结构力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS软件基础操作与界面介绍

结构力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS软件基础操作与界面介绍1软件安装与配置1.1安装ABAQUS1.1.1系统要求在开始安装ABAQUS之前，确保你的计算机满足以下最低系统要求：-操作系统：Windows10/11或Linux-内存：至少16GB-硬盘空间：至少100GB-处理器：多核处理器，推荐Intel或AMD的最新一代1.1.2安装步骤下载安装包：从官方渠道或授权的软件供应商处下载ABAQUS的安装包。解压文件：使用解压缩软件如WinRAR或7-Zip解压下载的安装包。运行安装程序：找到解压后的安装程序，双击运行。选择安装类型：选择“典型”或“自定义”安装，根据需要选择安装组件。指定安装路径：选择安装ABAQUS的硬盘位置。配置许可证：输入许可证信息，通常为网络许可证或本地许可证文件路径。等待安装完成：安装过程可能需要一段时间，耐心等待。完成安装：安装完成后，重启计算机以确保所有更改生效。1.2配置环境变量配置环境变量是确保ABAQUS能够正确运行的关键步骤。在Windows系统中，可以通过以下步骤进行配置：打开环境变量编辑器：右键点击“计算机”或“此电脑”，选择“属性”，然后点击“高级系统设置”。编辑系统变量：在“系统属性”窗口中，点击“环境变量”按钮，在“系统变量”区域中找到并编辑Path变量。添加ABAQUS路径：在Path变量的值中，添加ABAQUS的安装路径，例如C:\SIMULIA\Abaqus\2022\win64\bin。添加许可证路径：创建一个新的系统变量，变量名为LM_LICENSE_FILE，变量值为你的许可证服务器的地址或本地许可证文件的路径。保存更改：完成编辑后，点击“确定”保存所有更改。1.3启动ABAQUS启动ABAQUS可以通过以下几种方式：从开始菜单启动：在Windows系统中，点击“开始”菜单，找到ABAQUS的快捷方式并点击。从桌面快捷方式启动：如果在安装过程中创建了桌面快捷方式，可以直接双击启动。从命令行启动：打开命令提示符或终端，输入abaquscae命令，然后按Enter键。1.3.1示例：从命令行启动ABAQUS#在Windows命令提示符中启动ABAQUS

C:\>cd"C:\SIMULIA\Abaqus\2022\win64\bin"

C:\SIMULIA\Abaqus\2022\win64\bin>abaquscae1.3.2解释在上述示例中，我们首先使用cd命令切换到ABAQUS的bin目录，然后通过输入abaquscae命令来启动ABAQUS的图形用户界面（CAE）。确保在启动前，环境变量已正确配置，否则可能遇到许可证问题或软件无法启动的情况。通过以上步骤，你将能够成功安装、配置并启动ABAQUS软件，为后续的结构力学仿真工作做好准备。2ABAQUS界面概览2.1主菜单介绍在ABAQUS中，主菜单是软件操作的核心，它包含了创建、编辑和分析模型所需的所有功能。主菜单通常位于软件界面的顶部，分为以下几个主要部分：文件(File)：用于打开、保存、打印和导出模型。编辑(Edit)：提供剪切、复制、粘贴等基本编辑功能。视图(View)：控制模型的显示方式，包括旋转、缩放和平移。分析(Analysis)：启动分析，设置分析选项，如求解器参数和分析步。模块(Modules)：切换到ABAQUS的不同模块，如CAE、Viewer和Scripting。帮助(Help)：提供软件的在线帮助文档和教程。2.2工具栏功能工具栏位于主菜单下方，提供了快速访问常用功能的图标。这些功能包括：创建模型(CreateModel)：开始一个新的模型或打开现有的模型。添加部件(AddPart)：在模型中添加新的部件。装配(Assembly)：将多个部件组合成一个完整的装配体。网格(Mesh)：生成用于分析的有限元网格。加载和边界条件(LoadsandBoundaryConditions)：定义模型上的力、压力和约束。分析步(AnalysisSteps)：设置分析的各个步骤，如静态、动态或热分析。作业(Job)：提交分析作业，设置作业参数，如求解器类型和输出选项。2.3模型树结构模型树是ABAQUS中组织和管理模型的工具，它以树状结构显示模型的所有组成部分，包括：模型(Model)：模型的最高级别，包含所有部件、装配体和分析步。部件(Part)：模型中的单个实体，可以是几何体、网格或材料属性。装配体(Assembly)：将多个部件组合在一起，形成一个完整的模型。材料(Materials)：定义部件的材料属性，如弹性模量和泊松比。截面(Sections)：指定部件的截面属性，如厚度和方向。网格(Mesh)：显示模型的有限元网格信息。加载和边界条件(LoadsandBoundaryConditions)：列出模型上的所有力和约束。分析步(AnalysisSteps)：显示模型的分析步骤设置。2.3.1示例：使用Python脚本在ABAQUS中创建一个简单的模型#导入ABAQUS模块

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#执行启动设置

executeOnCaeStartup()

#创建一个模型

myModel=mdb.Model(name='SimpleModel')

#创建一个部件

myPart=myModel.Part(name='Cube',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#创建一个立方体几何体

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=100.0),

depth=100.0)

mySketch=myPart.sketches['__profile__']

mySketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,100.0))

#创建一个材料

myMaterial=myModel.Material(name='Steel')

myMaterial.Elastic(table=((200000.0,0.3),))

#将材料应用到部件

myPart.Section(name='SteelSection',material='Steel',thicknessType=UNIFORM,

thickness=None)

myPart.Set(name='Set-1',vertices=myPart.vertices.findAt(((50.0,50.0,50.0),)))

myPart.SectionAssignment(region=myPart.sets['Set-1'],sectionName='SteelSection',

offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',

thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#创建一个作业

myJob=mdb.Job(name='SimpleAnalysis',model='SimpleModel',description='',

type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,

queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,

getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,

nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,

contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',

scratch='',resultsFormat=ODB,parallelizationMethodExplicit=DOMAIN,

numDomains=1,activateLoadBalancing=False,multiprocessingMode=DEFAULT,

numCpus=1)

#提交作业

myJob.submit(consistencyChecking=OFF)2.3.2代码解释上述Python脚本展示了如何在ABAQUS中使用脚本创建一个简单的立方体模型，并定义其材料属性。脚本首先导入了必要的ABAQUS模块，然后创建了一个名为SimpleModel的模型。接着，创建了一个名为Cube的部件，并通过BaseSolidExtrude命令生成了一个立方体几何体。立方体的尺寸为100x100x100。随后，脚本定义了一个名为Steel的材料，其弹性模量为200000MPa，泊松比为0.3。材料属性被应用到一个名为SteelSection的截面中，然后通过SectionAssignment命令将截面属性应用到部件的特定区域。最后，脚本创建了一个名为SimpleAnalysis的作业，用于提交模型的分析。作业的类型被设置为ANALYSIS，并指定了作业的其他参数，如内存使用和结果输出格式。通过submit方法提交作业，开始分析过程。通过这个示例，我们可以看到ABAQUS的Python接口如何提供了一种灵活的方式来自动化模型创建和分析过程，这对于处理复杂或重复的仿真任务特别有用。3基础操作指南3.1创建新模型在ABAQUS中创建新模型是进行结构力学仿真分析的第一步。以下步骤指导您如何在ABAQUS/CAE中创建一个新模型：启动ABAQUS/CAE:打开ABAQUS/CAE软件，您将看到一个欢迎界面。创建新分析:选择菜单栏中的File>New，在弹出的对话框中选择Analysis，然后点击OK。定义模型类型:在Analysis对话框中，选择您需要的分析类型，例如Static、Dynamic或HeatTransfer。对于初学者，选择Static进行静态分析是一个好的开始。设置模型参数:在新创建的分析中，您可以通过Model菜单来定义模型的参数，包括模型的名称、单位系统等。构建几何:使用Part模块中的工具来构建您的几何模型。您可以从基本的几何形状如立方体、圆柱体开始，或者使用更复杂的工具来创建所需的模型。保存模型:完成模型创建后，记得保存您的工作。选择File>Save或SaveAs来保存模型。3.1.1示例代码#ABAQUSPythonScriptforcreatinganewmodel

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

frommaterialimport*

fromsectionimport*

fromassemblyimport*

fromstepimport*

frominteractionimport*

fromloadimport*

frommeshimport*

fromoptimizationimport*

fromjobimport*

fromsketchimport*

fromvisualizationimport*

fromconnectorBehaviorimport*

#创建一个新的模型

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

session.Viewport(name='Viewport:1',origin=(0.0,0.0),width=128.0,height=96.0)

session.viewports['Viewport:1'].makeCurrent()

session.viewports['Viewport:1'].maximize()

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,engineeringFeatures=ON)

session.viewports['Viewport:1'].partDisplay.geometryOptions.setValues(

referenceRepresentation=ON)

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.setValues(sectionAssignments=ON,engineeringFeatures=ON)

session.viewports['Viewport:1'].assemblyDisplay.geometryOptions.setValues(

referenceRepresentation=ON)

#创建一个立方体

mySketch=session.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

mySketch.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,100.0))

myPart=session.Part(name='Cube',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=100.0)3.2导入CAD模型导入CAD模型是将外部设计软件创建的模型带入ABAQUS进行分析的关键步骤。ABAQUS支持多种CAD文件格式，包括IGES、STEP、Parasolid等。选择导入选项:在File菜单中选择Import>Geometry，然后选择您要导入的CAD文件格式。选择文件:浏览并选择您要导入的CAD模型文件，然后点击Open。检查模型:导入模型后，使用Part模块中的工具检查模型的几何和拓扑，确保没有错误。修复模型:如果模型有错误，使用Part模块中的修复工具进行修复。保存模型:完成模型导入和检查后，记得保存您的工作。3.2.1示例代码#ABAQUSPythonScriptforimportingaCADmodel

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

fromassemblyimport*

#导入CAD模型

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

session.importGeometry('path/to/your/file.iges')

#检查模型

myPart=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

myPart.checkGeometry()

#修复模型

myPart.repairGeometry()3.3定义材料属性在ABAQUS中，定义材料属性是确保仿真结果准确性的关键步骤。材料属性包括弹性模量、泊松比、密度等。创建材料:在Material模块中，选择Material>New来创建一个新的材料。定义材料属性:选择您创建的材料，然后在Properties模块中定义材料属性。例如，对于弹性材料，选择Elastic，然后输入弹性模量和泊松比。分配材料:在Section模块中，选择Section>New来创建一个新的截面，然后将材料分配给该截面。最后，在Part模块中，选择Section>Assign来将截面分配给模型的特定区域。3.3.1示例代码#ABAQUSPythonScriptfordefiningmaterialproperties

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frommaterialimport*

fromsectionimport*

#创建材料

mdb.models['Model-1'].Material(name='Steel')

#定义材料属性

steel=mdb.models['Model-1'].materials['Steel']

steel.Elastic(table=((200e3,0.3),))

#创建截面

mdb.models['Model-1'].HomogeneousSolidSection(name='SteelSection',material='Steel',thickness=None)

#分配截面

myPart=mdb.models['Model-1'].parts['Cube']

myPart.SectionAssignment(region=myPart.cells[:],sectionName='SteelSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)以上代码示例展示了如何使用ABAQUSPythonAPI创建一个新模型、导入CAD模型以及定义材料属性。通过这些步骤，您可以开始进行结构力学仿真分析。4模型设置与分析4.1网格划分基础网格划分是结构力学仿真中至关重要的一步，它直接影响到分析的精度和计算效率。在ABAQUS中，网格划分可以通过多种方式进行，包括自动划分、手动划分以及使用高级划分策略。4.1.1自动网格划分自动网格划分是ABAQUS中最为简便的划分方式，适用于形状规则的模型。用户只需指定网格尺寸，软件将自动完成网格生成。4.1.2手动网格划分对于形状复杂或需要局部细化的模型，手动网格划分提供了更高的灵活性。用户可以定义网格的大小、形状和密度，以适应特定的分析需求。4.1.3高级网格划分策略ABAQUS还提供了高级网格划分策略，如映射网格、自由网格和扫掠网格，以应对更为复杂的几何结构。4.2加载与边界条件设置加载和边界条件的正确设置是确保仿真结果准确性的关键。ABAQUS提供了丰富的加载和边界条件选项，包括力、压力、位移、温度等。4.2.1力加载力加载是最常见的加载类型，可以应用于模型的特定点或区域。例如，应用100N的力于模型的顶部节点：#在模型的顶部节点应用100N的力

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

executeOnCaeStartup()

#创建模型实例

modelName='MyModel'

instanceName='MyInstance'

mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].setLoads(

name='TopForce',

region=mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].nodes[100:110],

magnitude=100.0,

distributionType=UNIFORM,

field='',

localCsys=None

)4.2.2边界条件边界条件用于限制模型的自由度，如固定边界、滑动边界等。设置固定边界条件示例：#设置模型底部节点为固定边界

mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].setBoundaryConditions(

name='BottomFixed',

region=mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].nodes[1:10],

u1=SET,u2=SET,ur3=SET

)4.3定义分析步骤ABAQUS中的分析步骤允许用户定义仿真过程中的不同阶段，每个阶段可以有不同的加载、边界条件和求解设置。4.3.1静态分析步骤静态分析步骤用于求解在静态载荷作用下的结构响应。例如，定义一个静态分析步骤：#定义静态分析步骤

mdb.models[modelName].StaticStep(

name='Step-1',

previous='Initial',

initialInc=0.1,

maxNumInc=100,

nlgeom=ON

)4.3.2动态分析步骤动态分析步骤用于求解在动态载荷作用下的结构响应，如冲击、振动等。定义一个动态分析步骤示例：#定义动态分析步骤

mdb.models[modelName].ExplicitDynamicsStep(

name='Step-2',

previous='Step-1',

timePeriod=0.1,

nlgeom=ON

)4.3.3热分析步骤热分析步骤用于求解温度变化对结构的影响。定义一个热分析步骤示例：#定义热分析步骤

mdb.models[modelName].HeatTransferStep(

name='Step-3',

previous='Step-2',

timePeriod=1.0,

deltmx=10.0,

deltmn=0.1,

deltm=0.1,

nlgeom=OFF

)通过上述步骤，用户可以完成模型的网格划分、加载与边界条件设置以及分析步骤的定义，为结构力学仿真做好充分准备。每一步的设置都需要根据具体问题和模型的特性进行调整，以确保分析结果的准确性和可靠性。5后处理与结果分析5.1查看仿真结果在ABAQUS中，查看仿真结果是通过其后处理模块Viewer进行的。此模块允许用户以图形方式查看和分析模型的输出数据，包括位移、应力、应变等。以下是如何在ABAQUSViewer中查看仿真结果的步骤：打开Viewer：在完成分析后，从主菜单选择“Postprocessing”>“OpenaViewer”，这将启动Viewer窗口。加载结果文件：在Viewer中，选择“File”>“Readinputfrom”，然后选择你的分析输入文件（.inp文件）。接着，选择“File”>“Readresultsfrom”，并选择你的结果文件（.odb文件）。选择结果步：在Viewer的左侧树状结构中，找到“Historyoutput”或“Fieldoutput”，选择你想要查看的结果步。显示结果：在树状结构中，展开你选择的结果步，选择想要查看的数据类型，如“Displacement”、“Stress”等。然后，在图形窗口中，模型将显示所选结果的等值线图。5.1.1结果后处理技巧后处理技巧在ABAQUS中至关重要，它们帮助用户更有效地分析和解释仿真结果。以下是一些实用的技巧：使用历史输出：历史输出（Historyoutput）记录了整个分析过程中的关键点或截面的输出数据，如力、位移、能量等。通过分析这些数据，可以了解模型在不同时间点的行为。创建自定义输出：在分析前，可以定义自定义输出（Customoutput），以获取特定的输出数据，如特定节点的位移或特定单元的应力。这在需要精确数据时非常有用。使用数据操作工具：ABAQUSViewer提供了数据操作工具，如“DataManipulation”菜单下的“Average”，“Integrate”，“Derivative”等，这些工具可以帮助用户对输出数据进行数学处理，以获得更深入的分析结果。5.1.2动画与变形显示动画和变形显示是后处理中非常直观的工具，它们帮助用户可视化模型在分析过程中的动态行为。以下是如何在ABAQUSViewer中创建动画和显示变形的步骤：选择结果步：在左侧树状结构中，选择你想要动画化或显示变形的结果步。显示变形：在“Display”菜单中，选择“Deformedshape”，这将显示模型的变形状态。可以通过调整“Scalefactor”来放大或缩小变形效果。创建动画：选择“Animation”菜单下的“Animate”，然后在弹出的对话框中设置动画的参数，如帧数、速度等。点击“OK”后，模型将开始动画播放，显示在不同时间点的变形状态。5.2示例：显示位移和创建动画假设我们有一个简单的梁模型，已经完成了静力分析，现在我们想要在ABAQUSViewer中查看位移结果，并创建一个动画来显示梁的变形过程。5.2.1步骤1：加载结果文件打开ABAQUSViewer，选择“File”>“Readinputfrom”，然后选择“beam_model.inp”。接着，选择“File”>“Readresultsfrom”，并选择“beam_model.odb”。5.2.2步骤2：显示位移结果在左侧树状结构中，展开“Fieldoutput”，选择“U”（位移）。在图形窗口中，模型将显示位移的等值线图。可以通过调整“Scalefactor”来放大位移效果，使其更明显。5.2.3步骤3：创建动画选择“Animation”菜单下的“Animate”。在弹出的对话框中，设置动画的参数：-Frames：设置为100，以获得流畅的动画效果。-Speed：设置为1，以正常速度播放动画。-Timeincrement：设置为0.1，以每0.1秒显示一个时间点的结果。点击“OK”，模型将开始动画播放，显示梁在不同时间点的变形状态。通过以上步骤，我们不仅能够查看模型的位移结果，还能够通过动画直观地理解梁的变形过程，这对于分析和设计结构至关重要。以上内容详细介绍了在ABAQUS中进行后处理与结果分析的基本操作和技巧，包括如何查看仿真结果、使用后处理技巧以及创建动画和显示变形。通过这些步骤，用户可以更深入地理解模型的行为，为后续的分析和设计提供有力支持。6高级功能介绍6.1接触分析6.1.1原理接触分析是ABAQUS中一项关键的高级功能，用于模拟两个或多个物体之间的接触行为。在结构力学中，接触问题普遍存在，如齿轮啮合、螺栓连接、模具与零件的接触等。ABAQUS通过定义接触对、接触属性和接触行为，能够精确地模拟接触界面的力学响应，包括摩擦、间隙、滑移等现象。6.1.2内容在ABAQUS中进行接触分析，主要步骤包括：1.定义接触对：指定哪些表面之间可能发生接触。2.设置接触属性：定义接触面的摩擦系数、滑移准则等。3.施加边界条件和载荷：确保接触分析的正确性，需要合理设置边界条件和载荷。4.分析和后处理：运行分析并检查接触区域的应力、应变和位移。6.1.3示例#ABAQUS接触分析示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#创建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#定义接触对

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=p)

mdb.models['Model-1'].ContactProperty('IntProp-1')

mdb.models['Model-1'].interactionProperties['IntProp-1'].TangentialBehavior(formulation=FINITE,

directionality=ISOTROPIC,slipRateDependency=OFF,pressureDependency=OFF,

temperatureDependency=OFF,dependencies=0,table=((0.3,),),

shearStressLimit=None,maximumElasticSlip=FRACTION,fraction=0.005,

elasticSlipStiffness=None)

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-1',side1Edges=p.edges.findAt(((50.0,25.0,0.0),),))

mdb.models['Model-1'].Surface(name='Surface-2',side1Edges=p.edges.findAt(((50.0,25.0,50.0),),))

mdb.models['Model-1'].ContactStd(name='Contact-1',createStepName='Initial',

master='Surface-1',slave='Surface-2',sliding=FINITE,

thickness=ON,interactionProperty='IntProp-1')

#设置边界条件和载荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=p.sets['Set-1'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,

ur3=UNSET,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,

fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=p.sets['Set-2'],cf1=100.0,cf2=0.0,cf3=0.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#分析设置

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

description='',nlgeom=ON,stabilizationMethod=None,

stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,

initialInc=None,minInc=None,maxInc=None,maxNumInc=100,

adaptiveDampingRatio=None,adaptiveTimeControlStrategy=DEFAULT,

timePeriod=None,timeIncrementationMethod=AUTOMATIC,

initialTimeIncrement=None,maxTimeIncrement=None,

minTimeIncrement=None,deltmx=0.05,cetol=0.00025)

#运行分析

mdb.models['Model-1'].steps['Step-1'].setValues(maxNumInc=1000)

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()6.2非线性分析6.2.1原理非线性分析是ABAQUS中处理材料非线性、几何非线性和接触非线性等问题的重要工具。当结构的变形、应力或应变与载荷不成正比关系时，需要使用非线性分析来准确预测结构的行为。ABAQUS提供了多种非线性分析类型，如大变形分析、塑性分析、蠕变分析等。6.2.2内容进行非线性分析时，需要关注以下几点：1.选择合适的分析步：如静态非线性分析、动态非线性分析等。2.定义材料属性：对于非线性材料，需要提供应力-应变曲线或相关非线性参数。3.设置非线性选项：如大变形、塑性硬化模型等。4.收敛控制：非线性分析中，收敛性是一个关键问题，需要合理设置收敛准则和时间步长。6.2.3示例#ABAQUS非线性分析示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#创建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#定义材料属性

mdb.models['Model-1'].Material(name='Material-1')

mdb.models['Model-1'].materials['Material-1'].Density(table=((7.85e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Material-1'].Elastic(table=((200000.0,0.3),))

mdb.models['Model-1'].materials['Material-1'].Plastic(table=((250.0,0.0),(300.0,0.002),(350.0,0.005)))

#设置非线性分析

mdb.models['Model-1'].HomogeneousSolidSection(name='Section-1',material='Material-1',

thickness=None)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

f=p.faces

faces=f.findAt(((50.0,25.0,0.0),),)

region=p.Set(faces=faces,name='Set-1')

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.SectionAssignment(region=region,sectionName='Section-1',offset=0.0,

offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',

thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#非线性分析步

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

description='',nlgeom=ON,stabilizationMethod=None,

stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,

initialInc=None,minInc=None,maxInc=None,maxNumInc=1000,

adaptiveDampingRatio=None,adaptiveTimeControlStrategy=DEFAULT,

timePeriod=None,timeIncrementationMethod=AUTOMATIC,

initialTimeIncrement=None,maxTimeIncrement=None,

minTimeIncrement=None,deltmx=0.05,cetol=0.00025)

#施加边界条件和载荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=p.sets['Set-2'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,

ur3=UNSET,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,

fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=p.sets['Set-3'],cf1=1000.0,cf2=0.0,cf3=0.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#运行分析

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()6.3复合材料建模6.3.1原理复合材料因其高比强度和比刚度，在航空航天、汽车、建筑等领域得到广泛应用。ABAQUS提供了强大的复合材料建模功能，能够处理层合板、纤维增强材料等复杂结构。通过定义复合材料的层、纤维方向和材料属性，ABAQUS能够精确模拟复合材料的力学行为，包括层间应力、纤维断裂等现象。6.3.2内容复合材料建模的关键步骤包括：1.定义复合材料属性：包括基体和增强纤维的材料属性。2.创建复合材料层：指定每层的厚度、材料和纤维方向。3.设置层合板结构：定义层合板的层数和排列顺序。4.分析设置：选择适合复合材料的分析类型，如线性或非线性分析。6.3.3示例#ABAQUS复合材料建模示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#创建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

a=mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

g,v,d,c=a.geometry,a.vertices,a.dimensions,a.constraints

a.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

p=mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.BaseShell(sketch=a)

a.unsetPrimaryObject()

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#定义复合材料属性

mdb.models['Model-1'].Material(name='Matrix')

mdb.models['Model-1'].materials['Matrix'].Density(table=((1.5e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Matrix'].Elastic(table=((35000.0,0.3),))

mdb.models['Model-1'].Material(name='Fiber')

mdb.models['Model-1'].materials['Fiber'].Density(table=((2.3e-09,),))

mdb.models['Model-1'].materials['Fiber'].Elastic(table=((120000.0,0.2),))

#创建复合材料层

mdb.models['Model-1'].CompositeLayup(name='Layup-1',description='',elementType=S4R,

symmetric=False)

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

f=p.faces

faces=f.findAt(((50.0,25.0,0.0),),)

region=p.Set(faces=faces,name='Set-1')

p=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

p.CompositeLayup(name='Layup-1',description='',elementType=S4R,

symmetric=False,region=region)

p.LayupOrientation(region=region,localCsys=None,additionalRotationType=ROTATION_NONE,

angle=0.0,fieldName='',stackDirection=STACK3)

p.CompositePly(suppressed=False,plyName='Ply-1',region=region,material='Fiber',

thicknessType=SPECIFY_THICKNESS,thickness=0.125,orientationType=SPECIFY_ORIENT,

orientationValue=0.0,additionalRotationType=ROTATION_NONE,

additionalRotationField='',axis=AXIS_3,angle=0.0,numIntPoints=3)

p.CompositePly(suppressed=False,plyName='Ply-2',region=region,material='Matrix',

thicknessType=SPECIFY_THICKNESS,thickness=0.25,orientationType=SPECIFY_ORIENT,

orientationValue=0.0,additionalRotationType=ROTATION_NONE,

additionalRotationField='',axis=AXIS_3,angle=0.0,numIntPoints=3)

#分析设置

mdb.models['Model-1'].StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',

description='',nlgeom=ON,stabilizationMethod=None,

stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,

initialInc=None,minInc=None,maxInc=None,maxNumInc=1000,

adaptiveDampingRatio=None,adaptiveTimeControlStrategy=DEFAULT,

timePeriod=None,timeIncrementationMethod=AUTOMATIC,

initialTimeIncrement=None,maxTimeIncrement=None,

minTimeIncrement=None,deltmx=0.05,cetol=0.00025)

#施加边界条件和载荷

mdb.models['Model-1'].DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Initial',

region=p.sets['Set-2'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,

ur3=UNSET,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,

fieldName='',localCsys=None)

mdb.models['Model-1'].ConcentratedForce(name='Load-1',createStepName='Step-1',

region=p.sets['Set-3'],cf1=1000.0,cf2=0.0,cf3=0.0,amplitude=UNSET,

distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#运行分析

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)

['Job-1'].waitForCompletion()以上示例展示了如何在ABAQUS中进行接触分析、非线性分析和复合材料建模的基本操作。通过这些高级功能，可以更准确地模拟和预测复杂结构的力学行为。7案例研究与实践7.1简单梁的静力分析7.1.1概述在ABAQUS中进行简单梁的静力分析，可以帮助我们理解梁在不同载荷下的响应，包括位移、应力和应变。此案例将引导你通过ABAQUS完成一个简单的梁模型的建立、加载、求解和结果分析。7.1.2模型建立创建模型：在ABAQUS/CAE中，首先创建一个新的项目，然后选择“Part”模块下的“Extrude”命令，创建一个矩形截面的梁。定义材料：选择“Material”模块，定义梁的材料属性，例如弹性模量和泊松比。假设梁的材料为钢，弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。划分网格：在“Mesh”模块下，选择合适的网格类型和尺寸，对梁进行网格划分。7.1.3加载与边界条件施加载荷：在“Step”模块下，添加一个静力分析步，并在“Load”模块下，对梁的一端施加垂直向下的力，例如1000N。设置边界条件：在“BoundaryConditions”模块下，固定梁的另一端，使其在所有方向上都不能移动。7.1.4求解与结果分析提交作业：在“Job”模块下，设置求解参数，如求解器类型和输出要求，然后提交作业进行求解。查看结果：求解完成后，在“Visualization”模块下，可以查看梁的位移、应力和应变分布。通过分析这些结果，可以评估梁的结构性能。7.2复合材料板的模态分析7.2.1概述复合材料板的模态分析是评估结构动态特性的重要手段。通过ABAQUS，我们可以计算出板的固有频率和振型，这对于设计和优化复合材料结构至关重要。7.2.2模型建立创建复合材料板：在ABAQUS/CAE中，使用“Part”模块下的“Shell”命令创建一个复合材料板模型。定义复合材料：在“Material”模块下，定义复合材料的各向异性属性，包括每一层的材料属性和厚度。7.2.3模态分析设置添加模态分析步：在“Step”模块下，添加一个模态分析步，设置所需的模态数量，例如前10个模态。施加边界条件：在“BoundaryConditions”模块下，根据实际需求，施加适当的边界条件，如固定边缘。7.2.4求解与结果分析提交模态分析作业：在“Job”模块下，设置求解参数，然后提交作业进行模态分析。分析模态结果：求解完成后，在“Visualization”模块下，可以查看复合材料板的固有频率和振型。这些信息对于理解结构的动态行为非常关键。7.3热应力仿真示例7.3.1概述热应力仿真用于评估温度变化对结构的影响。ABAQUS提供了强大的热分析功能，可以计算温度引起的应力和变形。7.3.2模型建立创建模型：在ABAQUS/CAE中，创建一个需要分析的结构模型，例如一个金属块。定义材料热属性：在“Material”模块下，定义材料的热膨胀系数、热导率和比热容。7.3.3热载荷与边界条件施加热载荷：在“Step”模块下，添加一个热分析步，并在“Load”模块下，施加温度变化，例如从室温加热到100°C。设置边界条件：在“BoundaryConditions”模块下，设置热边界条件，如对流、辐射或热源。7.3.4求解与结果分析提交热应力分析作业：在“Job”模块下，设置求解参数，然后提交作业进行热应力分析。查看热应力结果：求解完成后，在“Visualization”模块下，可以查看温度分布、热应力和热变形。这些结果有助于评估结构在热环境下的安全性和性能。7.3.5示例代码#ABAQUSPythonScriptforThermalStressAnalysis

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createasession

executeOnCaeStartup()

#Createamodel

mdb.models.changeKey(fromName='Model-1',toName='ThermalStressModel')

#Createapart

p=mdb.models['ThermalStressModel'].Part(name='MetalBlock',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#Createadatumpointatthecenter

p.DatumPointByCoordinate((0,0,0))

#Createasketchforthemetalblock

s=mdb.models['ThermalStressModel'].ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

s.rectangle(point1=(0,0),point2=(100,100))

p.BaseSolidExtrude(sketch=s,depth=100)

#Createamaterial

mdb.models['ThermalStressModel'].Material(name='Steel')

mdb.models['ThermalStressModel'].materials['Steel'].Density(table=((7850.0,),))

mdb.models['ThermalStressModel'].materials['Steel'].Elastic(table=((200000.0,0.3),))

mdb.models['ThermalStressModel'].materials['Steel'].SpecificHeat(table=((470.0,),))

mdb.models['ThermalStressModel'].materials['Steel'].Expansion(table=((11.0e-06,),))

#Createasection

mdb.models['ThermalStressModel'].HomogeneousSolidSection(name='SteelSection',material='Steel',thickness=None)

#Assignthesectiontothepart

p=mdb.models['ThermalStressModel'].parts['MetalBlock']

p.SectionAssignment(region=p.cells[:],sectionName='SteelSection',offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',thicknessAssignment=FROM_SECTION)

#Createaninstance

a=mdb.models['ThermalStressModel'].rootAssembly

a.Instance(name='MetalBlock-1',part=p,dependent=ON)

#Createastepforthermalanalysis

mdb.models['ThermalStressModel'].StaticStep(name='ThermalStep',previous='Initial',description='',timePeriod=1.0,nlgeom=OFF)

#Createatemperatureload

mdb.models['ThermalStressModel'].Temperature(name='TempLoad',createStepName='ThermalStep',region=a.instances['MetalBlock-1'].cells[:],distributionType=UNIFORM,crossSectionDistribution=CONSTANT_THROUGH_THICKNESS,magnitudes=(100.0,))

#Createajob

mdb.Job(name='ThermalStressJob',model='ThermalStressModel',description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memor