Abaqus仿真分析培训课件

IntroductiontoABAQUS/CAEAbaqus仿真分析培训数值模拟方法介绍数值模拟也叫计算机模拟。它以电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。节约时间、成本实验数值理论数值模拟的基本步骤（1）建立数学模型--基本守衡方程（2）建立物理问题模型--前处理建模（3）离散方程--选择离散方法和格式（4）求解方程--选择求解算法（5）编制、调试程序（6）研究结果--后处理（7）改进模型或提出指导方案x二维热传导y1.00.5ABCDE0.2Conductivity=52W/m/oCFilmcoefficient=750W/m2/oCBoundaryconditions:=100oCCalongABHeatflux=0alongDAConvectiontoambienttemperatureof0oCalongBCandCDObjective:FindqatETargetsolution:18.3oCatE使用软件分析的优势有限元软件的介绍三种数值分析方法：有限元方法，有限差分，有限体积方法有限元分析是对结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。有限元软件的对比ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析，目前没有流体模块。MSC是比较老（1963）的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。有限元软件的对比结构分析能力排名：

ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS流体分析能力排名：

ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：

ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性价比排名：

ADINA，ABAQUS、ANSYS、MSCANSYS与ABAQUS的对比应用领域：

1.ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。

2.ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可ANSYS与ABAQUS的对比求解器功能（1）对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。

（2）ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势。其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态非线性等多个方面。综合性能对比综合性能对比

1.ANSYS软件的命令流操作非常方便，对于结构循环优化方面比较有优势，但目前还只是局限于线性方面，非线性方面功能较差、近几年有一定发展；

2.ABAQUS软件则在显式非线性方面有些特色，但隐式非线性方面比不上ADINA，且不具备流体的功能

3.ADINA软件则在结构非线性及多物理场耦合方面非常出色，是全球非线性功能最强大的有限元软件之一，而且具有全球最好的流固耦合分析功能。软件分析的基本流程前处理建模、划分网格设置边界条件解算器求解控制方程、输出结果后处理分析结果开始结束ABAQUS分析的主要过程ABAQUS/CAEABAQUS/CAE(CompleteABAQUSEnvironment)交互式图形环境生成或输入将要分析模型模型结构分解并划分网格设置材料属性、载荷及边界条件提交和、监视、控制分析作业可视化分析结果ABAQUS/CAE用户界面1可以用于建模、管理和监控分析过程，并进行结果的可视化处理。2类似CAD，基于部件装配实体的概念3可以从其它系统中导入模型或网格。求解器ABAQUS/STANDARD|ABAQUS/EXPLICIT

为用户提供两种互补的分析工具。ABAQUS/STANDARD是一个通用分析模块，它能求解广泛领域的线性和非线性问题，包括静力、动力、构件的热和电响应。ABAQUS/EXPLICIT采用显示动力学有限元格式，适用于模拟短暂、瞬时的动态事件，如冲击和爆炸问题。ABAQUS求解器的特点可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题Standard隐式算法（稳定，费用高）当每一个求解增量步结束的时候，隐式的有限元要解一组方程组。Explicit显示方法（条件稳定，费用低）

并不需要求解方程组，通过动态方法推进增量计算ABAQUS主要功能复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题模拟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、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料其它工程问题：

热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质分析。ABAQUS主要功能软件功能静态应力/位移分析：包括线性，材料和几何非线性，以及结构断裂分析等动态分析粘弹性/粘塑性响应分析：粘塑性材料结构的响应分析热传导分析：传导，辐射和对流的瞬态或稳态分析质量扩散分析：静水压力造成的质量扩散和渗流分析等耦合分析：热/力耦合，热/电耦合，压/电耦合，流/力耦合，声/力耦合等非线性动态应力/位移分析：可以模拟各种随时间变化的大位移、接触分析等瞬态温度/位移耦合分析：解决力学和热响应及其耦合问题准静态分析：应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题退火成型过程分析：可以对材料退火热处理过程进行模拟海洋工程结构分析：对海洋工程的特殊载荷如流载荷、浮力、惯性力等进行模拟对海洋工程的特殊结构如锚链、管道、电缆等进行模拟对海洋工程的特殊的连接，如土壤/管柱连接、锚链/海床摩擦、管道/管道相对滑动等进行模拟IntroductiontoABAQUS/CAE软件功能水下冲击分析：对冲击载荷作用下的水下结构进行分析柔体多体动力学分析：对机构的运动情况进行分析，并和有限元功能结合进行结构和机械的耦合分析，并可以考虑机构运动中的接触和摩擦疲劳分析：根据结构和材料的受载情况统计进行生存力分析和疲劳寿命预估设计灵敏度分析：对结构参数进行灵敏度分析并据此进行结构的优化设计软件除具有上述常规和特殊的分析功能外，在材料模型，单元，载荷、约束及连接等方面也功能强大并各具特点：材料模型：定义了多种材料本构关系及失效准则模型，包括：弹性：线弹性，可以定义材料的模量、泊松比等弹性特性正交各向异性，具有多种典型失效理论，用于复合材料结构分析多孔结构弹性，用于模拟土壤和可挤压泡沫的弹性行为亚弹性，可以考虑应变对模量的影响超弹性，可以模拟橡胶类材料的大应变影响粘弹性，时域和频域的粘弹性材料模型

IntroductiontoABAQUS/CAEIntroductiontoABAQUS/CAE模型操作Ctrl+Alt+鼠标左键旋转模型Ctrl+Alt+鼠标右键缩放模型Ctrl+Alt+鼠标中键平移模型IntroductiontoABAQUS/CAE单位一致性SISI(mm)USUnitLengthmmminForceNN1bfMasskgT(103kg)1bfs2/inTimesssStressPaMPapsiEnergyJmJ(10-3J)in1bfDensityKg/m3t/mm31bfs2/in4Acem/s2mm/s2CAE软件其实是数值计算软件，没有单位的概念。IntroductiontoABAQUS/CAE分析流程九步走

1、几何建模Part

2、划分网格Mesh

3、特性设置Property

4、建立装配体Assembly5、定义分析步Step

6、相互作用Interaction

7、载荷边界Load

8、提交运算Job

9、后处理VisualizationIntroductiontoABAQUS/CAE1、几何建模Part

IntroductiontoABAQUS/CAE导入PartPro/E等CAD软件建好的模型后，另存成iges、sat、step等格式；然后导入Abaqus可以直接用。推荐采用step格式文件导入！IntroductiontoABAQUS/CAE创建Part如同其他CAE软件，Abaqus的建模功能有限，只适合建立简单Part，如跌落分析中的地面等。特征修改、删除等，很少用到Part模块专有线、面、体分割工具，辅助网格划分基准点、线、面及坐标系等小面修复等，辅助网格划分备注：如果按钮右下方有小黑三角，左键按住该按钮不放，可展开其他类似功能，向右移动鼠标即可切换功能。如：IntroductiontoABAQUS/CAE创建新PartModelingSpace三维立体模型、二维平面模型、轴对称模型Type部件类型：可变形体、离散刚体、解析刚体（为接触分析提供刚性表面）、欧拉体Shape部件形态：点线面体，随ModelingSpace和Type不同而不同Type建模方式：拉伸、旋转、扫略截面的大致尺寸，便于建模IntroductiontoABAQUS/CAE创建新Part之刚性地面1Namerigid-floorModelingSpace2DPlanarTypeAnalyticalrigidApproximatesize200IntroductiontoABAQUS/CAE创建新Part之刚性地面2如左图，画一个100X100的正方形，来模拟刚性地面。点击鼠标中键或点击按钮，完成。200IntroductiontoABAQUS/CAEPart管理器Part管理器的功能完全可以在窗口左侧模型树的右键快捷菜单实现。创建新Part，功能同复制Part重命名Part，便于管理删除Part锁定及解锁Part，锁定后Part将不能被修改修正Part退出IntroductiontoABAQUS/CAECreateSolidCreateSolid的方法依次为：Extrude、Revolve、Sweep和Loft。

现以Extrude为例说明如何CreateSolid：1、选择草绘平面2、为草绘平面定向3、草绘截面4、设置拉伸深度及拉伸方向等IntroductiontoABAQUS/CAECreateShellCreateShell的方法依次为：Extrude、Revolve、Sweep、Loft、Planar、Fromsolid和Removeface。

现以Fromsolid为例说明如何CreateSshell：1、选择要生成Face的体，操作完成后体将被删除，只保留表面。IntroductiontoABAQUS/CAECreateWireCreateWire的方法依次为：Planar、PointtoPoint和Spline。

现以Planar为例说明如何CreateWire：1、选择草绘平面2、为草绘平面定向3、草绘WireIntroductiontoABAQUS/CAECreateCutCreateCut的方法依次为：Extrude、Revolve、Sweep、Loft和Circularhole。CreateCut与CreateSolid类似。现以Circularhole为例说明如何CreateCut：1、选择孔的类型：通孔或盲孔2、选择草绘平面3、确定孔的方向（Flip反向）4、选择基准边，并指定距离5、设置孔的直径IntroductiontoABAQUS/CAE倒角CreateRoundorFillet倒圆角与CreasteChamfer倒直角。现以CreateRoundorFillet为例说明如何倒圆角：1、选择要进行倒圆角的边（按住Shift，左键拾取可进行多选）2、指定圆角半径IntroductiontoABAQUS/CAE2、划分网格Mesh

IntroductiontoABAQUS/CAEMeshPartition分割，化复为简拓扑修改，该省就省网格控制网格密度网格划分网格质量检查特征修改、删除等，很少用到Mesh模块专有线、面、体分割工具，辅助网格划分基准点、线、面及坐标系等拓扑修改等，辅助网格划分IntroductiontoABAQUS/CAEPartitionCellDefineCuttingPlane定义切割平面的方法：一点一法线三点一点一边（点要在边上，该边垂直于定义的切割平面）Part里只有一个Cell，直接选好切割平面即可完成Partition操作；当Part里的Cell超过1个时，还要选择被切割体。Part可以被切割成若干个Cell。IntroductiontoABAQUS/CAEPartitionCellUseDatumPlane选择作为切割平面的基准面IntroductiontoABAQUS/CAEPartitionCellExtendFace选择作为切割平面的实际面IntroductiontoABAQUS/CAEPartitionCellExtrude/SweepEdges通过拉伸或扫略形成切割面1、选择被拉伸或扫略的边2、指定方向进行拉伸或指定沿某边进行扫略IntroductiontoABAQUS/CAEVirtualTopology拓扑结构修改CombineFaces合并面按住Shift，依次拾取2个以上的面CombineEdges合并边按住Shift，依次拾取2个以上的边IgnoreEntities忽略特征IntroductiontoABAQUS/CAEMeshControls体网格控制三维模型单元形状：Hex仅包含六面体单元Hex-dominated六面体单元为主，楔形单元为辅Tet仅包含四面体单元Wedge仅包含楔形单元IntroductiontoABAQUS/CAESeedPart全局网格尺寸指定IntroductiontoABAQUS/CAESeedEdge指定边上网格数量1、选取要单独设置网格密度的边2、指定边上网格数量IntroductiontoABAQUS/CAESeedEdge指定边上网格尺寸1、选取要单独设置网格密度的边2、指定边上网格尺寸IntroductiontoABAQUS/CAESeedMeshSeedEdge：Biased设置边上网格密度渐变DeletePartSeeds去除Part密度设置DeleteEdgeSeeds去除边密度设置IntroductiontoABAQUS/CAE网格划分

MeshPart，即整体划分网格MeshRegion，即局部划分网格DeletePartMesh，即删除整体网格DeleteRegionMesh，即删除局部网格IntroductiontoABAQUS/CAE网格质量选择已划好网格的Parterrors数保证为0，warnings数量越少越好。123IntroductiontoABAQUS/CAE3、特性设置Property

IntroductiontoABAQUS/CAE特性设置特征修改、删除等，很少用到Property模块专有Partition已讲，见Mesh部分基准点、线、面及坐标系等定义材料属性创建截面属性分配截面属性IntroductiontoABAQUS/CAE定义材料属性密度杨氏模量泊松比21534IntroductiontoABAQUS/CAE材料管理器Material管理器的功能完全可以在窗口左侧模型树的右键快捷菜单实现。IntroductiontoABAQUS/CAE创建截面属性Name：便于记忆及管理Category（种类）和Type（类型）配合起来指定截面的类型：Solid（实体），一般选择默认的Homogeneous（均匀的）。Shell（壳），包含Homogeneous（均匀的）、Composite（复合的）、Membrane（膜）和Surface（表面）等，一般默认。Beam（梁）Other（其他），即Gasket（垫圈）、Acousticinfinite（声媒耦合）等IntroductiontoABAQUS/CAE创建截面属性选择已建立的材料三维模型不需要设置该参数，采用默认值1即可。选择已建立的材料指定厚度2132IntroductiontoABAQUS/CAE分配截面属性选择要分配材料的目标体选择已建立的Section未被分配截面属性的Cell呈灰色，已经正确分配截面属性的Cell呈青色，被重复分配几种截面属性的Cell呈黄色。123IntroductiontoABAQUS/CAE4、建立装配体Assembly

IntroductiontoABAQUS/CAE建立装配体特征修改、删除等，很少用到Assembly模块专有Partition已讲，见Mesh部分基准点、线、面及坐标系等一个模型Model只能包含一个装配件Assembly，一个部件Part可以被多次调用来组装成装配件，定义载荷、边界条件、相互作用等操作都在装配件的基础上进行。IntroductiontoABAQUS/CAE导入进装配体在Parts栏进行部件的选取（可多选）Dependent（meshonpart）默认选项。Independent（meshoninstance）耗用内存较多，生成的inp文件也较大。CreateInstance实际就是将Part导入到AssemblyAuto-offsetfromotherinstances在多次调用同一Part进Assembly时应用。IntroductiontoABAQUS/CAE线性阵列1、选取要进行阵列的部件实体Instance2、阵列参数设置，阵列方向、数量、偏移量等LinearPattern线性阵列IntroductiontoABAQUS/CAE线性阵列1、选取要进行阵列的部件实体Instance2、阵列参数设置，阵列范围（°）、数量、中心轴等RadialPattern辐射阵列IntroductiontoABAQUS/CAE平移1、选取要进行平移的部件实体Instance2、设置平移量（终点坐标-初始坐标），可以手动输入点坐标，也可选取部件实体的点3、预览平移并确认Translate平移IntroductiontoABAQUS/CAE旋转1、选取要进行旋转的部件实体Instance2、两点法确定旋转中心轴3、设置旋转角度4、预览平移并确认Rotate旋转IntroductiontoABAQUS/CAE平移到1、选取要进行移动的部件实体Instance上的面2、选取固定不变的部件实体Instance上的面3、两点法确定移动方向4、输入移动后两实体相应两面的间隙距离Translateto平移到，该操作仅适用于实体模型IntroductiontoABAQUS/CAE定位面平行面匹配边平行边共线同轴点重合坐标系平行定位，与Translateto平移到类似IntroductiontoABAQUS/CAE合并/剪切合并Merge/剪切Cut来生成新PartIntroductiontoABAQUS/CAE部件实体Partinstances的显示控制Replace在区域3选择部件后，点击此按钮，则仅显示选中的部件。Add在区域3选择部件后，点击此按钮，则选中的部件被显示，已经显示的部件仍显示。Remove在区域3选择部件后，点击此按钮，则选中的部件被隐藏。……1234IntroductiontoABAQUS/CAE5、定义分析步Step

IntroductiontoABAQUS/CAE定义分析步Step模块专有Partition已讲，见Mesh部分基准点、线、面及坐标系等IntroductiontoABAQUS/CAE定义分析步通用分析步GeneralDynamic，Explicit显式动力学分析Static，General线性或非线性静力学分析……线性摄动分析步LinearperturbationIntroductiontoABAQUS/CAE静力学分析Static，General线性或非线性静力学分析几何非线性的特点是结构在载荷作用过程中产生大的位移和转动。如板壳结构的大挠度，此时材料可能仍保持为线弹性状态，但是结构的几何方程必须建立于变形后的状态，以便考虑变形对平衡的影响。Description：简单描述，便于记忆管理。Timeperiod：静力学问题，采用系统默认值1即可。Nlgeom：是否考虑几何非线性。Automaticstabilization：局部不稳定问题（局部屈曲、表面祛皱）的处理，即施加阻尼。IntroductiontoABAQUS/CAE静力学分析Static，General线性或非线性静力学分析Type：选择时间增量的控制方法，默认Automatic即可。Maximumnumberofincrements：增量步的最大数目。Increment：初始时间增量、最小时间增量和最大时间增量。静力学分析Static，General线性或非线性静力学分析Method求解器Direct适用于大多数分析，Iterative对于大模型分析较快Matrixstorage矩阵存储方式默认即可选择求解方法FullNewton完全牛顿法默认，适用于大多数分析。Quasi-Newton准牛顿法

雅克比矩阵对称且在迭代过程中变化不大时，能加快收敛。Contactiterations接触迭代法对于几何线性、小滑动、无摩擦的静力学问题特别有效。IntroductiontoABAQUS/CAE显式动力学分析Dynamic，Explicit显式动力学分析Timeperiod：对于动力学问题，此处的时间是指实际时间。显式动力学分析Dynamic，Explicit显式动力学分析Unlimited，默认选项，即不限制时间增量的上限。Global，默认选项。Element-by-elements，趋于保守，得到的稳定时间增量总是小于整体估算法。IntroductiontoABAQUS/CAE显式动力学分析Dynamic，Explicit显式动力学分析线性体积粘度参数，默认值0.06即可二次体积粘度参数，默认值1.2，仅适用于连续实体单元和压容积应变率时。IntroductiontoABAQUS/CAE6、相互作用Interaction

IntroductiontoABAQUS/CAE定义相互作用特征修改、删除等，很少用到Interaction模块专有Partition已讲，见Mesh部分基准点、线、面及坐标系等IntroductiontoABAQUS/CAE设置接触属性在定义接触之前，需要先定义相应的接触属性（摩擦特性、阻尼等）IntroductiontoABAQUS/CAE设置接触属性TangetialBehavior用于定义摩擦系数等摩擦属性Frictionless：默认不考虑摩擦Pentalty：主要用于定义摩擦系数IntroductiontoABAQUS/CAE定义接触Static，GeneralDynamic，ExplicitIntroductiontoABAQUS/CAE定义Surfacetosurfacecontanct（Standard）4、选择已经定义的接触属性1、选择主面2、选择从面的类型，直接点击鼠标中键或点击Surface3、选择从面面面接触对包含一个主面和一个从面，如果接触对由一刚性面和一可变形面组成，则定义刚性面为主面。IntroductiontoABAQUS/CAE定义Generalcontact（Explicit）选择已经定义的接触属性IntroductiontoABAQUS/CAE定义约束约束类型：Tie绑定、Rigidbody刚体、Displaybody显示体、Coupling耦合等IntroductiontoABAQUS/CAE7、载荷边界Load

IntroductiontoABAQUS/CAE定义载荷边界特征修改、删除等，很少用到Load模块专有Partition已讲，见Mesh部分基准点、线、面及坐标系等IntroductiontoABAQUS/CAE定义边界1234定义位移/旋转边界（其余类似）选择要设置边界的体（或面或边或点）IntroductiontoABAQUS/CAE定义初始状态定义初始时刻的速度1234选择要定义初始速度的体（或面或边或点）IntroductiontoABAQUS/CAE定义载荷特征修改、删除等，很少用到IntroductiontoABAQUS/CAE8、提交运算Job

IntroductiontoABAQUS/CAE创建运算任务Memory用于指定分配到分析中的内存，视硬件资源而定。Abaqus/Standardmemorypolicy当分配的内存大于实际分析所需的内存，多余内存的使用设置。Minimum：闲置Moderate：该选项通常能自动提供合理的内存使用，建议采用此默认设置Maximum：将多余内存都用于存储临时文件IntroductiontoABAQUS/CAE创建运算任务Parallelization用于并行运算的设置Usemultipleprocessors设置用于分析的处理器数目，默认值为1，即不使用并行运算。IntroductiontoABAQUS/CAE提交运算进入Job管理器后Submit提交运算Monitor查看运算状况Results进入后处理模块，查看计算结果IntroductiontoABAQUS/CAE9、后处理Visualization

IntroductiontoABAQUS/CAE后处理动画模型显示坐标系图表相关剖面相关控制选项进入后处理模块的方法IntroductiontoABAQUS/CAE后处理变形量的比例系数控制模型着色方式，类似Pro/E边的显示方式IntroductiontoABAQUS/CAE后处理变形量的比例系数控制显示无变形模型显示变形后的模型依次为：在变形后的模型上在变形前的模型上在变形前后的模型上显示云图显示云图显示云图IntroductiontoABAQUS/CAE云图显示设置控制是否显示极值点的位置云图显示设置IntroductiontoABAQUS/CAE云图输出设置控制云图输出的内容可以设置输出为应力云图、应变云图、位移云图、能量云图等IntroductiontoABAQUS/CAE动画观察保存动画观看动画IntroductiontoABAQUS/CAE剖面观察基础剖面（三选一）以剖面形式观看更改剖面的位置IntroductiontoABAQUS/CAE10、案例分析

IntroductiontoABAQUS/CAE模型导入导入几何模型bsd_asm.stp2134IntroductiontoABAQUS/CAE网格划分进入Mesh模块切换到部件bsd-asm-1设置全局网格密度为22134设置厚度