 单元要注意：（A）线性 Tri 或 Tet 单元的精度很差， 不要在模型中所关心的 部位及其附近区域使用；（B）二次 Tri 或 Tet 单元的精度较高，而且能模拟任 意的几何形状， 但计算代价比 Quad 或 Hex 单元大，因此如果能用 Quad 或 Hex 单元，就尽量不 要使用 Tri 或 Tet 单元；（C）二次 Tet 单元(C3D10)适于 ABAQUS/Standard 中的小位移无 接触问题； 修正的二次 Tet 单元(C3D10M)适于 ABAQUS/Explicit 和 ABAQUS/Standard 中的 大变形和 接触问题；（D）使用自有网格不易通过布置种子来控制实体内部的单元大小。 （9） 杂交单元 在 ABAQUS/Standard 中，每一种实体单元都有其对应的杂交单 元，用于不可压 缩材料（泊松比为 0.5，如橡胶）或近似不可压缩材料（泊松比大于 0.475）。 除了平面应力 问题之外，
