如图表示白磷分子结果，Abaqus分析结果中出现这种网格发散很大是什么原因，怎么解决？
点击联系发帖人
时间：2017-04-17 13:23
abaqus接触分析的常见问题_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
评价文档：
abaqus接触分析的常见问题
大小：111.18KB
登录百度文库，专享文档复制特权，财富值每天免费拿！
你可能喜欢CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众 多领域。世界上几大 CAE 公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS 有限元分析 软件拥有世界上最大的非线性力学用户群， 是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元 分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防 军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究 领域。ABAQUS 在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线 性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS 有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用 ABAQUS 建模分析 过程中的各种常见问题， 并以实例的形式教给读者如何分析问题、 查找错误原因和尝试解决 办法，帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS 有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1 点对面离散与面对面离散 【常见问题 16-1】 在 ABAQUS/Standard 分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surfac e-dis-cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surfacediscretization)，二者有何 差别? 『解答』 在点对面离散方法中，从面(slavesurface)上的每个节点与该节点在主面(mastersur face)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一 组主面节点。 使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透 从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件， 在接触分析过程中同时 考虑主面和从面的形状变化。 可能在某些节点上出现穿透现象， 但是穿透的程度不会很严重。 在如图 16-l 和图 16-2 所示的实例中，比较了两种情况。
1）从面网格比主面网格细：点对面离散(图 16-1a)和面对面离散(图 16-2a)的分析结 果都很好，没有发生穿透，从面和主面都发生了正常的变形。 2）从面网格比主面网格粗：点对面离散(图 16-1b)的分析结果很差，主面节点进入了 从面，穿透现象很严重，从面和主面的变形都不正常；面对面离散(图 16-2b)的分析结果相 对较好，尽管有轻微的穿透现象，从面和主面的变形仍比较正常。 从上面的例子可以看出， 在为接触面划分网格时需要慎重， 无论使用点对面离散还是面 对面离散，都应尽量保证从面网格不能比主面网格粗。关于从面和主面的选择方法，请参见 《实例详解》第 5.2.2 节“定义接触对”。 选用离散方法时，还应考虑以下因素。 1）一般情况下，面对面离散得到的应力和压强的结果精度要高于点对面离散。 2）面对面离散需要分析整个接触面上的接触行为，其计算代价要高于点对面离散。一 般情况下，二者的计算代价相差不是很悬殊，但在以下情况中，面对面离散的计算代价将会 大很多： ①模型中的大部分区域都涉及到接触问题。 ②主面的网格比从面的网格细化很多。 ③接触对中包含了多层壳，一个接触对中的主面是另一接触对中的从面。 3）如果从面是基于节点的(即从面类型为 NodeRegion，而不是 Surface)，则不能使用 面对面离散化方法。 相关内容的详细介绍，请参见 ABAQUS6.7 帮助文档《ABAQUSAnalysisUser’sManua l》第 29.2.1 节“DefiningcontactpairsinABAQUS/Standard”。 【常见问题 16-2】 提交 ABAQUS/Standard 分析作业后，为何在 MSG 文件中看到以下提示信息：
CONTACTPAIR(ASSEMBLY-BLANKBOT，ASSEMBLY_TIE-1_DIEDURF)NODEBLANK-1.5IS OVERCLOSEDBY0.0512228WHICHISTOOSEVERE．(出现了严重的过盈接触) 『解答』 可以从以下几个方面查找原因： 1）如果上述提示信息中所提到的接触面是刚体、壳单元、膜单元、梁单元或桁架单元 上的面， 则有可能是在定义此接触面时没有选择正确的发生接触的那一侧， 即接触面的法线 方向错误。 提示：对于可变形的实体单元，ABAQUS/CAE 会自动选择正确的法线方向（指向实体的 外部）。 当接触面的法线方向错误时， 如果使用了点对面离散， 会在 MSG 文件中看到上述提示信 息，分析无法收敛。如果使用了面对面离散，不会出现上述提示信息，分析仍然可以完成， 但分析结果是异常的（例如出现严重的穿透现象）。 在 Visualization 功能模块中可以显示接触面的法线方向，方法是单击(CommonOpti ons)按钮，在 Normals 标签页下选中 Shownormals（如图 16-3 所示），并且要注意选择 On surfaces（面的法向），而不是 Onelements（单元的方向）。另外，在云纹图的模式下不 能显示解析刚体表面的法向，只有在未变形图或变形图的模式下才可以显示。
一对接触面的法向应该是互相指向对方的，第 16.3.2 节“接触分析综合实例 2”提供 了一个接触面法线方向定义错误的实例。 2）如果接触面的法线方向是正确的，但分析仍无法收敛，应检查模型中的过盈量 是否太大。如果存在此问题应修改模型，令过盈量从 O 开始逐渐增大，例如，可以使用，C
ONTACTINTERFERENCE 和线性递增的幅值曲线定义过盈接触，详见《实例详解》第 5.2.4 节 “设定接触面之间的距离或过盈量”。 3）如果接触面的法线方向是正确的，这种“过盈量太大”的信息只是在 MSG 文件中偶 尔出现，而且出现此信息的分析步最终能够收敛，分析结果也一切正常，就没有问题。 在接触分析的求解过程中，ABAQUS/Standard 会迭代尝试各种可能的位移状态，如 果某个位移状态造成过盈量太大，ABAQUS/Standard 就会显示上述提示信息，然后尝试另外 一个位移状态。 换言之， 这个太大的过盈量有可能仅仅是 ABAQUS/Standard 在尝试求解过程 中的一个中间状态，并不一定是模型本身存在错误。 在《实例详解》第 6.4 节“实例 3：弯曲成形过程模拟”的实例中，就可以在随书光盘 的以下 MSG 文件中看到类似的“过盈量太大”的提示信息：\Dem06-Forming\AnalysisResu lts\Forming.msg。 16.1.2 有限滑动和小滑动 【常见问题 16-3】 什么是有限滑动（finitesliding）和小滑动（smallsliding）? 『解答』 在 ABAQUS/Standard 分析中定义接触时，有两种判断接触状态的跟踪方法可供选择： 1）有限滑动。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量较大（例如，大于接触面上 的单元尺寸），就应该选择有限滑动，它允许接触面之间出现任意大小的相对滑动和转动。 在分析过程中，ABAQUS 将会不断地判断各个从面节点与主面的哪一部分发生了接触，因此 计算成本较高。 在使用有限滑动、点对面离散时，应尽量保证主面是光滑的，否则主面的法线方向会出 现不连续的变化，容易出现收敛问题。在主面的拐角处应使用过渡圆弧，并在圆弧上划分足 够数量的单元。 在使用点对面离散时，如果主面是变形体或离散刚体的表面，ABAQUS/Standard 会自 动对不光滑的主面做平滑（Smoothing）处理，默认的平滑系数为 0.2。面对面离散则没有 这种平滑功能， 因此如果工程实际要求主面必须有尖角， 使用点对面离散可能会比面对面离 散更容易收敛。 2）小滑动。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量很小（例如，小于接触面上单元 尺寸的 20％），就可以选择小滑动。在分析开始时刻，ABAQUS 就确定了各个从面节点与主 面是否接触、与主面的哪个区域接触，并在整个分析过程中保持这些关系不变，因此计算成 本较低。
关于有限滑动和小滑动的详细介绍，请参见《实例详解》第 5.2.3 节“有限滑移和小 滑移”和 ABAQUS6.7 帮助文档《ABAQUSAnalysisUser'sManual》第 29.2.2 节“Contactfor mul-ationforABAQUS/Standardcontactpairs”。 【常见问题 16-4】 分析接触问题时，是否必须在 Step 功能模块中打开几何非线性开关（将 Nlgeom 设为 ON）？ 『解答』 只有分析几何非线性问题（大位移、大转动、初始应力、几何刚化或突然翻转等） 时才需要将 Nlgeom 设为 ON。接触分析是非线性问题，但不一定是几何非线性问题，常见的 情况有以下几种： 1）如果接触面之间会发生较大的相对位移或转动，则定义接触时应选择有限滑动，并 将 Nlgeom 设为 ON。 2）如果接触面之间的相对位移和转动都很小，模型各处都不会发生大的位移或转动， 则定义接触时应选择小滑动，并将 Nlgeom 设为 OFF。 3）如果接触面之间的相对位移和转动都很小，但模型出现了大的位移或转动（例如刚 体转动），则定义接触时应选择小滑动，并将 Nlgeom 设为 ON。 将 Nlgeom 设为 ON 可能会增加模型收敛的难度，增加计算成本。但如果模型发生了大 的位移或转动，而仍将 Nlgeom 设为 OFF，也可能导致计算不收敛。 关于非线性问题的详细介绍，请参见本书第 15.1 节“线性分析与非线性分析”。 【常见问题 16-5】 壳或膜单元都是有厚度的，但在 ABAQUS/CAE 中它们被显示为无厚度的面。在 ABAQUS/S tandard 中为它们定义接触时，是否需要让接触面之间保留一定距离，以体现其厚度? 『解答』 有以下几种可能的情况： 1）如果选择了点对面离散的小滑动、面对面离散的小滑动或面对面离散的有限滑动， 默认情况下 ABAQUS/Standard 会考虑壳或膜的厚度， 在建模时应根据厚度让接触面之间保留 相应的距离。如果希望忽略壳和膜的厚度，可以在定义接触时选中 Excludeshell/membrane elementthickness。
提示：默认情况下，壳或膜在 ABAQUS/CAE 中的面是它们的中性面。如果需要，可以偏 置此面，相关内容请参见 ABAQUS6.7 帮助文档《ABAQUSAnalysisUser’sManual》第 23.6.3 节“Definingtheinitialgeometryofconventionalshellelements”。 2）如果选择了点对面离散的有限滑动，或者从面类型是基于节点的，则无法考虑壳或 膜的厚度。 本节第 16.3 节“ABAQUS/Standard 接触分析综合实例”中的【综合实例 16.21 演示了 一个具体的例子
看过本文章的还看过。。。
您可能感兴趣。。。Abaqus 详细教程_甜梦文库
Abaqus 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/Pre 或其它软件输入文件：job.inp 模拟 ABAQUS/Standard输 入 文 job.res,job.fil件：前处理（ABAQUS/CAE）后处理 ABAQUS/Post 或其它软件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。 2.1 ABAQUS 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 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“numerical singularity” (数值奇异)或“zero pivot” （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。 2.2 ABAQUS/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。 2.2.1 ABAQUS/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： abaqus cae 一旦启动，立即出现 Start Session 对话框，如图 2－1 所示。图 2－1 Start Session 对话框在这个对话框中有四个选择项： ?Create model Database，开始一个新的分析。 ?Open Database，打开一个以前存贮过的模型或者输出数据库文件。 ?Run Script，运行一个 ABAQUS/CAE 命令文件。 ?Start Tutorial 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： Title bar（标题条） Title bar 给出了正在运行的 ABAQUS/CAE 版本和当前的模型数据库的名字。 Menu bar（菜单条） Menu bar 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 Context bar 中选择不同的模块时，就会在 menu bar 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。 Context bar（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 Context bar 的 Module 表中进行各模块之间的切换。Context bar 里的其它项则是当前模块的功能；例如，Context bar 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。 Toolbox area（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 menu bar 中也是有效 的。详情可见 ABAQUS/CAE 用户手册的第 4 节。 Canvas and drawing area（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。 Prompt area（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。 Message area（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 Start Session 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 模块包含了有限元网格的各种层次的自动生成和控制工具。从而用户可 生成符合分析需要的网格，详情见 ABAQUS/CAE 用户手册的第 21 章。 Job（作业） 一旦完成了模型生成任务，用户便可用 Job 模块来实现分析计算。用户可用 Job 模块交互式地提交作业、进行分析并监控其分析过程，可同时提交多个模型 进行分析并进行监控。详情见 ABAQUS/CAE 第 22 章。 Visualization（可视化） 可视化模块提供了有限元模型的图形和分析结果的图形。它从输出数据中获 得模型和结果信息，用户可通过 Step 模块修改输出需求，从而控制输出文件的存 贮信息。详情见 ABAQUS/CAE 用户手册的第 V 部分。 Sketch（绘图） 在 ABAQUS/CAE 中，先绘出二维的轮廓线有助于生成部件的形状。用 Skcteh 模块可直接生成平面部件，生成梁或一个子区域，也可以先生成二维轮廓 线，然后用拉伸、扫掠、旋转的方式生成三维部件。详情可见 ABAQUS/CAE 用 户手册第 23 章。 在功能模块之间切换时，主菜单中内容会自动更换，各辅助菜单也随之改变。 2.3 例子：用 ABAQUS/CAE 生成桥式吊架模型 图 2－4 是一个起重机桥式吊架例子，通过它来说明 ABAQUS/CAE 的建模过 程，该例要访问每一个功能模块，并给出了生成和分析一个简单模型的基本步骤。 吊架是一个简单的桁架结构，左端为固定铰支座，右端是滚珠支承。各杆件可绕 节点自由转动，是平面结构。模拟计算是求结构的位移和峰值应力，所施加的载 荷为 10kN，见图 2－4。 图 2－4 桥式吊架图形所有的杆件都是直径为 5mm 的圆钢棒。 材料参数：密度 ? ? 7800 g / m 3 ，弹性模量 E=200×109pa，泊松比μ =0.3 本例会按次序进入以下功能模块进行操作： Part 绘制二维几何形状，并生成框架部件 Property 定义材料参数和框架的截面性质 Assembly 组装模型，生成装配件。 Step 安排分析次序，提出输出要求 Load 施加载荷和边界条件 Mesh 对框架进行有限元网格剖分 Job 生成一个作业并提交分析 Visualization 观察分析结果 本例的命令记录文件列在本手册的附录 A.1 中，在 ABAQUS/CAE 中运行命 令记录文件时，它会生成本例的完整分析模型，若按以下的次序操作遇到困难， 或者试图校核自己的工作，可运行这个文件。关于如何运行命令记录文件，可参 考附录 A。 前面所叙的是用 ABAQUS/CAE 来生成模型，用户也可以手工生成本例的分 析输入文件，详见 Getting Started With ABAQUS/Standard：Keyword Version 的 2 －3 节。 2.3.1 量纲 在建立模型前，必须先决定量纲系统。ABAQUS 没有固定的量纲系统,但一 个问题所有的输入数据只能用同一个量纲系统,下表为常用的量纲系统。表 2－1 常用量纲 量词 长度 载荷 质量 时间 应力 能量 密度 2.3.2 生成部件 本节的任务是用 Part 模块来生成分析所需的部件。部件是模型中每一部分的 几 何 形 体 ， 它 们 是 ABAQUS/CAE 模 型 的 基 本 构 造 块 。 当 然 首 选 是 在 ABAQUS/CAE 环境中直接生成部件，也可以由其它软件生成几何体或有限元网 格，再输入到 ABAQUS/CAE 中来作为部件。 对于本例而言，可选择：两维的可变形线框型部件，用户只需绘制出框架的 几何形状。在生成部件时 ABAQUS/CAE 会自动进入绘图（sketcher）环境 此时，在提示区会出现短信息来告诉用户下一步应当做什么，见图 2－5。 SI m N kg s Pa(N/m2) J kg/m3 SI（mm） mm N tonne(103kg) s Mpa(N/mm2) mJ(10-3J) tonne/mm3 US Unit(ft) ft lbf slug s lbf/ft2 ft lbf slug/ft3 US Unit(inct) in lbf lbfs2/in s psi (lbf/in2) in lbf lbf s2/in4图 2－5 提示区中的信息和提示点击 cancel 可取消当前的任务，点击 backup 可取消当前的分析步骤，回到前 一个步骤。 生成桥式吊架结构的次序如下： 1. 若还未启动 ABAQUS/CAE，可键入 abaqus cae 命令启动。 2. 在弹出的 Start Session 对话框中选择 create model Database 项。 3. 在 Module 表中点击 Part 进入 Part 模块的环境，此时光标会暂时变成沙漏 图标，一旦 Part 模块装入完成，就会在主窗口的左方弹出 Part 模块工具框，工具 框中包含了一组工具图标。用户可直接使用这些图标工具，也可以使用主菜单条 中的菜单项，视用户熟悉情况而定。由于每个模块都会在其工具框中给出一组工 具，所以当用户从主菜单条中选择某一项时，模块工具框中相应的工具图标就会 出现高亮度，用户也可籍此熟悉其所在位置。 4. 从主菜单条中选择 Part→Create 命令路径来生成新的部件时，会弹出 Createpart 对话框，同时在提示区会出现提示性文字。 需在 Create part 对话框中对部件命名，选定其模型空间的维数类型和基本特 征，并要设置部件的大致尺寸（approximate size） 。一旦设定，在以后的操作中可 编辑和重起名，但不可改变其模型空间维数、类型和特征。 5. 部件起名为 Frame，并选定二维，变形体和平面线框型作为基本特征。 6. 在 Approximate size 域内，键入 4.0。 此举设置了部件的 Approximate size 参数。该参数确定了部件的大致尺寸大 小和栅格大小。设置该参数值的原则是取部件的最大尺度。要记住，在 ABAQUS/CAE 中必须对整个模型采用同一量纲系统，任一局部不可有其特殊量 纲。在本例子中采用 SI 单位。 7. 点击 Continue 退出 Create part 对话框。ABAQUS/CAE 会自动进入绘图 （Sketcher）环境，Sketcher 工具框位于主窗口的左边，这时在图形窗口中会出现 绘图栅格，Sketcher 包含一组用来绘制部件二维轮廓线的基本工具，一旦处于生 成或编辑部件的状态，就会自动进入 Sketcher 环境。 在光标位于图形窗口中时点击鼠标的中间键，或在选择一个新的工具项时， 就会退出 Sketcher 环境。 注：如同 ABAQUS/CAE 中所有的工具一样，若让光标在 Sketcher 工具框中 的某一工具项上停留一会儿，就会出现一个小窗口，对该工具项作出简短的说明。 在选定一个工具项时，该项图标就会更亮。 下列 Sketcher 的特点有助于绘制出所希望的几何形状： ?绘图栅格帮助光标和物体定位。 ?虚线给出 x,y 坐标系和坐标原点。 ?图框左下角的小三轴标记给出了绘图平面和部件之间的方位关系。 ?绘图时，在左上角会显示光标的 x，y 坐标值。 8. 利用 Sketchr 工具框右上方的 Create Isolated point 工具 ，以定义单个点的方式开始绘制框架。先生成三个点： （-1.0, 0.0）（0.0, 0.0）和（1.0, 0.0） ， 。这些 点确定了框架底部铰接点的位置。当光标在画面上时，按鼠标中间键即退出 工具。 9. 利用各杆件之间夹角为 60?这一条件很容易确定框架顶部点的位置。此时 可采用 Construction geometry 工具项。 Sketcher 环 境 允 许 添 加 辅 助 线 、 辅 助 圆 和 辅 助 点 来 帮 助 绘 图 。 详 情 见 ABAQUS/CAE 手册 23.10 节。 a. 采用 Create construction：Line at an Angle 工具 角度辅助线： 注意到工具框中某些图标的底部有个很小的黑色三角形。这些小三角形意味 着该图标有若干个隐藏的可以切换的选项，拾取 Create construction: Horizontal Line Thru Point 图标 现。 按住鼠标 1#键不松手，沿着新出现的图标拖拉光标直到 松开鼠标键即选择了这一工具，该图标的底色变为粉红色。 b. 在提示区输入 60.0，表示辅助线与水平线之夹角为 60?。 c. 光标移到（-1.0，0.0）点，按鼠标 1#键即生成一条辅助线。 10. 类似地可在其它两个点生成辅助线： a. 在（0.0，0.0）点再生成一条夹角为 60?的辅助线。 b. 在（0.0，0.0）与（1.0，0.0）两点生成二条夹角为 120?的辅助线。 见图 2－6。 出现为止，此时 ，并且按住鼠标 1#键不松手，隐藏着的其它图标就会出 ，从上述二点出发生成图 2－6 框架的辅助线和辅助点11. 若操作有误，可删除画错的线，删除步骤如下： a. 在 Sketch 工具框里点击 Delete Entities 工具 b. 拾取欲删除的线，被选中的线变为红色。 。 c. 点击鼠标 2#键就删去该线。 d. 如有必要，重复 b 与 c 可删去多根线。 e. 点击鼠标 2#键或点击提示区中的 Done，退出 Delete Entities 工具环境。 12. 生成实际的线来定义框架。 在移动光标时，会出现所谓的预选点来帮助定位。用位于 Sketcher 工具框右 上方的 Create Lines: Connected 工具图标 来连线，生成的图形见图 2－7。图 2－7 框架草图13. 点击提示区的 Done，退出 Sketcher 环境。 注：若未见到提示区里的 Done，可连续点击鼠标 2#键，直到 Done 出现为止。 14. 存贮当前模型 a. 从主菜单条中选 File?Save，立即弹出 Save Model Database as 对话框。 b. 在其 Selection 域内给出新的模型名，然后按 OK，无需给出文件后缀， ABAQUS/CAE 会自动加上.cae 后缀。 ABAQUS/CAE 会以新的文件名进行存贮并返回 Part 模块，在主窗口的标题 条（title bar）上会出现文件名和路径。 用户应当经常存贮模型数据，比如可在每次切换功能模块时存贮一遍， ABAQUS/CAE 不会自动进行存贮。 2.3.3 材料参数 本节的任务是用 Property 模块给出材料参数并赋于（Assign）模型。本例中 全部杆件是钢材，所以是线弹性材料，扬氏模量为 200Gpa，泊松比是 0.3，其步 骤如下： 1. 在 Module 表中切换到 Property 模块，进入 Property 时，同样，光标变为沙 漏图标，这一点以后不再重复说明。 2. 在主菜单条中选 Material?Create，则 Create Material 对话框弹出。 3. 取材料名为 Steel，然后点击 Continence，材料编辑框弹出。 4. 在材料编辑器的浏览区下有一个材料编辑菜单条，它包含了全部有效的材 料选项，其中若干项还有子菜单。图 2－8 显示了 Mechanical?Elasticizes 菜单项 的情况。图 2－8 Mechanical?Elasticizes 的子菜单层次一旦选中某一材料项，相应的数据输入格式就会出现。 5. 从材料编辑菜单条中选 Mechanical?Elasticity?Elastic，立即有线弹性数据 输入格式出现。 6. 在相应的域内输入扬氏模量值 200.0E9 和泊松比值 0.3，可用[Tab]键来移 动光标。 7. 点击 OK，退出材料编辑。 2.3.4 定义和赋于截面（Section）特性 在 Property 模块里还要定义截面（Section）特性，并把它赋于部件，在当前 视图下有两种方法： ①直接选择部件所在的区域，然后对该区域赋于截面特性。 ②利用 Set 工具组生成一个含有该区域的相同截面组集，然后对其赋于截面 特性。 对本例，可生成单一的 truss 截面特性，并在视图中直接选择框架部件来配置 它，本例的截面由刚刚生成的材料 Steel 和各杆件的横截面积组成。 定义 truss 截面 truss 截面的定义较简单，它只需材料和横截面积信息。由于杆件是直径为 0.005m 的圆棒，所以其横截面积为 1.963×10－5m2. 注: 亦可以在 ABAQUS/CAE 的信息区进行简单计算. 例如,要计算杆件的横截面积,可在信息区里键入 3.*2/4.0,会显示 出横截面积值。 定义 truss 截面的步骤： 1. 从主菜单条中选择 Section→Create, 则 Create Section 对话框弹出。 2. 在对话框中作如下操作： a. 对截面取名：Frame Section。 b. 在 Category 表中选 Beam。 c. 在 Type 表中选 Truss。 d. 点击 Continue ，Edit Section 对话框弹出。 3. 在 Edit Section 对话框中作如下操作： a. 接受隐含的 Steel 材料选择项。若要定义其它材料，可点击紧挨着 Material 文本框的箭头先看一下可用的材料表并选择材料。 b. 在 Cross－Sectional area 域里给出 1－963E－5。 c. 点击 OK。 截面特性赋于 Frame 部件 这里所完成的任务是用 Property 模块中的 Assign 菜单把以 Frame Section 命名 的截面特性赋于 Frame 部件，其步骤如下： 1. 在主菜单条中选 Assign→Section。其实在提示区里也出现了这一要求。 2. 选择整个部件作为赋于截面特性的区域： a. 在画面右上方取一点，按住鼠标 1#键不放。 b. 拖拉光标把整个部件置于一个方框内。 c. 松开鼠标。整个桁架结构变亮。 3. 按鼠标中间键或点击提示区里的 Done，表示已经接受所选择的几何形体。 这时会弹出 Assign Section 对话框，其中列有已存在的截面特性表。 4. 接受省缺的截面特性名：Frame Section，点击 OK，这时，已对部件 frame 赋于了 truss 截面并会关闭 Assign Section 对话框。 2.3.5 定义装配件（Assembly） 每一个部件都是面向它自己的坐标系的，是互相独立的。用户需要在 Assembly 模块中定义整个装配件的几何形体。 其方式是先生成部件的副本（instance） ，然后在整体坐标系里对副本相互定 位。一个模型可能有许多部件，但装配件只有一个。 本例只需生成一个吊架副本，ABAQUS/CAE 对副本的定位操作是把 frame 部 件的局部坐标原点与装配件默认的坐标系原点相重合。 定义装配件步骤如下： 1. 点击 Module 表中的 Assembly，进入 Assembly 模块。 2. 从主菜单条中选 Instance→Create, Create Instance 对话框弹出。 3. 在该对话框中选 Frame，然后点击 OK，生成吊架的副本。 本例只需用一个副本就定义了装配件。此时，框架就在整体坐标系的 1－2 平面中，图框左下角的小三轴标记给出了整体坐标的原点。图框上第二个小三轴 标记给出了 X、Y、Z 轴的方向。 整体 1 轴为吊架的水平线，整体 2 轴是垂线，整体 3 轴与框架平面垂直。 位于整体的 1－2 平面内。 2.3.6 分析进程的配置 在生成组件后，就可切换到 Step 模块来配置分析进程，本例是吊架的静力分 析，它在进程中只是单个事件，只需要单一的分析步进行模拟。分析由两步组成： ?初始步，施加边界条件即框架结构的约束。 ?分析步，在框架结构的中心施加集中力。 ABAQUS/CAE 会自动产生初始步，但用户必须用 Step 模块来生成分析步。 Step 模块允许用户规定分析中任一步中的输出数据。 ABAQUS 中有两类分析步： 一般分析步用来分析线性或非线性响应；线性摄动分析步只用于分析线性问 题。 在本例中要定义一个静态线性摄动步，摄动的进一步讨论见第十章的多步分 析。 生成分析步 用 Step 模块在初始分析步之后生成一个静态的线性摄动步的步骤如下： 1. 在 Module 表中点击 Step，进入 Step 模块。 2. 从主菜单条中选 Step→Create，弹出 Create Step 对话框。对话框中所列各 项为一般性操作顺序，默认的分析步名为 step－1。 3. 把分析步名改为 Apply load. 4. procedure type 选 Linear perturbation. 5. 在 Create Step 对话框的线性摄动顺序表里选 Static、Linear Perturbation。点 击 Continue 弹出 Edit Step 对话框，对话框中是静态线性摄动分析步的各默认设置 项。 6. 取省缺的 Basic 键，在 Description 域里输入 10KN Central load。 7. 点击 Other 键来观看其内容，接受分析步提供的省缺值。 8. 点击 OK 生成分析步，并且退出 Edit Step 对话框。 数据输出要求 有限元分析会输出大量数据。ABAQUS 允许用户控制和管理输出数据，从而 只输出理解计算结果所必需的数据。共有四种输出类型： ? 二 进 制 输 出 文 件 ， 它 用 于 ABAQUS/CAE 的 后 处 理 ， 这 种 文 件 称 为 ABAQUS 输出数据库文件，文件后缀为.odb。 ?列表形式，输出为 ABAQUS 数据文件（.dat） 。 ?用于后续分析的数据形式，输出为 ABAQUS 重启动文件（.res） ?输出为 ABAQUS 结果文件（.fil） ，是用于第三方软件后处理的二进制文件。 本例只用到前二种输出类型。 每生成一个分析步，ABAQUS/CAE 就会产生一个省缺的输出要求。省缺情 况为输出.odb 文件。ABAQUS/Standard 用户手册中给出了预选变量表作为输出数 据库的省缺变量。用户不需要作任何事情，接受这些省缺选择即可。用户在使用 Field output Requests Manager 来请求变量输出时，这些变量是对整个模型或模型 的很大的一部分起作用的。它们以相对较低的频率写入输出数据库。而用户在使 用 History output Requests Manager 来请求变量输出时，这些变量是针对模型的很 少的局部如某个节点的位移的，它们以很高频率写入输出数据库。 计算结果也可以用 ABAQUS 数据文件（.dat）的列表形式给出。 在本例中，我们感兴趣的是位移（输出变量 u） 。约束处的反力（输出变量 RF）和杆件应力（输出变量 S） 。在 ABAQUS/Standard 用户手册的 4.2.1 节中给出 了有效的输出变量表。目前还不能在 ABAQUS/CAE 里直接要求打印列表结果此 时可以用 Keyword Editor 来添加必要的输出请求。 它是一个特别的文本编辑器，允许在提交作业前修改 ABAQUS/CAE 所产生 的输入文件。这样它增加了 ABAQUS/Standard 或 ABAQUS/Explicit 的功能，而这 些功能是当前的 ABAQUS/CAE 版本所不支持的，Keyword Editor 的详情可参考 ABAQUS/CAE 用户手册的第 13.8.1 节。 对本例，用户将检验对.Odb 文件的输入请求并接受省缺的配置。用户也可利 用 Keyword Edilor 把位移反作用力和应力的输出要求写入数据文件（.dat）以作为 今后在 Job 模块中讨论的内容。 检查.Odb 文件的输出请求 1. 从主菜单条中选 Output→Field Output Requests→Manager。则 Field Output Requests Manager 窗口弹出。沿着窗口的左边，按字母排列着输出请求。窗口顶 部是按执行次序排列的所有分析步名字。以这样的方式给出了每一分析步的输出 要求。利用这个对话框，可做以下事情： ?选择将写入输出数据库的变量。 ?选择产生输出数据的截面点。 ?选择产生输出数据的区域。 ?改变写入数据库的数据的次数。 2. 检查所生成的静态、线性摄动分析步的省缺输出请求，并命名它为 Apply load。 点击标有 Created 的小盒，小盒立即变为高亮度，相关的信息在对话框底部 出现： ?所在列对应的分析步类型。 ?输出变量表。 ?输出要求的状态。 3.点击窗口右边的 Edit 可看到输出请求的更多细节，此时字符输出编辑窗弹 出，在它的 Output Variables 区列出了所有要输出的变量，若改变了输出请求，点 击 Preselected defaults 项就可回到省缺输出设置。 4. 点击输出变量类型旁的箭头可看到究竟是哪些变量输出。从每个类型标题 边的小方框可看到该类型的变量是否都会输出。 若变量充满了小方框，则所有变量都要输出，若变量未充满小方框，则只输 出部分变量。 基于对话框显示的选项，会生成模型中每一个省缺截面点的数据，分析过程 中每一增量步的数据都会写入输出数据库。 5. 若不想修改省缺的输出要求，点击 Cancel 键即可关闭字符输出编辑框。 6. 点击 Dismiss 键关闭 Field output Requests Manager 对话框。 注：Dismiss 键与 Cancel 键是有区别的，Dismiss 键只出现在不可直接修改数 据的对话框里。如 Field Output Requests Manager 对话框允许阅读输出要求，但不 能直接去修改，只能在字符输出编辑框里才能修改输出要求。反之 Cancel 键出现 在允许直接修改数据的对话框里，点击 Cancel 键关闭对话框时不存贮修改内容。 7. 从主菜单条中选 Output→History→Output Requests→Manager 就打开了进程 输出编辑器，可以用类似的方式可看到输出要求的进程记录。 2.3.7 施加边界条件和荷载 边界条件和载荷跟分析步是独立设置的，这意味着必须规定边界条件和载荷 是对哪个分析步起作用的。现在，分析步已被定义，就应当用 Load 模块定义边 界条件和载荷。 施加边界条件 在结构分析中，边界条件加在已知位移处，已知位移为零时就称为约束，已 知位移亦可不为零。 本例中结构的左端是完全约束的，右端垂直方向约束，水平方向可自由移动， 运动方向称为自由度。在 ABAQUS 中平移自由度和旋转自由度的正方向规定如 下： 1. 方向 1 的平移：U1 2. 方向 2 的平移：U2 3. 方向 3 的平移：U3 4. 绕轴 1 的旋转：UR1 5. 绕轴 2 的旋转：UR2 6. 绕轴 3 的旋转：UR3 施加边界条件的步骤： 1. 在 Module 表中点击 Load，进入 Load 模块。 2. 从主菜单条中选 BC→Create，弹出 Create Boundary condition 对话框。 3. 在对话框中做以下操作： a. 给边界条件起名为 Fixed。 b. 从分析步表中选 Initial 作为激活边界条件步。在 Initial 步中的所有力学边 界条件的大小必须是零。这是由 ABAQUS/CAE 自动强制给定的。 c. 接受 Category 表中的默认选项 Mechanical。 d. 在 Types for Selected Step 表中选 Displacement/Rotation 然后点击 Continue。 提示区会提示用户进一步该做什么，此时会问在何处施加边界条件。用户可 以直接在图形上选择载荷施加点，也可以选择“集”（模型的一个部分被命名后 。 称为集。 ） 对于大型复杂模型，集是十分方便的管理工具，因本例较简单，无需用到集 的概念。 4. 在图形上选左下端作为加载点。 5. 按鼠标中间键或点击提示区中的 Done，表示完成了选择。Edit Boundary Condition 对话框弹出。在定义初始步的边界条件时，所有的自由度的默认状态是 尚未施加约束。 6. 在对话框中做以下操作： a. 因为左下端所有的平移自由度均要约束，所以要选中 U1 和 U2。 b. 点击 OK 即施加边界条件并退出对话框。此时，在左下端出现两个箭头表 示自由度被约束。 7. 重复上述步骤，在右下端加 U2 约束，该边界条件被命名为 Roller。 8. 从主菜单条中选 BC→Manager，则 Boundary Condit Manager 窗弹出，从中 可以看到，初始步的边界条件状态是 create，Apply load 步的状态是 propagated。 9. 点击 Dismiss 键关闭 Boundary Condition Manager。 在本例中，所有的约束是整体坐标轴 1 或轴 2 方向的。在许多情况下，约束 方向并不是整体坐标轴方向，此时可定义一个局部坐标系来施加边界条件，在第 5 章用一个斜板例子说明如何做。 施加载荷 在加完约束后就应当在结构的底部加载荷。在 ABAQUS 里，载荷通常是指 从初始状态下使结构响应发生变化的各种因素，如： ?集中力 ?压力 ?非零边界条件 ?体力 ?温度（材料热膨胀特性被定义后） 有时候载荷是专门指力这一类量的（比如 Load 模块的 Load Manager 中的载 荷） ，即载荷专指集中力、压力和体力而不包括边界条件和温度。这个词汇的实 际含意在讨论的内容中看是十分清楚的。在本例中，在线性扰动步于结构底部的 中点加 10kN 的集中力，其方向是负的 2 方向。当然实际上是不存在集中载荷或 点载荷这样的东西的，载荷总是加在有限大小区域上的，只是当这个有限区域很 小而理想化处理为集中力。 加集中力的步骤： 1. 从主菜单条中选 Load→Manager，则 Load Manager 窗口弹出。 2. 在窗口的底部，点击 Create，则 Create Load 对话框弹出。 3. 在对话框中做以下操作： a. 命名载荷为 Force. b. 选 Apply load 作为载荷施加步。 c. 接受 Category 表中的 Mechanical 默认项。 d. 接受 Type for Seceded Step 表中的 Concentrated force 默认选项。 e. 点击 Continue. 提示区信息提示用户选择加载处。同施加边界条件一样，既可在图形上直接 选择，也可以从已有集的表上选择加载集。 4. 直接在图形上选结构底部的中点作为加载点。 5. 按鼠标中间键或点击 Done 完成选择。Edit Load 对话框弹出。 6. 在对话框中做以下操作： a. 在 CF2 处输入－10000。 b. 点击 OK 即完成加载，退出对话框。 7. 在 Load Manager 窗口可观察到 Apply load 步的载荷状态是 Created（被激 活） 。 8. 点击 Dismiss 关闭 Load Manager 窗口。 2.3.8 网格剖分 本节的任务是用 Mesh 模块剖分有限元网格，用户用 ABAQUS/CAE 的网格 生成技术来剖分网格，确定单元形状和类型。一维问题的网格生成技术只有一种， 不能选择。对二维/三维问题，ABAQUS/CAE 有一系列方法可用。省缺的方法由 进入 Mesh 模块时模型的颜色给定。若为桔红色，则没有用户的干预不能剖分。 单元类型配置 单元配置的操作在网格剖分前后均可。 由于吊车这类结构都是铰接点，杆件只承受拉压轴力，所以采用二维桁架单 元，步骤如下： 1. 在 Modual 表中选择 Mesh 模块。 2. 在主菜单条中选 Mesh→Element Type。 3. 在图形上选择全部框架，再在提示区中点击 Done。Element Type 对话框弹 出。 4. 在对话框中作如下选择： ?Element Library 项：Standard（默认） ?Geometrie Order 项：Linear（默认） ?Family 项：Truss 5. 在对话框下部作单元形状检验，在每个标题卡（tabbed page）底部对默认 的单元选择有简短叙述。 因为模型是二维桁架，在 Line 标题卡内只显示二维桁架单元。 6. 接受 Line 标题卡上的默认单元类型，对话框底部出现 T2D2 单元类型的说 明，此时已把网格中的单元确认为 T2D2 元。 7. 点击 OK，关闭对话框。 8. 点击提示区的 Done，结束单元类型配置。 生成网格 分两步操作：先指定部件副本的边的剖分数，然后剖分网格。本例中每个杆 件只生成一个单元。 1. 从主菜单条中选择 Seed→Instance 用户可对每一条边分别指定剖分数，但对本例则无此必要。从提示区可见到 默认的单元大小信息，ABAQUS/CAE 用它来剖分副本。这个默认的单元大小是 根据部件副本而得的。 2. 在提示区里指定单元大小为 1.0，然后回车或按鼠标中间键。 3. 再按鼠标中间键以接受剖分数。 4. 从主菜单条中选 Mesh→Instance。 5. 点击提示区的 yes 来确认进行部件副本的网格剖分。 在对装配件进行网格剖分时，光标变为沙漏标记。 注：用户可通过主菜单条的 View→Asseinbly Display Options 操作看到节点与 单元数，轮换 Mesh 标题卡上的 Show Node labels 与 Show element label 即可。 2.3.9 生成作业和关键词编辑器（Keyword editor）的使用。 在 Job 模块中生成作业并用关键词编辑器给出输出要求。 生成作业： 1. 在 Module 表中点击 Job 进入 Job 模块。 2. 在主菜单条中选 Job→Manager, 弹出 Job manager 窗口，在完成该窗口的操 作后，会显示作业表，每个作业所对应的模型、分析类型和作业状态等信息。 3. 点击窗内的 Create, 弹出 Create Job 对话框，对话框中列有模型数据库中全 部模型名。 4. 作业起名为 Frame，然后点击 Continue，弹出 Edit Job 对话框。 5. 在 Description 域中输入 Two－dimensional overhead hoist frame. 6. 在 Submission tabbed page 上选 Data Check 作为作业类型，点击 General 钮 并切换所有的 Preprocessor Printout 选项，点击 OK 接受其它的所有省缺作业设置 项并关闭对话框。 用关键词编辑器添加打印输出要求： 1. 在主菜单条中选 Model→Edit Keyword，并选中当前的模型。 2. Edit keyword 对话框弹出，其中包含了已经生成的输入文件。 其中只有白色背景的文本方格可以编辑，利用对话框右边的滚动条来寻找标 有*EL PRINT 和*NODE PRINT 选项的文本方格。对每个方格输入数据时先要把 光标放在线尾。对每个选项，打印输出频率的改变写为 1，并按回车来生成新的 线，可在其中指定输出变量名。 一旦完成操作，有类似下列信息出现： *E1 Print, freq=1 S, *Node Print, freq=2 U, RF, 3. 击点 OK 退出 keyword editor 2.4 模型的检查 生成模型后，准备进行分析。但可能有错误的数据或丢失数据的情况，应进 行数据检查。 先确认 Job Type 设置为 Data Check，然后在 Job Manager 窗口的右边点击 Submit 来提交作业进行数据检查分析。在提交作业后，Status 列上的信息变为作 业状态信息。会显示下列信息： ?分析输入文件正在生成时，状态为 None。 ?正在提交作业时，显示状态为 Submitted. ?正在分析模型时，显示状态为 Running。 ?分析完成并正在输出数据时，显示状态为 Completed。 ?若输入文件发生问题或分析中断时，显示状态为 Aborted。同时在信息区 里会报告所发生的问题，见图 2－2。 在分析过程中，ABAQUS/Standard 发送信息到 ABAQUS/CAE，使用户可监 控作业的过程，信息来自状态，数据和记录，作业监制对话框中有信息文件出现。 监控作业的状态： 在 Job Manager 窗的右边点击 Monitor 钮来打开作业监控对话框（Monitor 钮 只有在 Submitted 状态下才有效） 。 对话框的上半区显示了状态文件（.sta）里的信息。状态文件是 ABAQUS 在 分析中产生的。该文件记录了分析进程的简明摘要，详情见 ABAQUS/Standard 用 户手册的 4.1.1 节。 对话框的下半区显示了下列信息： ?点击 Log 键可看到 Log 文件中记录的分析起始时刻和终止时刻。 ?点击 Errors 和 Warnings 键可看到前十个出错信息和前十个警告信息，它们 分别记录在.dat 文件和.msg 文件中，若是模型的某一部分是引起出错和警告的原 因，会自动产生一个节点集或单元集，它们复盖了该区域，用户可利用可视化模 块中的 display groups 来观察它。 出错信息所给的错误被纠正前，不可能再进行分析。另外，总是要研究引起 警告的原因以确定是否需纠正它。 若遇到十个以上的出错或警告信息，从打印输出文件本身会得到出错和警告 信息。 ?点击 Output 键显示每条输出数据记录。 2.4.1 阅读输出文件 在完成数据检查分析之后，会发现 ABAQUS 已生成了一些附加文件。在数 据检查分析过程所遇见的所有错误，都被写入 Frame.dat 文件，该文件是文本文 件，可在编辑器显示或打印出来。 下面尝试在文本编辑器中阅读这个文件。文件行可长达 256 个字符。因此所 用的编辑器应当有能力显示这么长的字符。文件的顶部是头记录，是 ABAQUS 版本信息，所在地区的 ABAQUS 办公室或代理处的电话号码，地址及联系信息， 它能为用户提供技术支持和帮助。 接着头记录的是输入文件信息，产生输入文件信息的原因是定义作业时在 Preprocessor printout 中选了 print an ech of the input data 项。A B A Q U S 75 80 5 10 15 20 I N P U T 25 30 E C H O 35 40 45 50 55 60 65 70------------------------------------------------------------------------*Heading Two-dimensional overhead hoist frame *preprint, echo=YES, history=YES, model=YES, contact=YES ** ---------------------------------------------------------------** PART INSTANCE: FRAME-1 ** *Node 1, 0, 0, 0 2, 0.5, 0. 3, -0.5, 0. 4, 1, 0, 0 5, -1, 0, 0 *Element, type=T2D2 1, 1, 2 2, 2, 3 3, 1, 4 4, 3, 1 5, 4, 2 6, 5, 1 7, 3, 5 *Elset, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 *solidsection, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1, material=STEEL 1.963E-05, ** ** Assembly Nsets ** *Nset, nset=ASSEMBLY__G4 1 *Nset, nset=ASSEMBLY__G5 5 *Nset, nset=ASSEMBLY__G6LINE5LINE10LINE15LINE20LINE25LINE30 LINE35LINE40LINE454 *material, name=STEEL *elastic 2E+11, 0.3 *boundary ASSEMBLY__G5, ENCASTRE *boundary ASSEMBLY__G6, 2, 2 *Step, name=&Apply load&, perturbation 10kN central load *static *cload ASSEMBLY__G4, 2, -10000. *restart, write, frequency=1 *output, field, variable=PRESELECT *output, history, variable=PRESELECT *elprint, frequency=1 S, *nodeprint, frequency=1 U, RF, *endstep -----------------------------------------------------------------------5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 -------------------------------------------------------------------------LINE507580在输入文件信息之后的是 ABAQUS 可选择处理项目的清单。这是出错和警 告信息首先出现的地方。所有的出错信息都有一个***ERROR 字头，而警告信息 有一个***WARRING 字头。由于这些信息总是以统一的方式出现，所以在数据文 件中搜索这些信息是十分直接和方便的。 当出错是一个语法问题时（例如，ABAQUS 无法理解输入内容） ，在出错信 息的下面跟着造成出错的一行说明。OPTIONS BEING PROCESSED *************************** *Heading Two-dimensional overhead hoist frame *Node *Element, type=T2D2 *Elset, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1 *Nset, nset=ASSEMBLY__G4 *Nset, nset=ASSEMBLY__G5 *Nset, nset=ASSEMBLY__G6 *material, name=STEEL *elastic *solidsection, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1, material=STEEL *boundary *boundary *solidsection, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1, material=STEEL *solidsection, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1, material=STEEL *Step, name=&Apply load&, perturbation 10kN central load *static *output, field, variable=PRESELECT *output, history, variable=PRESELECT *elprint, frequency=1 *endstep *boundary *boundary *Step, name=&Apply load&, perturbation *static *cload *output, field, variable=PRESELECT *output, history, variable=PRESELECT *nodeprint, frequency=1 *endstep数据文件的其余部分是一系列表格，表格里包含了所有的应当检查的有明显 错 误 和 遗 漏信 息 的 模型 数 据 和 过程 数 据 。 详 情 可 参考 ABAQUS/Stand ard: （ Keyword Version 的 2.2 节） 。定义作业时，在 Preprocessor Printou 选项里切换到合 适的项就会生成模型数据和过程数据。因为这些表格对于大型题目会占用大量磁 盘空间，所以省缺状态是不生成数据。 数据文件中的模型数据E L E M E N T D E F I N I T I O N S NUMBER TYPE PROPERTY NODES FORMING ELEMENT REFERENCE 1 T2D2 1 1 2 2 T2D2 1 2 3 3 T2D2 1 1 4 4 T2D2 1 3 1 5 T2D2 1 4 2 6 T2D2 1 5 1 7 T2D2 1 3 5 S O L I D S E C T I O N (S) PROPERTY NUMBER 1 MATERIAL NAME STEEL ATTRIBUTES 1.9.0.00000E+00 HOURGLASS CONTROL STIFFNESS 3.84615E+08 (USED WITH LOWER ORDER REDUCED INTEGRATED SOLID ELEMENTS LIKE CPS4R,CPE4RH,C3D8R) M A T E R I A L D E S C R I P T I O N MATERIAL NAME: STEEL ELASTIC YOUNG'S POISSON'S MODULUS RATIO 2.0.30000 : N O D E D E F I N I T I O N S NODE NUMBER COORDINATES SINGLE POINT CONSTRAINTS TYPE PLUS DOF 0.00 0.00 0.00000 A N A L Y S I S1 0.00 2 0.03 3 -0.03 4 1.00 5 -1.00 数据文件中的过程数据 S T E P 1 S T A T I C 10kN central load FIXED TIME INCREMENTS TIME INCREMENT IS TIME PERIOD IS2 ENCASTRE2.220E-16 2.220E-16 1 INCREMENTSRESTART FILE WILL BE WRITTEN EVERYTHIS IS A LINEAR PERTURBATION STEP. ALL LOADS ARE DEFINED AS CHANGE IN LOAD TO THE REFERENCE STATE EXTRAPOLATION WILL NOT BE USED CHARACTERISTIC ELEMENT LENGTH 1.00 1 INCREMENTS 1PRINT OF INCREMENT NUMBER, TIME, ETC., TO THE MESSAGE FILE EVERY D A T A B A S E O U T P U T G R O U PTHE FOLLOWING FIELD OUTPUT WILL BE WRITTEN EVERY 1 INCREMENT(S) THE FOLLOWING OUTPUT WILL BE WRITTEN FOR ALL ELEMENTS OF TYPE T2D2. OUTPUT IS AT THE INTEGRATION POINTS. S E THE FOLLOWING OUTPUT WILL BE WRITTEN FOR ALL NODES U RF CF END OF DATABASE OUTPUT GROUP 1 D A T A B A S E O U T P U T G R O U P 2THE FOLLOWING HISTORY OUTPUT WILL BE WRITTEN EVERY 1 INCREMENT(S) THE FOLLOWING ENERGY OUTPUT QUANTITIES WILL BE WRITTEN FOR THE WHOLE MODEL ALLKE ALLSE ALLWK ALLPD ALLCD ALLVD ALLAE ALLIE ALLKL ALLQB ALLEE ALLJD ALLSD ETOTAL END OF DATABASE OUTPUT GROUP 2 E L E M E N T P R I N TALLFDTHE FOLLOWING TABLE IS PRINTED AT EVERY 1 INCREMENT FOR ALL ELEMENTS OF TYPE T2D2. OUTPUT IS AT THE INTEGRATION POINTS. SUMMARIES WILL BE PRINTED WHERE APPLICABLE TABLE1S11 N O D E P R I N TTHE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL NODES AT EVERY 1 INCREMENT SUMMARIES WILL BE PRINTED TABLE 1 U1 U2THE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL NODES AT EVERY 1 INCREMENT SUMMARIES WILL BE PRINTED TABLE 2 RF1 RF2 B O U N D A R Y NODE DOF AMP. REF. (RAMP) MAGNITUDE C O N D I T I O N S NODE DOF AMP. REF. MAGNITUDE420.00000- (RAMP) OR (STEP) - INDICATE USE OF DEFAULT AMPLITUDES ASSOCIATED WITH THE STEP B O U N D A R Y NODE 5 TYPE ENCASTRE NODE TYPE C O N D I T I O N S NODE TYPE NODE TYPEC O N C E N T R A T E D NODE 1 DOF 2 AMP. REF. AMPLITUDE -10000. NODEL O A D S DOF AMP. REF. AMPLITUDE在数据检查分析中产生的所有出错信息的序号会在数据文件的结尾处列出， 若只有警告信息，这些信息号会列在所要求输出之后。 如前所叙，在数据检查时，若发现出错信息，则在错误被纠正前，不能再进 行分析。引起警告信息的原因也需研究。有时候警告信息亦说明输入数据有错， 一般情况警告信息是不必重视的，可以不予考虑。 最后会有一个数值模型的大小和模拟所需文件大小的估计，在进行大型模型 分析时，利用这个输出信息可确定磁盘空间是否足够。 2.5 分析计算 分析计算前要尽可能正确地建立模型。若数据检查分析未发现任何错误，便 可进行计算分析。为此要对作业的定义进行编辑，把 Job Type 设为 Continue analysis，然后再在 Job Manager 窗口中点击 Submit 来提交作业进行分析。在进行 计算分析之前，必需进行数据检查分析，以确保输入数据的正确性以及确定有足 够的磁盘空间和内存来完成分析过程，也可以把 Job Type 设置为 Full analysis 把 两者结合起来进行。 若计算过程要花费很可观的时间，则以批处理排队方式运行是十分方便的， 这时 Run Made 设为 Queue（队列的有效性取决于用户的计算机，若有问题，可 询问系统管理员） 。 2.6 结果 在分析过程完成后，数据文件 Frame.dat 中将包含由*NODE PRINT 和*EL PRINT 选项所要求的列表形式的结果，这些结果将列在数据检查分析的输出结果 之后。下面给出桥式吊架的计算结果，其中单元输出是单元轴力表，而节点输出 是节点位移和反力。计算机运行所花费的时间在文件结尾处注明。 单元输出：STEP 1 INCREMENT 10kN central load 1 TIME COMPLETED IN THIS STEP S T E P 10kN central load FIXED TIME INCREMENTS TIME INCREMENT IS TIME PERIOD IS 1 S T A T I C A N A L Y S I S 0.000E+002.220E-16 2.220E-16THIS IS A LINEAR PERTURBATION STEP. ALL LOADS ARE DEFINED AS CHANGE IN LOAD TO THE REFERENCE STATE : : : INCREMENT 1 SUMMARY TIME INCREMENT COMPLETED STEP TIME COMPLETED 2.220E-16, 2.220E-16, FRACTION OF STEP COMPLETED TOTAL TIME COMPLETED E L E M E N T 1.00 0.00 O U T P U TTHE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL ELEMENTS WITH TYPE T2D2 AT THE INTEGRATION POINTS ELEMENT PT FOOTNOTE 1 1 1 1 1 1 1 S111 2 3 4 5 6 7 MAXIMUM ELEMENT MINIMUM ELEMENT2........ -2.结点输出：N O D E O U T P U T THE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL NODES NODE FOOTNOTE 1 2 3 4 MAXIMUM AT NODE MINIMUM AT NODE U1 U27......... 0.0.. 1THE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL NODES NODE FOOTNOTE 4 5 RF1 RF20..3642E-12. MAXIMUM AT NODE MINIMUM AT NODE1. 0..THE ANALYSIS HAS BEEN COMPLETED ANALYSIS COMPLETE JOB TIME SUMMARY USER TIME (SEC) SYSTEM TIME (SEC) TOTAL CPU TIME (SEC) WALLCLOCK TIME (SEC)= = = =0.0 0.2000 0检验计算结果是否符合基本物理原理的理想方法是检验吊架上的水平方向和 垂直方向的合力是否为零，还可以检查哪些节点受垂直向外力？哪些节点受水平 向外力？模拟结果与所显示的是否一致？ 在模拟过程中 ABAQUS 也生成一些其它文件，其中 Hame.odb 文件可用于 ABAQUS/CAE 观察结果图形。 2.7 用 ABAQUS/CAE 进行后处理 由于在模拟过程产生了大量的数据，所以可视化后处理是十分重要的。对于 任何实际模型，试图以数据文件的列表形式来解释结果是不现实的。 ABAQUS/CAE 的 Visualization 模块允许用户以各种不同方法对结果进行可视化图 形观察，包括变形形状图、等值线图、矢量图、动画显示和 x-y 图形。所有这些 方法都会在本指南里讨论。详情可参考 ABAQUS/CAE 用户手册的 Consult Part V。 对于本例，可用 Visualization 模块做一些基本的模型检验和桁架的变形显示。 作业成功完成后，用户要观察分析结果。可在 Job Manager 窗口的右边点击 Results，则 ABAQUS/CAE 会装入 Visualization 模块，并打开作业生成的输出数 据库，立即显示模型的快图。快图是未变形时模型形状的基本表达形式，也意味 着已打开了所需的文件。另一种途径是直接点击 Module 表上的 Visualization 模块， 并选择 File→Open，然后在出现的数据库文件表中选择 Frame.odb 文件，最后点 击 OK。 提示：快图不显示计算结果，也不能按需要显示其它内容，比如不能显示单 元和节点号，只能显示未变形的模型形状。 图形底部的标题框给出下列信息： ?模型说明（来自作业说明） ?输出数据库名（来自分析作业名） ?产品名（ABAQUS/Standard 或 ABAQUS/Explicit）和生成输出数据库的 产品版本。 ?输出数据库中最终修改的数据 图形底部的状态框给出下列信息： ?所显示的分析步 ?分析步中的增量 ?分析步的时间 图形里的方向三角是整体坐标系的方向。 若要略去上述显示内容，只需在主菜单条里选 Canvas→View port Annotation Option 进行选择即可。 未变形模型形状图显示步骤： 从主菜单条中选 Plat→Undeformed shape，或使用工具框中的 可显示未变形的模型形状，见图 2－9。 工具，立即图 2－9 变形前的模型形状节点号显示步骤： 1. 从主菜单条中选 Options→Undeformed shape，则弹出 Undeformed Shape plot option 对话框。 2. 点击 Labels 键。 3. 切换到 Show node labels 出现。 4. 点击 Apply，节点号显示。此时对话框并未关闭。 节点号图见 2－10。图 2－10 节点号图单元号显示 1. 在 Undeformed Shape plot Option 对话框中切换 Labels 键一直到 Show element labels 出现。 2. 点击 OK，出现单元号图，见图 2－11。 图 2－11 节点号与单元号图切换 Labels 键，去掉 Show node labels 和 Show－element labels 可不显示节 点号与单元号。 变形形状显示 下面显示模型变形形状并利用图形选项修改变形放大因子，还可以把变形 前后形状同时显示。 从主菜单条中选 Plot→Deformed Shape 或利用工具框中的 示变形，见图 2－12 工具都可显图 2－12 模型变形后的形状对小变形分析问题，位移会自动放大使之可明显看到，放大因子值位于状态 框中，本例的放大因子为 42.83。 改变变形放大因子的步骤： 1. 从主菜单条中选 Option→Deformed Shape。 2. 在 Deformed Shape Plot Options 对话框中点击 Basic 键（若它还未被选中的 话） 3. 在 Deformation Scale Factor 区中切换到 Uniform 后，在 Value 域里输入 10.0。 4. 点击 Apply 来显示新变形形状 在 Deformation Scale Factor 区中切换到 Auto－Compute 状态，就返回到自动 放大位移状态。 变形前后形状重叠显示： 1. 在 Deformation Shape plot options 对话框中切换到 Superimpose Undeformed Plot。 2. 点击 OK，则变形前后形状重叠图形出现，见图 2－13。2－13 模型变形前后图ABAQUS/CAE 过程数据检验 在数据检查阶段，省缺情况是把模型数据和过程数据都写入输出数据库文件。 这样，用户可利用 ABAQUS/CAE 在进行数值分析前检查输入数据是否无误。 用户已学会如何显示模型和节点/单元号图，这些都是检查网格正确与否的有用 工具，也在图形上检查桥式吊架的边界条件。 在变形前模型中显示边界条件的步骤如下： 1. 从主菜单条中选 Plot→Undeformed Shape 或利用工具框中的 2. 从主菜单条中选 View→ODB Display Options。 3. 在 ODB Display Option 对话框中点击 Entity Display 键。 4. 切换到 Show boundary conditions. 5. 点击 OK，即显示边界条件如图 2－14 所示。 工具。 图 2－14 桥式吊架的边界条件退出 ABAQUS/CAE 从主菜单条中选 File→Exit 即退出 ABAQUS/CAE 2.8 小结 ? 可 以 用 ABAQUS/CAE 形 成 完 整 的 ABAQUS 分 析 模 型 。 求 解 器 （ABAQUS/Standard）会读入 ABAQUS/CAE 产生的输入文件，进行分析计算， 并发回信息给 ABAQUS/CAE 供用户监控作业进程，同时生成输出数据库。用 户用 Visualization 模块读入输出数据库并观看分析结果。 ?一旦模型生成，用户可进行数据检查分析。所产生的出错与警告信息会 输出到一个数据文件中。若数据检查成功通过，就会把进行模拟分析所需的计 算机资源估计信息输出到数据文件。 ?在数据检查阶段，可以用 ABAQUS/CAE 中的 Visualization 模块，调用 所生成的输出数据库文件，从图形上检验模型的几何形状和边界条件。 ?通常在数据文件（.dat）中最容易检查出材料参数有否错误。在图形后 处理器（比如 ABAQUS/CAE）中检查几何形状、载荷和边界条件是较方便的。 ?在分析中应该检查结果是否满足工程基本原理，如是否满足静力平衡等 等。 ?可以以多种方法从 ABAQUS/CAE 中的可视化环境中观看分析结果。第三章有限元和刚性体有限元和刚性体是 ABAQUS 模型的基本元素。有限元是可变形的。刚性体 不可变形，只作刚体运动。用户对有限元多少有一些了解，而对有限元软件中刚 性体概念可能感到有些陌生。 ABAQUS 软件引入刚性体是为了提高计算效率。在 ABAQUS 中任何物体或 物体的局部都可以定义为刚性体，大多数单元类型可为刚性体定义所用（参考 ABAQUS/Stardard 用户手册 24－1 节所列的表）刚性体与变形体结合的优点是对 刚性体运动的完全描述可只用一个参考点，所以不超过六个自由度即可定位一个 刚性体。与此相反，变形单元需要许多自由度，并要求大量的单元计算来确定变 形。当某一局部变形可忽略或对它的变形不感兴趣时，则可在建模时构造一个刚 性体部件，这样做就会极大地节省计算时间而并不影响整体结果。 3.1 有限元 ABAQUS 有各种各样的单元，其庞大的单元库提供了一套强大的工具来解决 许多不同类型的问题，本节介绍影响单元特性的五个方面问题。 3.1.1 单元的表征 每一个单元都由下面几个特性来表征： ?单元族 ?自由度（和单元族直接相关） ?节点数 ?数学描述，即单元列式 ?积分 ABAQUS 中每一种单元都有自己特有的名字，例如 T2D2，S4R 和 C3D81。 单元的名字标志着一种单元的五个特性。单元命名的规则将在本章里说明。 单元族 图 3－1 给出了应力分析中最常用的单元族。单元族之间一个明显的区别是 每一个单元族所假定的几何类型不同。图 3－1 常用单元族在这本指南里将用到的单元族有实体单元、壳单元、梁单元、桁架和刚性体 单元，这些将在以后的各章里详细讨论。其它的单元族在这本指南中没有讲到； 如果对应用它们感兴趣，请查阅 ABAQUS/Standard 用户手册的 Part V。 单元名字里开始的字母标志着这种单元属于哪一个单元族。例如，S4R 中的 S 表示它是壳单元，C3D81 中的 C 表示它是实体单元。 自由度 自由度（dof）是分析中计算的基本变量。对于壳和梁单元的应力/位移模拟 分析，自由度是每一节点处的平动和转动。对于热传导模拟分析，自由度为每一 节点处的温度；因此，热传导分析要求应用与应力分析不同的单元，因为它们的 自由度不同。 ABAQUS 中自由度的排序规则如下： 1 1 方向的平动 2 3 4 5 6 7 8 9 度。2 方向的平动 3 方向的平动 绕 1 轴的转动 绕 2 轴的转动 绕 3 轴的转动 开口截面梁单元的翘曲 声压或孔隙压力 电势11 温度（或物质扩散分析中归一化浓度） ，对梁和壳，指厚度方向第一点温 12 梁和壳厚度上其它点的温度 方向 1，2，3 分别对应于整体坐标的 1－，2－，和 3－方向，除非已经在节点处 定义了局部坐标系。 轴对称单元是一个例外，其位移和转动自由度指的是： 1 r-方向的平动 2 z-方向的平动 3 r-z 平面内的转动 方向 r 和 z 分别对应于整体坐标的 1-和 2-方向，除非已经在节点处定义了局部坐 标系。如何在节点处定义局部坐标系，请参考第 5 章的讨论。 在本指南中，限于结构方面的应用，所以只讨论单元的平动和转动自由度。 其它类型的单元（如热传导单元）可参考 ABAQUS/Standard 用户手册。 节点数――插值的阶数 ABAQUS 仅在单元的节点处计算位移或任何其它的自由度。在单元内的任何 其它点处，位移是节点位移插值获得的。通常插值的阶数由单元采用的节点数决 定。仅在角点处在节点的单元，例如图 3－2（a）所示的 8 节点实体单元，在每 一方向上采用线性插值，因此常常称这类单元为线性单元或一阶单元。具有边中 点节点的单元，如图 3－2（b）所示的 20 节点实体单元，采用二次插值，因此常 常被称为二次单元或二阶单元。一般情况下单元的节点数在其名字中清楚地标记 着。8 节点实体单元，如你前面已经看到过的那样，叫做 C3D8；8 节点一般壳单 元叫做 S8R。梁单元族的记法稍有不同：插值的阶数在单元的名字中标记着。这 样，一阶三维梁单元叫做 B31，而二阶三维梁单元叫做 B32。 图 3－2 线性实体单元和二次实体单元单元列式 单元列式是指用来定义单元行为的数学理论。ABAQUS 中所有的应力/位移 单元行为都是基于拉格朗日或物质描述的：在整个分析过程中和一个单元相关的 物质保持和这个单元相关，而且物质不能穿越单元边界。在欧拉或空间描述中， 单元在空间固定，而物质在单元之间流动。欧拉方法通常用于流体力学分析。 ABAQUS 运用欧拉方法来模拟对流换热，这本指南中不讨论这一题目。 为了适用于不同类型的物理行为，ABAQUS 中的某些单元族包含具有几种不 同列式的单元。例如，壳单元族有三个类别：一类具有一般壳体理论的列式，一 类具有薄壳理论的列式，另外一类具有厚壳理论的列式（这些单元的列式在第 5 章解释） 。 某些单元族除了有标准的列式，还有一些其它供选择的列式。具有其它供选 择列式的单元可以由其单元名字末尾的附加字母来识别。例如，实体、梁和桁架 单元族包括了杂交元列式，杂交单元由其名字末尾的“H”字母标识（C3D8H 和 B31H） 。 有些单元列式可求解耦合场问题。例如以字母 C 开头和字母 T 结尾的单元 （如 C3D8T）具有力学和热学自由度，可用于力一热学耦合问题的仿真计算。几 个最常用的单元列式会在本指南的后面部分讨论。 积分 ABAQUS 应用数值技术积分每一单元体上各种变量。对于大部分单元， ABAQUS 运用高斯积分方法来计算单元内每一个高斯点处的物质响应。对实体单 元，必须在全积分和减缩积分之间作出选择，对于给定问题，这个选择很大程度 上影响着单元精度，这将在 4.1 节中详细讨论。 ABAQUS 在单元名字末尾用字母“R”来识别减缩积分单元，对杂交单元， 末尾字母为 RH。例如，CAX4 是全积分、线性、轴对称实体单元；而 CAX4R 是 减缩积分、线性、轴对称实体单元。 3.1.2 实体单元 在不同的单元族中，实体（连续体）单元能够模拟的构件种类最多。从概念 上讲，实体单元仅模拟部件中的一小块物质。由于实体单元可以在其任何表面与 其它单元连接起来，就像建筑物中的砖或马赛克镶嵌中的瓷砖一样，因此能用来 建造几乎任何形状、承受任意载荷的模型。 在 ABAQUS 中应力/位移实体单元的名字以字母“C”开头。随后的两个字 母表示单元的维数，即单元的自由度数，但有时有例外。字母“3D”表示三维单 元； “AX”表示轴对称单元； “PE”表示平面应变单元，而“PS”则表示平面应 力单元。 三维实体单元库 三维实体单元可以是六面体形（砖形） 、楔形或四面体形。三维实体单元的 完整清单和每一类单元的节点布局可以在 ABAQUS/Standard 用户手册的 14.1.4 节 中查到。 二维实体单元库 ABAQUS 拥有几类离面行为互不相同的二维实体单元。二维单元可以是四边 形或三角形。最常用的三类二维单元如图 3－3 所示。图 3－3 平面应变，平面应力和无扭曲的轴对称单元平面应变单元假定离面应变 ? 33 为零；这类单元可以用来模拟厚结构。 平面应力单元假定离面应力 ? 33 为零；这类单元适合于用来模拟薄结构。 无扭曲的轴对称单元，即“CAX”类单元，可模拟 360?的环；这类单元适合 于用来分析受轴对称截荷作用、又具有轴对称几何形状的结构。 ABAQUS 也提供了广义平面应变单元、可以发生扭曲的轴对称单元和反对称 变形的轴对称单元。 广义平面应变单元包括了附加的广义列式。离面应变可以随着模型平面内的 位置线性变化。这种单元列式特别适合于厚截面的热应力分析。 可以发生扭曲的轴对称单元用来模拟初始时为轴对称形状，但能沿对称轴发 生扭曲的物体。这些单元对于模拟圆柱形结构，例如轴对称橡胶套管的扭转很有 用。 反对称变形的轴对称单元则用来模拟初始为轴对称几何形状的反对称变形物 体。它们适合于模拟像随剪切载荷作用的轴对称橡胶支座一类的问题。 后面的三类二维实体单元在这本指南里不作讨论。 二维实体单元必须在 1－2 平面内定义，并使节点编号绕单元周界逆时针旋 转，如图 3－4 所示。当用前处理器产生网格时，要确保所有点处的单元法线方 向一致，即都在整体坐标的 3 轴正方向上。不能提供正确的单元节点布局将引起 ABAQUS 给出单元有负面积的出错信息。图 3－4 二维单元正确的节点布局自由度 所有的应力/位移实体单元在每一节点处有平动自由度。对应地，自由度 1、 2 和 3 在三维单元中是有效的，而在平面应变单元、平面应力单元和无扭曲轴对 称单元中只有自由度 1 和自由度 2 是有效的。查阅 ABAQUS/Standard 用户手册的 14.1.3 节中可以找到在其它类二维实体单元中有效的自由度。 单元性质 所有的实体单元必须赋予截面性质，它定义了材料性质和与单元相关的附加 几何数据。三维单元和轴对称单元是不需要附加几何信息的，节点坐标就能够完 整地定义单元的几何形状。而平面应力和平面应变单元则必须指定单元的厚度， 它们的默认值为 1。 单元列式和积分 实体单元族有若干可选择的单元列式，包括非协调模式的列式和杂交单元列 式，这些列式都将在这本指南中详细讨论。实体单元可以应用完全积分或减缩积 分。 单元列式和积分类型对实体单元的精度都会产生显著的影响，这将在 4.1 节 中讨论。 单元输出变量 应力和应变这样的默认单元输出变量是参照整体直角（笛卡尔）坐标系的。 因此，图 3－5（a）所示的积分点处 ? 11 应力分量是作用在整体坐标的 1 轴方向的。 即使在一个大变形分析中单元发生转动（如图 3－5（b）所示） ，仍默认是在整体 笛卡尔坐标系中定义单元变量，然而，ABAQUS 允许用户为单元变量定义一个局 部坐标系。该局部坐标系在大变形分析中随着单元的运动而转动。当所分析的物 体有某些自然材料方向时（如复合材料中的纤维方向） ，局部坐标系会十分有用。 图 3－5 实体单元默认的材料方向3.1.3 壳单元 壳单元用来模拟那些厚度方向尺寸远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向 的应力可以忽略的结构。 在 ABAQUS 中壳单元的名字以字母“S”开头。轴对称壳单元都以字母 “SAX”开头，而反对称变形的轴对称单元以字母“SAXA”开头。除轴对称壳 外，壳单元名字中的每一个数字表示单元中的节点数，而轴对称壳单元名字中的 第一个数字则表示插值的阶数。如果名字中最后一个字符是数字“5” ，那么这种 单元只要可能就会只用到三个转动自由度中的两个。 壳单元的运用将在第 5 章详细讨论。 壳单元库 一般的三维壳单元有三种不同的单元列式：一般壳单元、薄壳单元和厚壳单 元。壳单元库中有线性和二次插值的三角形、四边形壳单元，以及线性和二次的 轴对称壳单元。表 3－1 对单元库中提供的壳单元进行了总结。 表 3－1 ABAQUS 中的三类单元 一般壳单元 S4，S4R，S3S3R， SAX1 SAX2，SAX2T 自由度 名字以数字“5”结尾的三维壳单元（例如 S4R5，STRI65）每一节点只有 5 个自由度：3 个平动自由度和面内的 2 个转动自由度（即没有绕壳面法线的转动 自由度） 。然而，如果需要的话，节点处的所有 6 个自由度都是可以激活的，例 如，在施加转动边界条件时或者节点位于壳的折线上时就需用 6 个自由度。 其它的三维壳单位（例如 S4R，S8R）在每一节点处有 6 个自由度（3 个平动 自由度和 3 个转动自由度） 轴对称壳单元的每一节点有 3 个自由度： 1 r-方向的平动 2 z-方向的平动 6 r-z 平面内的平动 单元性质 所有的壳单元都有壳的截面特性，它规定了壳单元的材料性质和厚度。壳的 横截面刚度可在分析中计算，亦可在分析开始时计算。若选择分析中计算刚度， ABAQUS 就会用数值积分方法来计算壳厚度方向上所选点的力学性质。所选的点 薄壳单元 STRI3，STRI65 S4R5，S8R5，S9R5， SAXA S8R，S8RT 厚壳单元 称为截面点，如图 3-6 所示。相关的材料性质可以是线性或非线性的，用户可在 壳厚度方向上指定任意奇数个截面点。图 3－6 壳单元厚度方向截面点若选择在分析开始时计算横截面刚度，可定义横截面性质来构造线性或非线 性性质。此时 ABAQUS 直接根据截面工程参量（面积、惯性矩等）构造壳体横 截面性质，所以就不必积分单元横截面上任何变量。因此，这个选择的计算量较 小。此时会根据力和力矩结果来计算响应，只有特别输出要求时才会计算应力和 应变。当壳体响应是线弹性时，建议采用这个方法。 单元列式和积分 ABAQUS 有三类单元，它们之间可以通过单元列式区分开：一般壳单元，厚 壳单元和薄壳单元。壳的单元列式将在第 5 章里详细讨论。S4S4R，S31S3R 和 SAX 轴对称壳单元考虑了有限膜应变，而且允许壳的厚度随着单元的变形而变化。 所有其它的壳单元均假定小应变和壳的厚度不发生变化，即使单元的节点可能发 生有限转动。 所有的四边形壳单元（S4 除外）和三角形壳单元（S3/S3R 除外） ，都应用减 缩积分方案。其它的三角形壳单元应用完全积分方案。 单元输出变量 壳单元的输出变量根据每一个壳单元表面上的局部材料方向进行定义。在大 位移分析中，这些轴随着单元的变形而发生转动。用户亦可以定义单元局部坐标 系，它们在大位移分析中随单元变形可以旋转。 3.1.4 梁单元 梁单元用来模拟长度方向尺寸远大于另外二维尺寸，且只有长度方向的应力 比较显著的构件。 在 ABAQUS 中梁单元的名字以字母“B”开头。下一个字符表示单元的维数： “2”指的是二维梁单元， “3”指的是三维梁单元。第三个字符表示插值的阶数： “1”表示线性插值， “2”表示二次插值， “3”则表示三次插值。 梁单元的应用将在第 6 章讨论。 梁单元库 梁单元库中有二维和三维的线性、二次及三次梁单元。 自由度 三维梁单元每个节点有 6 个自由度：3 个平动自由度（1~3）和 3 个转动自由 度（4~6） “开口截面”型的梁（例如 B31OS）有一个表示梁横截面翘曲量的附 。 加自由度（7） 。 二维梁单元的每个节点有 3 个自由度：2 个平动自由度（1 和 2）和 1 个绕模 型所在平面法线的转动自由度（6） 。 单元性质 所有的梁单元必须有梁截面特性，它规定了梁的材料性质和梁横截面轮廓线； 节点坐标只定义了梁的长度。用户必须给出梁截面轮廓线的几何尺寸和形状。换 言之，用户可以通过给定截面面积和惯性矩这类工程性质定义一个一般的梁截面 轮廓线。 若用户定义了梁截面的几何轮廓线，ABAQUS 就会用数值积分方法计算横截 面性质，材料行为可以是线性或非线性的。 若用户提供截面的面积，惯性矩和扭矩等工程特性参数来代替指定横截面尺 寸，则 ABAQUS 就不必对横截面积分，这个方法计算量较少。在用这个方法时， 材料可以是线性或非线性的。此时，根据力和弯矩结果来计算响应，只有在特别 请求时才计算应力和应力。 单元列式和积分 线性梁单元（B21 和 B31）和二次梁单元（B22 和 B32）允许剪切变形，并 考虑了有限轴向应变；它们不仅适合于模拟细长梁，也适合于模拟短梁。尽管三 次梁单元（B23 和 B33）允许梁的大位移和大转动，但不考虑剪切柔度，并且假 定轴向应变很小，因此，它们适合于模拟细长梁。ABAQUS 提供线性和二次梁单 元的变种单元（B31OS 和 B32OS）来模拟薄壁开口梁。这些单元能正确地模拟开 口横截面的扭转和翘曲效应，例如 I-型和 U-型槽钢。这本指南中不涉及开口截面 梁。 ABAQUS 也提供杂交梁单元来模拟非常细长的构件，例如海上石油平台上的 柔性立管，和模拟非常刚硬的连接件。在这本指南中不涉及杂交梁单元。 单元输出变量 三维剪切变形梁单元的应力分量为轴向应力（ ? 11 ）和扭转引起的剪应力 （ ? 12 ） 。在薄壁截面梁中剪应力沿截面的壁作用。相应的应变量也可以输出。剪 切变形梁单元也提供截面上的横向剪力。细长（三次）梁的输出结果只有轴向变 量。空间开口截面梁的输出结果也只有轴向变量，因为此时的扭转剪应力可略去。 所有的二维梁单元只用到轴向的应力和应变。 根据用户需要，轴向力、弯矩和绕局部梁轴的曲率也可以输出。至于哪种单 元提供哪些分量的详细情况，可以查阅 ABAQUS/Standard 用户手册。第 153.1 节。 局部梁轴的定义细节将在第 6 章里给出。 3.1.5 桁架单元 桁架单元是只能承受拉载荷的杆。它们不能承受弯矩，因此适合于模拟铰接 框架结构。桁架单元还可以近似地模拟线缆和弹簧（例如，网球排） 。桁架单元 有时还用来代表其它单元里的加强构件。第 2 章里的桥式吊车桁架模型就采用桁 架单元。 所有桁架单元的名字都以字母“T”开头。随后的两个字符表示单元的维数， 如“2D“表示二维桁架单元， “3D”表示三维桁架单元。最后一个字符表示单元 中的节点数。 桁架单元库 桁架单元库中有二维和三维的线性和二次桁架单元。 自由度 桁架}
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
评价文档：
abaqus接触分析的常见问题
大小：111.18KB
登录百度文库，专享文档复制特权，财富值每天免费拿！
你可能喜欢CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众 多领域。世界上几大 CAE 公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS 有限元分析 软件拥有世界上最大的非线性力学用户群， 是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元 分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防 军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究 领域。ABAQUS 在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线 性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS 有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用 ABAQUS 建模分析 过程中的各种常见问题， 并以实例的形式教给读者如何分析问题、 查找错误原因和尝试解决 办法，帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS 有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1 点对面离散与面对面离散 【常见问题 16-1】 在 ABAQUS/Standard 分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surfac e-dis-cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surfacediscretization)，二者有何 差别? 『解答』 在点对面离散方法中，从面(slavesurface)上的每个节点与该节点在主面(mastersur face)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一 组主面节点。 使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透 从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件， 在接触分析过程中同时 考虑主面和从面的形状变化。 可能在某些节点上出现穿透现象， 但是穿透的程度不会很严重。 在如图 16-l 和图 16-2 所示的实例中，比较了两种情况。
1）从面网格比主面网格细：点对面离散(图 16-1a)和面对面离散(图 16-2a)的分析结 果都很好，没有发生穿透，从面和主面都发生了正常的变形。 2）从面网格比主面网格粗：点对面离散(图 16-1b)的分析结果很差，主面节点进入了 从面，穿透现象很严重，从面和主面的变形都不正常；面对面离散(图 16-2b)的分析结果相 对较好，尽管有轻微的穿透现象，从面和主面的变形仍比较正常。 从上面的例子可以看出， 在为接触面划分网格时需要慎重， 无论使用点对面离散还是面 对面离散，都应尽量保证从面网格不能比主面网格粗。关于从面和主面的选择方法，请参见 《实例详解》第 5.2.2 节“定义接触对”。 选用离散方法时，还应考虑以下因素。 1）一般情况下，面对面离散得到的应力和压强的结果精度要高于点对面离散。 2）面对面离散需要分析整个接触面上的接触行为，其计算代价要高于点对面离散。一 般情况下，二者的计算代价相差不是很悬殊，但在以下情况中，面对面离散的计算代价将会 大很多： ①模型中的大部分区域都涉及到接触问题。 ②主面的网格比从面的网格细化很多。 ③接触对中包含了多层壳，一个接触对中的主面是另一接触对中的从面。 3）如果从面是基于节点的(即从面类型为 NodeRegion，而不是 Surface)，则不能使用 面对面离散化方法。 相关内容的详细介绍，请参见 ABAQUS6.7 帮助文档《ABAQUSAnalysisUser’sManua l》第 29.2.1 节“DefiningcontactpairsinABAQUS/Standard”。 【常见问题 16-2】 提交 ABAQUS/Standard 分析作业后，为何在 MSG 文件中看到以下提示信息：
CONTACTPAIR(ASSEMBLY-BLANKBOT，ASSEMBLY_TIE-1_DIEDURF)NODEBLANK-1.5IS OVERCLOSEDBY0.0512228WHICHISTOOSEVERE．(出现了严重的过盈接触) 『解答』 可以从以下几个方面查找原因： 1）如果上述提示信息中所提到的接触面是刚体、壳单元、膜单元、梁单元或桁架单元 上的面， 则有可能是在定义此接触面时没有选择正确的发生接触的那一侧， 即接触面的法线 方向错误。 提示：对于可变形的实体单元，ABAQUS/CAE 会自动选择正确的法线方向（指向实体的 外部）。 当接触面的法线方向错误时， 如果使用了点对面离散， 会在 MSG 文件中看到上述提示信 息，分析无法收敛。如果使用了面对面离散，不会出现上述提示信息，分析仍然可以完成， 但分析结果是异常的（例如出现严重的穿透现象）。 在 Visualization 功能模块中可以显示接触面的法线方向，方法是单击(CommonOpti ons)按钮，在 Normals 标签页下选中 Shownormals（如图 16-3 所示），并且要注意选择 On surfaces（面的法向），而不是 Onelements（单元的方向）。另外，在云纹图的模式下不 能显示解析刚体表面的法向，只有在未变形图或变形图的模式下才可以显示。
一对接触面的法向应该是互相指向对方的，第 16.3.2 节“接触分析综合实例 2”提供 了一个接触面法线方向定义错误的实例。 2）如果接触面的法线方向是正确的，但分析仍无法收敛，应检查模型中的过盈量 是否太大。如果存在此问题应修改模型，令过盈量从 O 开始逐渐增大，例如，可以使用，C
ONTACTINTERFERENCE 和线性递增的幅值曲线定义过盈接触，详见《实例详解》第 5.2.4 节 “设定接触面之间的距离或过盈量”。 3）如果接触面的法线方向是正确的，这种“过盈量太大”的信息只是在 MSG 文件中偶 尔出现，而且出现此信息的分析步最终能够收敛，分析结果也一切正常，就没有问题。 在接触分析的求解过程中，ABAQUS/Standard 会迭代尝试各种可能的位移状态，如 果某个位移状态造成过盈量太大，ABAQUS/Standard 就会显示上述提示信息，然后尝试另外 一个位移状态。 换言之， 这个太大的过盈量有可能仅仅是 ABAQUS/Standard 在尝试求解过程 中的一个中间状态，并不一定是模型本身存在错误。 在《实例详解》第 6.4 节“实例 3：弯曲成形过程模拟”的实例中，就可以在随书光盘 的以下 MSG 文件中看到类似的“过盈量太大”的提示信息：\Dem06-Forming\AnalysisResu lts\Forming.msg。 16.1.2 有限滑动和小滑动 【常见问题 16-3】 什么是有限滑动（finitesliding）和小滑动（smallsliding）? 『解答』 在 ABAQUS/Standard 分析中定义接触时，有两种判断接触状态的跟踪方法可供选择： 1）有限滑动。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量较大（例如，大于接触面上 的单元尺寸），就应该选择有限滑动，它允许接触面之间出现任意大小的相对滑动和转动。 在分析过程中，ABAQUS 将会不断地判断各个从面节点与主面的哪一部分发生了接触，因此 计算成本较高。 在使用有限滑动、点对面离散时，应尽量保证主面是光滑的，否则主面的法线方向会出 现不连续的变化，容易出现收敛问题。在主面的拐角处应使用过渡圆弧，并在圆弧上划分足 够数量的单元。 在使用点对面离散时，如果主面是变形体或离散刚体的表面，ABAQUS/Standard 会自 动对不光滑的主面做平滑（Smoothing）处理，默认的平滑系数为 0.2。面对面离散则没有 这种平滑功能， 因此如果工程实际要求主面必须有尖角， 使用点对面离散可能会比面对面离 散更容易收敛。 2）小滑动。如果两个接触面之间的相对滑动或转动量很小（例如，小于接触面上单元 尺寸的 20％），就可以选择小滑动。在分析开始时刻，ABAQUS 就确定了各个从面节点与主 面是否接触、与主面的哪个区域接触，并在整个分析过程中保持这些关系不变，因此计算成 本较低。
关于有限滑动和小滑动的详细介绍，请参见《实例详解》第 5.2.3 节“有限滑移和小 滑移”和 ABAQUS6.7 帮助文档《ABAQUSAnalysisUser'sManual》第 29.2.2 节“Contactfor mul-ationforABAQUS/Standardcontactpairs”。 【常见问题 16-4】 分析接触问题时，是否必须在 Step 功能模块中打开几何非线性开关（将 Nlgeom 设为 ON）？ 『解答』 只有分析几何非线性问题（大位移、大转动、初始应力、几何刚化或突然翻转等） 时才需要将 Nlgeom 设为 ON。接触分析是非线性问题，但不一定是几何非线性问题，常见的 情况有以下几种： 1）如果接触面之间会发生较大的相对位移或转动，则定义接触时应选择有限滑动，并 将 Nlgeom 设为 ON。 2）如果接触面之间的相对位移和转动都很小，模型各处都不会发生大的位移或转动， 则定义接触时应选择小滑动，并将 Nlgeom 设为 OFF。 3）如果接触面之间的相对位移和转动都很小，但模型出现了大的位移或转动（例如刚 体转动），则定义接触时应选择小滑动，并将 Nlgeom 设为 ON。 将 Nlgeom 设为 ON 可能会增加模型收敛的难度，增加计算成本。但如果模型发生了大 的位移或转动，而仍将 Nlgeom 设为 OFF，也可能导致计算不收敛。 关于非线性问题的详细介绍，请参见本书第 15.1 节“线性分析与非线性分析”。 【常见问题 16-5】 壳或膜单元都是有厚度的，但在 ABAQUS/CAE 中它们被显示为无厚度的面。在 ABAQUS/S tandard 中为它们定义接触时，是否需要让接触面之间保留一定距离，以体现其厚度? 『解答』 有以下几种可能的情况： 1）如果选择了点对面离散的小滑动、面对面离散的小滑动或面对面离散的有限滑动， 默认情况下 ABAQUS/Standard 会考虑壳或膜的厚度， 在建模时应根据厚度让接触面之间保留 相应的距离。如果希望忽略壳和膜的厚度，可以在定义接触时选中 Excludeshell/membrane elementthickness。
提示：默认情况下，壳或膜在 ABAQUS/CAE 中的面是它们的中性面。如果需要，可以偏 置此面，相关内容请参见 ABAQUS6.7 帮助文档《ABAQUSAnalysisUser’sManual》第 23.6.3 节“Definingtheinitialgeometryofconventionalshellelements”。 2）如果选择了点对面离散的有限滑动，或者从面类型是基于节点的，则无法考虑壳或 膜的厚度。 本节第 16.3 节“ABAQUS/Standard 接触分析综合实例”中的【综合实例 16.21 演示了 一个具体的例子
看过本文章的还看过。。。
您可能感兴趣。。。Abaqus 详细教程_甜梦文库
Abaqus 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/Pre 或其它软件输入文件：job.inp 模拟 ABAQUS/Standard输 入 文 job.res,job.fil件：前处理（ABAQUS/CAE）后处理 ABAQUS/Post 或其它软件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。 2.1 ABAQUS 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 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“numerical singularity” (数值奇异)或“zero pivot” （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。 2.2 ABAQUS/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。 2.2.1 ABAQUS/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： abaqus cae 一旦启动，立即出现 Start Session 对话框，如图 2－1 所示。图 2－1 Start Session 对话框在这个对话框中有四个选择项： ?Create model Database，开始一个新的分析。 ?Open Database，打开一个以前存贮过的模型或者输出数据库文件。 ?Run Script，运行一个 ABAQUS/CAE 命令文件。 ?Start Tutorial 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： Title bar（标题条） Title bar 给出了正在运行的 ABAQUS/CAE 版本和当前的模型数据库的名字。 Menu bar（菜单条） Menu bar 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 Context bar 中选择不同的模块时，就会在 menu bar 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。 Context bar（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 Context bar 的 Module 表中进行各模块之间的切换。Context bar 里的其它项则是当前模块的功能；例如，Context bar 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。 Toolbox area（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 menu bar 中也是有效 的。详情可见 ABAQUS/CAE 用户手册的第 4 节。 Canvas and drawing area（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。 Prompt area（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。 Message area（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 Start Session 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 模块包含了有限元网格的各种层次的自动生成和控制工具。从而用户可 生成符合分析需要的网格，详情见 ABAQUS/CAE 用户手册的第 21 章。 Job（作业） 一旦完成了模型生成任务，用户便可用 Job 模块来实现分析计算。用户可用 Job 模块交互式地提交作业、进行分析并监控其分析过程，可同时提交多个模型 进行分析并进行监控。详情见 ABAQUS/CAE 第 22 章。 Visualization（可视化） 可视化模块提供了有限元模型的图形和分析结果的图形。它从输出数据中获 得模型和结果信息，用户可通过 Step 模块修改输出需求，从而控制输出文件的存 贮信息。详情见 ABAQUS/CAE 用户手册的第 V 部分。 Sketch（绘图） 在 ABAQUS/CAE 中，先绘出二维的轮廓线有助于生成部件的形状。用 Skcteh 模块可直接生成平面部件，生成梁或一个子区域，也可以先生成二维轮廓 线，然后用拉伸、扫掠、旋转的方式生成三维部件。详情可见 ABAQUS/CAE 用 户手册第 23 章。 在功能模块之间切换时，主菜单中内容会自动更换，各辅助菜单也随之改变。 2.3 例子：用 ABAQUS/CAE 生成桥式吊架模型 图 2－4 是一个起重机桥式吊架例子，通过它来说明 ABAQUS/CAE 的建模过 程，该例要访问每一个功能模块，并给出了生成和分析一个简单模型的基本步骤。 吊架是一个简单的桁架结构，左端为固定铰支座，右端是滚珠支承。各杆件可绕 节点自由转动，是平面结构。模拟计算是求结构的位移和峰值应力，所施加的载 荷为 10kN，见图 2－4。 图 2－4 桥式吊架图形所有的杆件都是直径为 5mm 的圆钢棒。 材料参数：密度 ? ? 7800 g / m 3 ，弹性模量 E=200×109pa，泊松比μ =0.3 本例会按次序进入以下功能模块进行操作： Part 绘制二维几何形状，并生成框架部件 Property 定义材料参数和框架的截面性质 Assembly 组装模型，生成装配件。 Step 安排分析次序，提出输出要求 Load 施加载荷和边界条件 Mesh 对框架进行有限元网格剖分 Job 生成一个作业并提交分析 Visualization 观察分析结果 本例的命令记录文件列在本手册的附录 A.1 中，在 ABAQUS/CAE 中运行命 令记录文件时，它会生成本例的完整分析模型，若按以下的次序操作遇到困难， 或者试图校核自己的工作，可运行这个文件。关于如何运行命令记录文件，可参 考附录 A。 前面所叙的是用 ABAQUS/CAE 来生成模型，用户也可以手工生成本例的分 析输入文件，详见 Getting Started With ABAQUS/Standard：Keyword Version 的 2 －3 节。 2.3.1 量纲 在建立模型前，必须先决定量纲系统。ABAQUS 没有固定的量纲系统,但一 个问题所有的输入数据只能用同一个量纲系统,下表为常用的量纲系统。表 2－1 常用量纲 量词 长度 载荷 质量 时间 应力 能量 密度 2.3.2 生成部件 本节的任务是用 Part 模块来生成分析所需的部件。部件是模型中每一部分的 几 何 形 体 ， 它 们 是 ABAQUS/CAE 模 型 的 基 本 构 造 块 。 当 然 首 选 是 在 ABAQUS/CAE 环境中直接生成部件，也可以由其它软件生成几何体或有限元网 格，再输入到 ABAQUS/CAE 中来作为部件。 对于本例而言，可选择：两维的可变形线框型部件，用户只需绘制出框架的 几何形状。在生成部件时 ABAQUS/CAE 会自动进入绘图（sketcher）环境 此时，在提示区会出现短信息来告诉用户下一步应当做什么，见图 2－5。 SI m N kg s Pa(N/m2) J kg/m3 SI（mm） mm N tonne(103kg) s Mpa(N/mm2) mJ(10-3J) tonne/mm3 US Unit(ft) ft lbf slug s lbf/ft2 ft lbf slug/ft3 US Unit(inct) in lbf lbfs2/in s psi (lbf/in2) in lbf lbf s2/in4图 2－5 提示区中的信息和提示点击 cancel 可取消当前的任务，点击 backup 可取消当前的分析步骤，回到前 一个步骤。 生成桥式吊架结构的次序如下： 1. 若还未启动 ABAQUS/CAE，可键入 abaqus cae 命令启动。 2. 在弹出的 Start Session 对话框中选择 create model Database 项。 3. 在 Module 表中点击 Part 进入 Part 模块的环境，此时光标会暂时变成沙漏 图标，一旦 Part 模块装入完成，就会在主窗口的左方弹出 Part 模块工具框，工具 框中包含了一组工具图标。用户可直接使用这些图标工具，也可以使用主菜单条 中的菜单项，视用户熟悉情况而定。由于每个模块都会在其工具框中给出一组工 具，所以当用户从主菜单条中选择某一项时，模块工具框中相应的工具图标就会 出现高亮度，用户也可籍此熟悉其所在位置。 4. 从主菜单条中选择 Part→Create 命令路径来生成新的部件时，会弹出 Createpart 对话框，同时在提示区会出现提示性文字。 需在 Create part 对话框中对部件命名，选定其模型空间的维数类型和基本特 征，并要设置部件的大致尺寸（approximate size） 。一旦设定，在以后的操作中可 编辑和重起名，但不可改变其模型空间维数、类型和特征。 5. 部件起名为 Frame，并选定二维，变形体和平面线框型作为基本特征。 6. 在 Approximate size 域内，键入 4.0。 此举设置了部件的 Approximate size 参数。该参数确定了部件的大致尺寸大 小和栅格大小。设置该参数值的原则是取部件的最大尺度。要记住，在 ABAQUS/CAE 中必须对整个模型采用同一量纲系统，任一局部不可有其特殊量 纲。在本例子中采用 SI 单位。 7. 点击 Continue 退出 Create part 对话框。ABAQUS/CAE 会自动进入绘图 （Sketcher）环境，Sketcher 工具框位于主窗口的左边，这时在图形窗口中会出现 绘图栅格，Sketcher 包含一组用来绘制部件二维轮廓线的基本工具，一旦处于生 成或编辑部件的状态，就会自动进入 Sketcher 环境。 在光标位于图形窗口中时点击鼠标的中间键，或在选择一个新的工具项时， 就会退出 Sketcher 环境。 注：如同 ABAQUS/CAE 中所有的工具一样，若让光标在 Sketcher 工具框中 的某一工具项上停留一会儿，就会出现一个小窗口，对该工具项作出简短的说明。 在选定一个工具项时，该项图标就会更亮。 下列 Sketcher 的特点有助于绘制出所希望的几何形状： ?绘图栅格帮助光标和物体定位。 ?虚线给出 x,y 坐标系和坐标原点。 ?图框左下角的小三轴标记给出了绘图平面和部件之间的方位关系。 ?绘图时，在左上角会显示光标的 x，y 坐标值。 8. 利用 Sketchr 工具框右上方的 Create Isolated point 工具 ，以定义单个点的方式开始绘制框架。先生成三个点： （-1.0, 0.0）（0.0, 0.0）和（1.0, 0.0） ， 。这些 点确定了框架底部铰接点的位置。当光标在画面上时，按鼠标中间键即退出 工具。 9. 利用各杆件之间夹角为 60?这一条件很容易确定框架顶部点的位置。此时 可采用 Construction geometry 工具项。 Sketcher 环 境 允 许 添 加 辅 助 线 、 辅 助 圆 和 辅 助 点 来 帮 助 绘 图 。 详 情 见 ABAQUS/CAE 手册 23.10 节。 a. 采用 Create construction：Line at an Angle 工具 角度辅助线： 注意到工具框中某些图标的底部有个很小的黑色三角形。这些小三角形意味 着该图标有若干个隐藏的可以切换的选项，拾取 Create construction: Horizontal Line Thru Point 图标 现。 按住鼠标 1#键不松手，沿着新出现的图标拖拉光标直到 松开鼠标键即选择了这一工具，该图标的底色变为粉红色。 b. 在提示区输入 60.0，表示辅助线与水平线之夹角为 60?。 c. 光标移到（-1.0，0.0）点，按鼠标 1#键即生成一条辅助线。 10. 类似地可在其它两个点生成辅助线： a. 在（0.0，0.0）点再生成一条夹角为 60?的辅助线。 b. 在（0.0，0.0）与（1.0，0.0）两点生成二条夹角为 120?的辅助线。 见图 2－6。 出现为止，此时 ，并且按住鼠标 1#键不松手，隐藏着的其它图标就会出 ，从上述二点出发生成图 2－6 框架的辅助线和辅助点11. 若操作有误，可删除画错的线，删除步骤如下： a. 在 Sketch 工具框里点击 Delete Entities 工具 b. 拾取欲删除的线，被选中的线变为红色。 。 c. 点击鼠标 2#键就删去该线。 d. 如有必要，重复 b 与 c 可删去多根线。 e. 点击鼠标 2#键或点击提示区中的 Done，退出 Delete Entities 工具环境。 12. 生成实际的线来定义框架。 在移动光标时，会出现所谓的预选点来帮助定位。用位于 Sketcher 工具框右 上方的 Create Lines: Connected 工具图标 来连线，生成的图形见图 2－7。图 2－7 框架草图13. 点击提示区的 Done，退出 Sketcher 环境。 注：若未见到提示区里的 Done，可连续点击鼠标 2#键，直到 Done 出现为止。 14. 存贮当前模型 a. 从主菜单条中选 File?Save，立即弹出 Save Model Database as 对话框。 b. 在其 Selection 域内给出新的模型名，然后按 OK，无需给出文件后缀， ABAQUS/CAE 会自动加上.cae 后缀。 ABAQUS/CAE 会以新的文件名进行存贮并返回 Part 模块，在主窗口的标题 条（title bar）上会出现文件名和路径。 用户应当经常存贮模型数据，比如可在每次切换功能模块时存贮一遍， ABAQUS/CAE 不会自动进行存贮。 2.3.3 材料参数 本节的任务是用 Property 模块给出材料参数并赋于（Assign）模型。本例中 全部杆件是钢材，所以是线弹性材料，扬氏模量为 200Gpa，泊松比是 0.3，其步 骤如下： 1. 在 Module 表中切换到 Property 模块，进入 Property 时，同样，光标变为沙 漏图标，这一点以后不再重复说明。 2. 在主菜单条中选 Material?Create，则 Create Material 对话框弹出。 3. 取材料名为 Steel，然后点击 Continence，材料编辑框弹出。 4. 在材料编辑器的浏览区下有一个材料编辑菜单条，它包含了全部有效的材 料选项，其中若干项还有子菜单。图 2－8 显示了 Mechanical?Elasticizes 菜单项 的情况。图 2－8 Mechanical?Elasticizes 的子菜单层次一旦选中某一材料项，相应的数据输入格式就会出现。 5. 从材料编辑菜单条中选 Mechanical?Elasticity?Elastic，立即有线弹性数据 输入格式出现。 6. 在相应的域内输入扬氏模量值 200.0E9 和泊松比值 0.3，可用[Tab]键来移 动光标。 7. 点击 OK，退出材料编辑。 2.3.4 定义和赋于截面（Section）特性 在 Property 模块里还要定义截面（Section）特性，并把它赋于部件，在当前 视图下有两种方法： ①直接选择部件所在的区域，然后对该区域赋于截面特性。 ②利用 Set 工具组生成一个含有该区域的相同截面组集，然后对其赋于截面 特性。 对本例，可生成单一的 truss 截面特性，并在视图中直接选择框架部件来配置 它，本例的截面由刚刚生成的材料 Steel 和各杆件的横截面积组成。 定义 truss 截面 truss 截面的定义较简单，它只需材料和横截面积信息。由于杆件是直径为 0.005m 的圆棒，所以其横截面积为 1.963×10－5m2. 注: 亦可以在 ABAQUS/CAE 的信息区进行简单计算. 例如,要计算杆件的横截面积,可在信息区里键入 3.*2/4.0,会显示 出横截面积值。 定义 truss 截面的步骤： 1. 从主菜单条中选择 Section→Create, 则 Create Section 对话框弹出。 2. 在对话框中作如下操作： a. 对截面取名：Frame Section。 b. 在 Category 表中选 Beam。 c. 在 Type 表中选 Truss。 d. 点击 Continue ，Edit Section 对话框弹出。 3. 在 Edit Section 对话框中作如下操作： a. 接受隐含的 Steel 材料选择项。若要定义其它材料，可点击紧挨着 Material 文本框的箭头先看一下可用的材料表并选择材料。 b. 在 Cross－Sectional area 域里给出 1－963E－5。 c. 点击 OK。 截面特性赋于 Frame 部件 这里所完成的任务是用 Property 模块中的 Assign 菜单把以 Frame Section 命名 的截面特性赋于 Frame 部件，其步骤如下： 1. 在主菜单条中选 Assign→Section。其实在提示区里也出现了这一要求。 2. 选择整个部件作为赋于截面特性的区域： a. 在画面右上方取一点，按住鼠标 1#键不放。 b. 拖拉光标把整个部件置于一个方框内。 c. 松开鼠标。整个桁架结构变亮。 3. 按鼠标中间键或点击提示区里的 Done，表示已经接受所选择的几何形体。 这时会弹出 Assign Section 对话框，其中列有已存在的截面特性表。 4. 接受省缺的截面特性名：Frame Section，点击 OK，这时，已对部件 frame 赋于了 truss 截面并会关闭 Assign Section 对话框。 2.3.5 定义装配件（Assembly） 每一个部件都是面向它自己的坐标系的，是互相独立的。用户需要在 Assembly 模块中定义整个装配件的几何形体。 其方式是先生成部件的副本（instance） ，然后在整体坐标系里对副本相互定 位。一个模型可能有许多部件，但装配件只有一个。 本例只需生成一个吊架副本，ABAQUS/CAE 对副本的定位操作是把 frame 部 件的局部坐标原点与装配件默认的坐标系原点相重合。 定义装配件步骤如下： 1. 点击 Module 表中的 Assembly，进入 Assembly 模块。 2. 从主菜单条中选 Instance→Create, Create Instance 对话框弹出。 3. 在该对话框中选 Frame，然后点击 OK，生成吊架的副本。 本例只需用一个副本就定义了装配件。此时，框架就在整体坐标系的 1－2 平面中，图框左下角的小三轴标记给出了整体坐标的原点。图框上第二个小三轴 标记给出了 X、Y、Z 轴的方向。 整体 1 轴为吊架的水平线，整体 2 轴是垂线，整体 3 轴与框架平面垂直。 位于整体的 1－2 平面内。 2.3.6 分析进程的配置 在生成组件后，就可切换到 Step 模块来配置分析进程，本例是吊架的静力分 析，它在进程中只是单个事件，只需要单一的分析步进行模拟。分析由两步组成： ?初始步，施加边界条件即框架结构的约束。 ?分析步，在框架结构的中心施加集中力。 ABAQUS/CAE 会自动产生初始步，但用户必须用 Step 模块来生成分析步。 Step 模块允许用户规定分析中任一步中的输出数据。 ABAQUS 中有两类分析步： 一般分析步用来分析线性或非线性响应；线性摄动分析步只用于分析线性问 题。 在本例中要定义一个静态线性摄动步，摄动的进一步讨论见第十章的多步分 析。 生成分析步 用 Step 模块在初始分析步之后生成一个静态的线性摄动步的步骤如下： 1. 在 Module 表中点击 Step，进入 Step 模块。 2. 从主菜单条中选 Step→Create，弹出 Create Step 对话框。对话框中所列各 项为一般性操作顺序，默认的分析步名为 step－1。 3. 把分析步名改为 Apply load. 4. procedure type 选 Linear perturbation. 5. 在 Create Step 对话框的线性摄动顺序表里选 Static、Linear Perturbation。点 击 Continue 弹出 Edit Step 对话框，对话框中是静态线性摄动分析步的各默认设置 项。 6. 取省缺的 Basic 键，在 Description 域里输入 10KN Central load。 7. 点击 Other 键来观看其内容，接受分析步提供的省缺值。 8. 点击 OK 生成分析步，并且退出 Edit Step 对话框。 数据输出要求 有限元分析会输出大量数据。ABAQUS 允许用户控制和管理输出数据，从而 只输出理解计算结果所必需的数据。共有四种输出类型： ? 二 进 制 输 出 文 件 ， 它 用 于 ABAQUS/CAE 的 后 处 理 ， 这 种 文 件 称 为 ABAQUS 输出数据库文件，文件后缀为.odb。 ?列表形式，输出为 ABAQUS 数据文件（.dat） 。 ?用于后续分析的数据形式，输出为 ABAQUS 重启动文件（.res） ?输出为 ABAQUS 结果文件（.fil） ，是用于第三方软件后处理的二进制文件。 本例只用到前二种输出类型。 每生成一个分析步，ABAQUS/CAE 就会产生一个省缺的输出要求。省缺情 况为输出.odb 文件。ABAQUS/Standard 用户手册中给出了预选变量表作为输出数 据库的省缺变量。用户不需要作任何事情，接受这些省缺选择即可。用户在使用 Field output Requests Manager 来请求变量输出时，这些变量是对整个模型或模型 的很大的一部分起作用的。它们以相对较低的频率写入输出数据库。而用户在使 用 History output Requests Manager 来请求变量输出时，这些变量是针对模型的很 少的局部如某个节点的位移的，它们以很高频率写入输出数据库。 计算结果也可以用 ABAQUS 数据文件（.dat）的列表形式给出。 在本例中，我们感兴趣的是位移（输出变量 u） 。约束处的反力（输出变量 RF）和杆件应力（输出变量 S） 。在 ABAQUS/Standard 用户手册的 4.2.1 节中给出 了有效的输出变量表。目前还不能在 ABAQUS/CAE 里直接要求打印列表结果此 时可以用 Keyword Editor 来添加必要的输出请求。 它是一个特别的文本编辑器，允许在提交作业前修改 ABAQUS/CAE 所产生 的输入文件。这样它增加了 ABAQUS/Standard 或 ABAQUS/Explicit 的功能，而这 些功能是当前的 ABAQUS/CAE 版本所不支持的，Keyword Editor 的详情可参考 ABAQUS/CAE 用户手册的第 13.8.1 节。 对本例，用户将检验对.Odb 文件的输入请求并接受省缺的配置。用户也可利 用 Keyword Edilor 把位移反作用力和应力的输出要求写入数据文件（.dat）以作为 今后在 Job 模块中讨论的内容。 检查.Odb 文件的输出请求 1. 从主菜单条中选 Output→Field Output Requests→Manager。则 Field Output Requests Manager 窗口弹出。沿着窗口的左边，按字母排列着输出请求。窗口顶 部是按执行次序排列的所有分析步名字。以这样的方式给出了每一分析步的输出 要求。利用这个对话框，可做以下事情： ?选择将写入输出数据库的变量。 ?选择产生输出数据的截面点。 ?选择产生输出数据的区域。 ?改变写入数据库的数据的次数。 2. 检查所生成的静态、线性摄动分析步的省缺输出请求，并命名它为 Apply load。 点击标有 Created 的小盒，小盒立即变为高亮度，相关的信息在对话框底部 出现： ?所在列对应的分析步类型。 ?输出变量表。 ?输出要求的状态。 3.点击窗口右边的 Edit 可看到输出请求的更多细节，此时字符输出编辑窗弹 出，在它的 Output Variables 区列出了所有要输出的变量，若改变了输出请求，点 击 Preselected defaults 项就可回到省缺输出设置。 4. 点击输出变量类型旁的箭头可看到究竟是哪些变量输出。从每个类型标题 边的小方框可看到该类型的变量是否都会输出。 若变量充满了小方框，则所有变量都要输出，若变量未充满小方框，则只输 出部分变量。 基于对话框显示的选项，会生成模型中每一个省缺截面点的数据，分析过程 中每一增量步的数据都会写入输出数据库。 5. 若不想修改省缺的输出要求，点击 Cancel 键即可关闭字符输出编辑框。 6. 点击 Dismiss 键关闭 Field output Requests Manager 对话框。 注：Dismiss 键与 Cancel 键是有区别的，Dismiss 键只出现在不可直接修改数 据的对话框里。如 Field Output Requests Manager 对话框允许阅读输出要求，但不 能直接去修改，只能在字符输出编辑框里才能修改输出要求。反之 Cancel 键出现 在允许直接修改数据的对话框里，点击 Cancel 键关闭对话框时不存贮修改内容。 7. 从主菜单条中选 Output→History→Output Requests→Manager 就打开了进程 输出编辑器，可以用类似的方式可看到输出要求的进程记录。 2.3.7 施加边界条件和荷载 边界条件和载荷跟分析步是独立设置的，这意味着必须规定边界条件和载荷 是对哪个分析步起作用的。现在，分析步已被定义，就应当用 Load 模块定义边 界条件和载荷。 施加边界条件 在结构分析中，边界条件加在已知位移处，已知位移为零时就称为约束，已 知位移亦可不为零。 本例中结构的左端是完全约束的，右端垂直方向约束，水平方向可自由移动， 运动方向称为自由度。在 ABAQUS 中平移自由度和旋转自由度的正方向规定如 下： 1. 方向 1 的平移：U1 2. 方向 2 的平移：U2 3. 方向 3 的平移：U3 4. 绕轴 1 的旋转：UR1 5. 绕轴 2 的旋转：UR2 6. 绕轴 3 的旋转：UR3 施加边界条件的步骤： 1. 在 Module 表中点击 Load，进入 Load 模块。 2. 从主菜单条中选 BC→Create，弹出 Create Boundary condition 对话框。 3. 在对话框中做以下操作： a. 给边界条件起名为 Fixed。 b. 从分析步表中选 Initial 作为激活边界条件步。在 Initial 步中的所有力学边 界条件的大小必须是零。这是由 ABAQUS/CAE 自动强制给定的。 c. 接受 Category 表中的默认选项 Mechanical。 d. 在 Types for Selected Step 表中选 Displacement/Rotation 然后点击 Continue。 提示区会提示用户进一步该做什么，此时会问在何处施加边界条件。用户可 以直接在图形上选择载荷施加点，也可以选择“集”（模型的一个部分被命名后 。 称为集。 ） 对于大型复杂模型，集是十分方便的管理工具，因本例较简单，无需用到集 的概念。 4. 在图形上选左下端作为加载点。 5. 按鼠标中间键或点击提示区中的 Done，表示完成了选择。Edit Boundary Condition 对话框弹出。在定义初始步的边界条件时，所有的自由度的默认状态是 尚未施加约束。 6. 在对话框中做以下操作： a. 因为左下端所有的平移自由度均要约束，所以要选中 U1 和 U2。 b. 点击 OK 即施加边界条件并退出对话框。此时，在左下端出现两个箭头表 示自由度被约束。 7. 重复上述步骤，在右下端加 U2 约束，该边界条件被命名为 Roller。 8. 从主菜单条中选 BC→Manager，则 Boundary Condit Manager 窗弹出，从中 可以看到，初始步的边界条件状态是 create，Apply load 步的状态是 propagated。 9. 点击 Dismiss 键关闭 Boundary Condition Manager。 在本例中，所有的约束是整体坐标轴 1 或轴 2 方向的。在许多情况下，约束 方向并不是整体坐标轴方向，此时可定义一个局部坐标系来施加边界条件，在第 5 章用一个斜板例子说明如何做。 施加载荷 在加完约束后就应当在结构的底部加载荷。在 ABAQUS 里，载荷通常是指 从初始状态下使结构响应发生变化的各种因素，如： ?集中力 ?压力 ?非零边界条件 ?体力 ?温度（材料热膨胀特性被定义后） 有时候载荷是专门指力这一类量的（比如 Load 模块的 Load Manager 中的载 荷） ，即载荷专指集中力、压力和体力而不包括边界条件和温度。这个词汇的实 际含意在讨论的内容中看是十分清楚的。在本例中，在线性扰动步于结构底部的 中点加 10kN 的集中力，其方向是负的 2 方向。当然实际上是不存在集中载荷或 点载荷这样的东西的，载荷总是加在有限大小区域上的，只是当这个有限区域很 小而理想化处理为集中力。 加集中力的步骤： 1. 从主菜单条中选 Load→Manager，则 Load Manager 窗口弹出。 2. 在窗口的底部，点击 Create，则 Create Load 对话框弹出。 3. 在对话框中做以下操作： a. 命名载荷为 Force. b. 选 Apply load 作为载荷施加步。 c. 接受 Category 表中的 Mechanical 默认项。 d. 接受 Type for Seceded Step 表中的 Concentrated force 默认选项。 e. 点击 Continue. 提示区信息提示用户选择加载处。同施加边界条件一样，既可在图形上直接 选择，也可以从已有集的表上选择加载集。 4. 直接在图形上选结构底部的中点作为加载点。 5. 按鼠标中间键或点击 Done 完成选择。Edit Load 对话框弹出。 6. 在对话框中做以下操作： a. 在 CF2 处输入－10000。 b. 点击 OK 即完成加载，退出对话框。 7. 在 Load Manager 窗口可观察到 Apply load 步的载荷状态是 Created（被激 活） 。 8. 点击 Dismiss 关闭 Load Manager 窗口。 2.3.8 网格剖分 本节的任务是用 Mesh 模块剖分有限元网格，用户用 ABAQUS/CAE 的网格 生成技术来剖分网格，确定单元形状和类型。一维问题的网格生成技术只有一种， 不能选择。对二维/三维问题，ABAQUS/CAE 有一系列方法可用。省缺的方法由 进入 Mesh 模块时模型的颜色给定。若为桔红色，则没有用户的干预不能剖分。 单元类型配置 单元配置的操作在网格剖分前后均可。 由于吊车这类结构都是铰接点，杆件只承受拉压轴力，所以采用二维桁架单 元，步骤如下： 1. 在 Modual 表中选择 Mesh 模块。 2. 在主菜单条中选 Mesh→Element Type。 3. 在图形上选择全部框架，再在提示区中点击 Done。Element Type 对话框弹 出。 4. 在对话框中作如下选择： ?Element Library 项：Standard（默认） ?Geometrie Order 项：Linear（默认） ?Family 项：Truss 5. 在对话框下部作单元形状检验，在每个标题卡（tabbed page）底部对默认 的单元选择有简短叙述。 因为模型是二维桁架，在 Line 标题卡内只显示二维桁架单元。 6. 接受 Line 标题卡上的默认单元类型，对话框底部出现 T2D2 单元类型的说 明，此时已把网格中的单元确认为 T2D2 元。 7. 点击 OK，关闭对话框。 8. 点击提示区的 Done，结束单元类型配置。 生成网格 分两步操作：先指定部件副本的边的剖分数，然后剖分网格。本例中每个杆 件只生成一个单元。 1. 从主菜单条中选择 Seed→Instance 用户可对每一条边分别指定剖分数，但对本例则无此必要。从提示区可见到 默认的单元大小信息，ABAQUS/CAE 用它来剖分副本。这个默认的单元大小是 根据部件副本而得的。 2. 在提示区里指定单元大小为 1.0，然后回车或按鼠标中间键。 3. 再按鼠标中间键以接受剖分数。 4. 从主菜单条中选 Mesh→Instance。 5. 点击提示区的 yes 来确认进行部件副本的网格剖分。 在对装配件进行网格剖分时，光标变为沙漏标记。 注：用户可通过主菜单条的 View→Asseinbly Display Options 操作看到节点与 单元数，轮换 Mesh 标题卡上的 Show Node labels 与 Show element label 即可。 2.3.9 生成作业和关键词编辑器（Keyword editor）的使用。 在 Job 模块中生成作业并用关键词编辑器给出输出要求。 生成作业： 1. 在 Module 表中点击 Job 进入 Job 模块。 2. 在主菜单条中选 Job→Manager, 弹出 Job manager 窗口，在完成该窗口的操 作后，会显示作业表，每个作业所对应的模型、分析类型和作业状态等信息。 3. 点击窗内的 Create, 弹出 Create Job 对话框，对话框中列有模型数据库中全 部模型名。 4. 作业起名为 Frame，然后点击 Continue，弹出 Edit Job 对话框。 5. 在 Description 域中输入 Two－dimensional overhead hoist frame. 6. 在 Submission tabbed page 上选 Data Check 作为作业类型，点击 General 钮 并切换所有的 Preprocessor Printout 选项，点击 OK 接受其它的所有省缺作业设置 项并关闭对话框。 用关键词编辑器添加打印输出要求： 1. 在主菜单条中选 Model→Edit Keyword，并选中当前的模型。 2. Edit keyword 对话框弹出，其中包含了已经生成的输入文件。 其中只有白色背景的文本方格可以编辑，利用对话框右边的滚动条来寻找标 有*EL PRINT 和*NODE PRINT 选项的文本方格。对每个方格输入数据时先要把 光标放在线尾。对每个选项，打印输出频率的改变写为 1，并按回车来生成新的 线，可在其中指定输出变量名。 一旦完成操作，有类似下列信息出现： *E1 Print, freq=1 S, *Node Print, freq=2 U, RF, 3. 击点 OK 退出 keyword editor 2.4 模型的检查 生成模型后，准备进行分析。但可能有错误的数据或丢失数据的情况，应进 行数据检查。 先确认 Job Type 设置为 Data Check，然后在 Job Manager 窗口的右边点击 Submit 来提交作业进行数据检查分析。在提交作业后，Status 列上的信息变为作 业状态信息。会显示下列信息： ?分析输入文件正在生成时，状态为 None。 ?正在提交作业时，显示状态为 Submitted. ?正在分析模型时，显示状态为 Running。 ?分析完成并正在输出数据时，显示状态为 Completed。 ?若输入文件发生问题或分析中断时，显示状态为 Aborted。同时在信息区 里会报告所发生的问题，见图 2－2。 在分析过程中，ABAQUS/Standard 发送信息到 ABAQUS/CAE，使用户可监 控作业的过程，信息来自状态，数据和记录，作业监制对话框中有信息文件出现。 监控作业的状态： 在 Job Manager 窗的右边点击 Monitor 钮来打开作业监控对话框（Monitor 钮 只有在 Submitted 状态下才有效） 。 对话框的上半区显示了状态文件（.sta）里的信息。状态文件是 ABAQUS 在 分析中产生的。该文件记录了分析进程的简明摘要，详情见 ABAQUS/Standard 用 户手册的 4.1.1 节。 对话框的下半区显示了下列信息： ?点击 Log 键可看到 Log 文件中记录的分析起始时刻和终止时刻。 ?点击 Errors 和 Warnings 键可看到前十个出错信息和前十个警告信息，它们 分别记录在.dat 文件和.msg 文件中，若是模型的某一部分是引起出错和警告的原 因，会自动产生一个节点集或单元集，它们复盖了该区域，用户可利用可视化模 块中的 display groups 来观察它。 出错信息所给的错误被纠正前，不可能再进行分析。另外，总是要研究引起 警告的原因以确定是否需纠正它。 若遇到十个以上的出错或警告信息，从打印输出文件本身会得到出错和警告 信息。 ?点击 Output 键显示每条输出数据记录。 2.4.1 阅读输出文件 在完成数据检查分析之后，会发现 ABAQUS 已生成了一些附加文件。在数 据检查分析过程所遇见的所有错误，都被写入 Frame.dat 文件，该文件是文本文 件，可在编辑器显示或打印出来。 下面尝试在文本编辑器中阅读这个文件。文件行可长达 256 个字符。因此所 用的编辑器应当有能力显示这么长的字符。文件的顶部是头记录，是 ABAQUS 版本信息，所在地区的 ABAQUS 办公室或代理处的电话号码，地址及联系信息， 它能为用户提供技术支持和帮助。 接着头记录的是输入文件信息，产生输入文件信息的原因是定义作业时在 Preprocessor printout 中选了 print an ech of the input data 项。A B A Q U S 75 80 5 10 15 20 I N P U T 25 30 E C H O 35 40 45 50 55 60 65 70------------------------------------------------------------------------*Heading Two-dimensional overhead hoist frame *preprint, echo=YES, history=YES, model=YES, contact=YES ** ---------------------------------------------------------------** PART INSTANCE: FRAME-1 ** *Node 1, 0, 0, 0 2, 0.5, 0. 3, -0.5, 0. 4, 1, 0, 0 5, -1, 0, 0 *Element, type=T2D2 1, 1, 2 2, 2, 3 3, 1, 4 4, 3, 1 5, 4, 2 6, 5, 1 7, 3, 5 *Elset, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 *solidsection, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1, material=STEEL 1.963E-05, ** ** Assembly Nsets ** *Nset, nset=ASSEMBLY__G4 1 *Nset, nset=ASSEMBLY__G5 5 *Nset, nset=ASSEMBLY__G6LINE5LINE10LINE15LINE20LINE25LINE30 LINE35LINE40LINE454 *material, name=STEEL *elastic 2E+11, 0.3 *boundary ASSEMBLY__G5, ENCASTRE *boundary ASSEMBLY__G6, 2, 2 *Step, name=&Apply load&, perturbation 10kN central load *static *cload ASSEMBLY__G4, 2, -10000. *restart, write, frequency=1 *output, field, variable=PRESELECT *output, history, variable=PRESELECT *elprint, frequency=1 S, *nodeprint, frequency=1 U, RF, *endstep -----------------------------------------------------------------------5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 -------------------------------------------------------------------------LINE507580在输入文件信息之后的是 ABAQUS 可选择处理项目的清单。这是出错和警 告信息首先出现的地方。所有的出错信息都有一个***ERROR 字头，而警告信息 有一个***WARRING 字头。由于这些信息总是以统一的方式出现，所以在数据文 件中搜索这些信息是十分直接和方便的。 当出错是一个语法问题时（例如，ABAQUS 无法理解输入内容） ，在出错信 息的下面跟着造成出错的一行说明。OPTIONS BEING PROCESSED *************************** *Heading Two-dimensional overhead hoist frame *Node *Element, type=T2D2 *Elset, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1 *Nset, nset=ASSEMBLY__G4 *Nset, nset=ASSEMBLY__G5 *Nset, nset=ASSEMBLY__G6 *material, name=STEEL *elastic *solidsection, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1, material=STEEL *boundary *boundary *solidsection, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1, material=STEEL *solidsection, elset=ASSEMBLY_FRAME-1__I1, material=STEEL *Step, name=&Apply load&, perturbation 10kN central load *static *output, field, variable=PRESELECT *output, history, variable=PRESELECT *elprint, frequency=1 *endstep *boundary *boundary *Step, name=&Apply load&, perturbation *static *cload *output, field, variable=PRESELECT *output, history, variable=PRESELECT *nodeprint, frequency=1 *endstep数据文件的其余部分是一系列表格，表格里包含了所有的应当检查的有明显 错 误 和 遗 漏信 息 的 模型 数 据 和 过程 数 据 。 详 情 可 参考 ABAQUS/Stand ard: （ Keyword Version 的 2.2 节） 。定义作业时，在 Preprocessor Printou 选项里切换到合 适的项就会生成模型数据和过程数据。因为这些表格对于大型题目会占用大量磁 盘空间，所以省缺状态是不生成数据。 数据文件中的模型数据E L E M E N T D E F I N I T I O N S NUMBER TYPE PROPERTY NODES FORMING ELEMENT REFERENCE 1 T2D2 1 1 2 2 T2D2 1 2 3 3 T2D2 1 1 4 4 T2D2 1 3 1 5 T2D2 1 4 2 6 T2D2 1 5 1 7 T2D2 1 3 5 S O L I D S E C T I O N (S) PROPERTY NUMBER 1 MATERIAL NAME STEEL ATTRIBUTES 1.9.0.00000E+00 HOURGLASS CONTROL STIFFNESS 3.84615E+08 (USED WITH LOWER ORDER REDUCED INTEGRATED SOLID ELEMENTS LIKE CPS4R,CPE4RH,C3D8R) M A T E R I A L D E S C R I P T I O N MATERIAL NAME: STEEL ELASTIC YOUNG'S POISSON'S MODULUS RATIO 2.0.30000 : N O D E D E F I N I T I O N S NODE NUMBER COORDINATES SINGLE POINT CONSTRAINTS TYPE PLUS DOF 0.00 0.00 0.00000 A N A L Y S I S1 0.00 2 0.03 3 -0.03 4 1.00 5 -1.00 数据文件中的过程数据 S T E P 1 S T A T I C 10kN central load FIXED TIME INCREMENTS TIME INCREMENT IS TIME PERIOD IS2 ENCASTRE2.220E-16 2.220E-16 1 INCREMENTSRESTART FILE WILL BE WRITTEN EVERYTHIS IS A LINEAR PERTURBATION STEP. ALL LOADS ARE DEFINED AS CHANGE IN LOAD TO THE REFERENCE STATE EXTRAPOLATION WILL NOT BE USED CHARACTERISTIC ELEMENT LENGTH 1.00 1 INCREMENTS 1PRINT OF INCREMENT NUMBER, TIME, ETC., TO THE MESSAGE FILE EVERY D A T A B A S E O U T P U T G R O U PTHE FOLLOWING FIELD OUTPUT WILL BE WRITTEN EVERY 1 INCREMENT(S) THE FOLLOWING OUTPUT WILL BE WRITTEN FOR ALL ELEMENTS OF TYPE T2D2. OUTPUT IS AT THE INTEGRATION POINTS. S E THE FOLLOWING OUTPUT WILL BE WRITTEN FOR ALL NODES U RF CF END OF DATABASE OUTPUT GROUP 1 D A T A B A S E O U T P U T G R O U P 2THE FOLLOWING HISTORY OUTPUT WILL BE WRITTEN EVERY 1 INCREMENT(S) THE FOLLOWING ENERGY OUTPUT QUANTITIES WILL BE WRITTEN FOR THE WHOLE MODEL ALLKE ALLSE ALLWK ALLPD ALLCD ALLVD ALLAE ALLIE ALLKL ALLQB ALLEE ALLJD ALLSD ETOTAL END OF DATABASE OUTPUT GROUP 2 E L E M E N T P R I N TALLFDTHE FOLLOWING TABLE IS PRINTED AT EVERY 1 INCREMENT FOR ALL ELEMENTS OF TYPE T2D2. OUTPUT IS AT THE INTEGRATION POINTS. SUMMARIES WILL BE PRINTED WHERE APPLICABLE TABLE1S11 N O D E P R I N TTHE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL NODES AT EVERY 1 INCREMENT SUMMARIES WILL BE PRINTED TABLE 1 U1 U2THE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL NODES AT EVERY 1 INCREMENT SUMMARIES WILL BE PRINTED TABLE 2 RF1 RF2 B O U N D A R Y NODE DOF AMP. REF. (RAMP) MAGNITUDE C O N D I T I O N S NODE DOF AMP. REF. MAGNITUDE420.00000- (RAMP) OR (STEP) - INDICATE USE OF DEFAULT AMPLITUDES ASSOCIATED WITH THE STEP B O U N D A R Y NODE 5 TYPE ENCASTRE NODE TYPE C O N D I T I O N S NODE TYPE NODE TYPEC O N C E N T R A T E D NODE 1 DOF 2 AMP. REF. AMPLITUDE -10000. NODEL O A D S DOF AMP. REF. AMPLITUDE在数据检查分析中产生的所有出错信息的序号会在数据文件的结尾处列出， 若只有警告信息，这些信息号会列在所要求输出之后。 如前所叙，在数据检查时，若发现出错信息，则在错误被纠正前，不能再进 行分析。引起警告信息的原因也需研究。有时候警告信息亦说明输入数据有错， 一般情况警告信息是不必重视的，可以不予考虑。 最后会有一个数值模型的大小和模拟所需文件大小的估计，在进行大型模型 分析时，利用这个输出信息可确定磁盘空间是否足够。 2.5 分析计算 分析计算前要尽可能正确地建立模型。若数据检查分析未发现任何错误，便 可进行计算分析。为此要对作业的定义进行编辑，把 Job Type 设为 Continue analysis，然后再在 Job Manager 窗口中点击 Submit 来提交作业进行分析。在进行 计算分析之前，必需进行数据检查分析，以确保输入数据的正确性以及确定有足 够的磁盘空间和内存来完成分析过程，也可以把 Job Type 设置为 Full analysis 把 两者结合起来进行。 若计算过程要花费很可观的时间，则以批处理排队方式运行是十分方便的， 这时 Run Made 设为 Queue（队列的有效性取决于用户的计算机，若有问题，可 询问系统管理员） 。 2.6 结果 在分析过程完成后，数据文件 Frame.dat 中将包含由*NODE PRINT 和*EL PRINT 选项所要求的列表形式的结果，这些结果将列在数据检查分析的输出结果 之后。下面给出桥式吊架的计算结果，其中单元输出是单元轴力表，而节点输出 是节点位移和反力。计算机运行所花费的时间在文件结尾处注明。 单元输出：STEP 1 INCREMENT 10kN central load 1 TIME COMPLETED IN THIS STEP S T E P 10kN central load FIXED TIME INCREMENTS TIME INCREMENT IS TIME PERIOD IS 1 S T A T I C A N A L Y S I S 0.000E+002.220E-16 2.220E-16THIS IS A LINEAR PERTURBATION STEP. ALL LOADS ARE DEFINED AS CHANGE IN LOAD TO THE REFERENCE STATE : : : INCREMENT 1 SUMMARY TIME INCREMENT COMPLETED STEP TIME COMPLETED 2.220E-16, 2.220E-16, FRACTION OF STEP COMPLETED TOTAL TIME COMPLETED E L E M E N T 1.00 0.00 O U T P U TTHE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL ELEMENTS WITH TYPE T2D2 AT THE INTEGRATION POINTS ELEMENT PT FOOTNOTE 1 1 1 1 1 1 1 S111 2 3 4 5 6 7 MAXIMUM ELEMENT MINIMUM ELEMENT2........ -2.结点输出：N O D E O U T P U T THE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL NODES NODE FOOTNOTE 1 2 3 4 MAXIMUM AT NODE MINIMUM AT NODE U1 U27......... 0.0.. 1THE FOLLOWING TABLE IS PRINTED FOR ALL NODES NODE FOOTNOTE 4 5 RF1 RF20..3642E-12. MAXIMUM AT NODE MINIMUM AT NODE1. 0..THE ANALYSIS HAS BEEN COMPLETED ANALYSIS COMPLETE JOB TIME SUMMARY USER TIME (SEC) SYSTEM TIME (SEC) TOTAL CPU TIME (SEC) WALLCLOCK TIME (SEC)= = = =0.0 0.2000 0检验计算结果是否符合基本物理原理的理想方法是检验吊架上的水平方向和 垂直方向的合力是否为零，还可以检查哪些节点受垂直向外力？哪些节点受水平 向外力？模拟结果与所显示的是否一致？ 在模拟过程中 ABAQUS 也生成一些其它文件，其中 Hame.odb 文件可用于 ABAQUS/CAE 观察结果图形。 2.7 用 ABAQUS/CAE 进行后处理 由于在模拟过程产生了大量的数据，所以可视化后处理是十分重要的。对于 任何实际模型，试图以数据文件的列表形式来解释结果是不现实的。 ABAQUS/CAE 的 Visualization 模块允许用户以各种不同方法对结果进行可视化图 形观察，包括变形形状图、等值线图、矢量图、动画显示和 x-y 图形。所有这些 方法都会在本指南里讨论。详情可参考 ABAQUS/CAE 用户手册的 Consult Part V。 对于本例，可用 Visualization 模块做一些基本的模型检验和桁架的变形显示。 作业成功完成后，用户要观察分析结果。可在 Job Manager 窗口的右边点击 Results，则 ABAQUS/CAE 会装入 Visualization 模块，并打开作业生成的输出数 据库，立即显示模型的快图。快图是未变形时模型形状的基本表达形式，也意味 着已打开了所需的文件。另一种途径是直接点击 Module 表上的 Visualization 模块， 并选择 File→Open，然后在出现的数据库文件表中选择 Frame.odb 文件，最后点 击 OK。 提示：快图不显示计算结果，也不能按需要显示其它内容，比如不能显示单 元和节点号，只能显示未变形的模型形状。 图形底部的标题框给出下列信息： ?模型说明（来自作业说明） ?输出数据库名（来自分析作业名） ?产品名（ABAQUS/Standard 或 ABAQUS/Explicit）和生成输出数据库的 产品版本。 ?输出数据库中最终修改的数据 图形底部的状态框给出下列信息： ?所显示的分析步 ?分析步中的增量 ?分析步的时间 图形里的方向三角是整体坐标系的方向。 若要略去上述显示内容，只需在主菜单条里选 Canvas→View port Annotation Option 进行选择即可。 未变形模型形状图显示步骤： 从主菜单条中选 Plat→Undeformed shape，或使用工具框中的 可显示未变形的模型形状，见图 2－9。 工具，立即图 2－9 变形前的模型形状节点号显示步骤： 1. 从主菜单条中选 Options→Undeformed shape，则弹出 Undeformed Shape plot option 对话框。 2. 点击 Labels 键。 3. 切换到 Show node labels 出现。 4. 点击 Apply，节点号显示。此时对话框并未关闭。 节点号图见 2－10。图 2－10 节点号图单元号显示 1. 在 Undeformed Shape plot Option 对话框中切换 Labels 键一直到 Show element labels 出现。 2. 点击 OK，出现单元号图，见图 2－11。 图 2－11 节点号与单元号图切换 Labels 键，去掉 Show node labels 和 Show－element labels 可不显示节 点号与单元号。 变形形状显示 下面显示模型变形形状并利用图形选项修改变形放大因子，还可以把变形 前后形状同时显示。 从主菜单条中选 Plot→Deformed Shape 或利用工具框中的 示变形，见图 2－12 工具都可显图 2－12 模型变形后的形状对小变形分析问题，位移会自动放大使之可明显看到，放大因子值位于状态 框中，本例的放大因子为 42.83。 改变变形放大因子的步骤： 1. 从主菜单条中选 Option→Deformed Shape。 2. 在 Deformed Shape Plot Options 对话框中点击 Basic 键（若它还未被选中的 话） 3. 在 Deformation Scale Factor 区中切换到 Uniform 后，在 Value 域里输入 10.0。 4. 点击 Apply 来显示新变形形状 在 Deformation Scale Factor 区中切换到 Auto－Compute 状态，就返回到自动 放大位移状态。 变形前后形状重叠显示： 1. 在 Deformation Shape plot options 对话框中切换到 Superimpose Undeformed Plot。 2. 点击 OK，则变形前后形状重叠图形出现，见图 2－13。2－13 模型变形前后图ABAQUS/CAE 过程数据检验 在数据检查阶段，省缺情况是把模型数据和过程数据都写入输出数据库文件。 这样，用户可利用 ABAQUS/CAE 在进行数值分析前检查输入数据是否无误。 用户已学会如何显示模型和节点/单元号图，这些都是检查网格正确与否的有用 工具，也在图形上检查桥式吊架的边界条件。 在变形前模型中显示边界条件的步骤如下： 1. 从主菜单条中选 Plot→Undeformed Shape 或利用工具框中的 2. 从主菜单条中选 View→ODB Display Options。 3. 在 ODB Display Option 对话框中点击 Entity Display 键。 4. 切换到 Show boundary conditions. 5. 点击 OK，即显示边界条件如图 2－14 所示。 工具。 图 2－14 桥式吊架的边界条件退出 ABAQUS/CAE 从主菜单条中选 File→Exit 即退出 ABAQUS/CAE 2.8 小结 ? 可 以 用 ABAQUS/CAE 形 成 完 整 的 ABAQUS 分 析 模 型 。 求 解 器 （ABAQUS/Standard）会读入 ABAQUS/CAE 产生的输入文件，进行分析计算， 并发回信息给 ABAQUS/CAE 供用户监控作业进程，同时生成输出数据库。用 户用 Visualization 模块读入输出数据库并观看分析结果。 ?一旦模型生成，用户可进行数据检查分析。所产生的出错与警告信息会 输出到一个数据文件中。若数据检查成功通过，就会把进行模拟分析所需的计 算机资源估计信息输出到数据文件。 ?在数据检查阶段，可以用 ABAQUS/CAE 中的 Visualization 模块，调用 所生成的输出数据库文件，从图形上检验模型的几何形状和边界条件。 ?通常在数据文件（.dat）中最容易检查出材料参数有否错误。在图形后 处理器（比如 ABAQUS/CAE）中检查几何形状、载荷和边界条件是较方便的。 ?在分析中应该检查结果是否满足工程基本原理，如是否满足静力平衡等 等。 ?可以以多种方法从 ABAQUS/CAE 中的可视化环境中观看分析结果。第三章有限元和刚性体有限元和刚性体是 ABAQUS 模型的基本元素。有限元是可变形的。刚性体 不可变形，只作刚体运动。用户对有限元多少有一些了解，而对有限元软件中刚 性体概念可能感到有些陌生。 ABAQUS 软件引入刚性体是为了提高计算效率。在 ABAQUS 中任何物体或 物体的局部都可以定义为刚性体，大多数单元类型可为刚性体定义所用（参考 ABAQUS/Stardard 用户手册 24－1 节所列的表）刚性体与变形体结合的优点是对 刚性体运动的完全描述可只用一个参考点，所以不超过六个自由度即可定位一个 刚性体。与此相反，变形单元需要许多自由度，并要求大量的单元计算来确定变 形。当某一局部变形可忽略或对它的变形不感兴趣时，则可在建模时构造一个刚 性体部件，这样做就会极大地节省计算时间而并不影响整体结果。 3.1 有限元 ABAQUS 有各种各样的单元，其庞大的单元库提供了一套强大的工具来解决 许多不同类型的问题，本节介绍影响单元特性的五个方面问题。 3.1.1 单元的表征 每一个单元都由下面几个特性来表征： ?单元族 ?自由度（和单元族直接相关） ?节点数 ?数学描述，即单元列式 ?积分 ABAQUS 中每一种单元都有自己特有的名字，例如 T2D2，S4R 和 C3D81。 单元的名字标志着一种单元的五个特性。单元命名的规则将在本章里说明。 单元族 图 3－1 给出了应力分析中最常用的单元族。单元族之间一个明显的区别是 每一个单元族所假定的几何类型不同。图 3－1 常用单元族在这本指南里将用到的单元族有实体单元、壳单元、梁单元、桁架和刚性体 单元，这些将在以后的各章里详细讨论。其它的单元族在这本指南中没有讲到； 如果对应用它们感兴趣，请查阅 ABAQUS/Standard 用户手册的 Part V。 单元名字里开始的字母标志着这种单元属于哪一个单元族。例如，S4R 中的 S 表示它是壳单元，C3D81 中的 C 表示它是实体单元。 自由度 自由度（dof）是分析中计算的基本变量。对于壳和梁单元的应力/位移模拟 分析，自由度是每一节点处的平动和转动。对于热传导模拟分析，自由度为每一 节点处的温度；因此，热传导分析要求应用与应力分析不同的单元，因为它们的 自由度不同。 ABAQUS 中自由度的排序规则如下： 1 1 方向的平动 2 3 4 5 6 7 8 9 度。2 方向的平动 3 方向的平动 绕 1 轴的转动 绕 2 轴的转动 绕 3 轴的转动 开口截面梁单元的翘曲 声压或孔隙压力 电势11 温度（或物质扩散分析中归一化浓度） ，对梁和壳，指厚度方向第一点温 12 梁和壳厚度上其它点的温度 方向 1，2，3 分别对应于整体坐标的 1－，2－，和 3－方向，除非已经在节点处 定义了局部坐标系。 轴对称单元是一个例外，其位移和转动自由度指的是： 1 r-方向的平动 2 z-方向的平动 3 r-z 平面内的转动 方向 r 和 z 分别对应于整体坐标的 1-和 2-方向，除非已经在节点处定义了局部坐 标系。如何在节点处定义局部坐标系，请参考第 5 章的讨论。 在本指南中，限于结构方面的应用，所以只讨论单元的平动和转动自由度。 其它类型的单元（如热传导单元）可参考 ABAQUS/Standard 用户手册。 节点数――插值的阶数 ABAQUS 仅在单元的节点处计算位移或任何其它的自由度。在单元内的任何 其它点处，位移是节点位移插值获得的。通常插值的阶数由单元采用的节点数决 定。仅在角点处在节点的单元，例如图 3－2（a）所示的 8 节点实体单元，在每 一方向上采用线性插值，因此常常称这类单元为线性单元或一阶单元。具有边中 点节点的单元，如图 3－2（b）所示的 20 节点实体单元，采用二次插值，因此常 常被称为二次单元或二阶单元。一般情况下单元的节点数在其名字中清楚地标记 着。8 节点实体单元，如你前面已经看到过的那样，叫做 C3D8；8 节点一般壳单 元叫做 S8R。梁单元族的记法稍有不同：插值的阶数在单元的名字中标记着。这 样，一阶三维梁单元叫做 B31，而二阶三维梁单元叫做 B32。 图 3－2 线性实体单元和二次实体单元单元列式 单元列式是指用来定义单元行为的数学理论。ABAQUS 中所有的应力/位移 单元行为都是基于拉格朗日或物质描述的：在整个分析过程中和一个单元相关的 物质保持和这个单元相关，而且物质不能穿越单元边界。在欧拉或空间描述中， 单元在空间固定，而物质在单元之间流动。欧拉方法通常用于流体力学分析。 ABAQUS 运用欧拉方法来模拟对流换热，这本指南中不讨论这一题目。 为了适用于不同类型的物理行为，ABAQUS 中的某些单元族包含具有几种不 同列式的单元。例如，壳单元族有三个类别：一类具有一般壳体理论的列式，一 类具有薄壳理论的列式，另外一类具有厚壳理论的列式（这些单元的列式在第 5 章解释） 。 某些单元族除了有标准的列式，还有一些其它供选择的列式。具有其它供选 择列式的单元可以由其单元名字末尾的附加字母来识别。例如，实体、梁和桁架 单元族包括了杂交元列式，杂交单元由其名字末尾的“H”字母标识（C3D8H 和 B31H） 。 有些单元列式可求解耦合场问题。例如以字母 C 开头和字母 T 结尾的单元 （如 C3D8T）具有力学和热学自由度，可用于力一热学耦合问题的仿真计算。几 个最常用的单元列式会在本指南的后面部分讨论。 积分 ABAQUS 应用数值技术积分每一单元体上各种变量。对于大部分单元， ABAQUS 运用高斯积分方法来计算单元内每一个高斯点处的物质响应。对实体单 元，必须在全积分和减缩积分之间作出选择，对于给定问题，这个选择很大程度 上影响着单元精度，这将在 4.1 节中详细讨论。 ABAQUS 在单元名字末尾用字母“R”来识别减缩积分单元，对杂交单元， 末尾字母为 RH。例如，CAX4 是全积分、线性、轴对称实体单元；而 CAX4R 是 减缩积分、线性、轴对称实体单元。 3.1.2 实体单元 在不同的单元族中，实体（连续体）单元能够模拟的构件种类最多。从概念 上讲，实体单元仅模拟部件中的一小块物质。由于实体单元可以在其任何表面与 其它单元连接起来，就像建筑物中的砖或马赛克镶嵌中的瓷砖一样，因此能用来 建造几乎任何形状、承受任意载荷的模型。 在 ABAQUS 中应力/位移实体单元的名字以字母“C”开头。随后的两个字 母表示单元的维数，即单元的自由度数，但有时有例外。字母“3D”表示三维单 元； “AX”表示轴对称单元； “PE”表示平面应变单元，而“PS”则表示平面应 力单元。 三维实体单元库 三维实体单元可以是六面体形（砖形） 、楔形或四面体形。三维实体单元的 完整清单和每一类单元的节点布局可以在 ABAQUS/Standard 用户手册的 14.1.4 节 中查到。 二维实体单元库 ABAQUS 拥有几类离面行为互不相同的二维实体单元。二维单元可以是四边 形或三角形。最常用的三类二维单元如图 3－3 所示。图 3－3 平面应变，平面应力和无扭曲的轴对称单元平面应变单元假定离面应变 ? 33 为零；这类单元可以用来模拟厚结构。 平面应力单元假定离面应力 ? 33 为零；这类单元适合于用来模拟薄结构。 无扭曲的轴对称单元，即“CAX”类单元，可模拟 360?的环；这类单元适合 于用来分析受轴对称截荷作用、又具有轴对称几何形状的结构。 ABAQUS 也提供了广义平面应变单元、可以发生扭曲的轴对称单元和反对称 变形的轴对称单元。 广义平面应变单元包括了附加的广义列式。离面应变可以随着模型平面内的 位置线性变化。这种单元列式特别适合于厚截面的热应力分析。 可以发生扭曲的轴对称单元用来模拟初始时为轴对称形状，但能沿对称轴发 生扭曲的物体。这些单元对于模拟圆柱形结构，例如轴对称橡胶套管的扭转很有 用。 反对称变形的轴对称单元则用来模拟初始为轴对称几何形状的反对称变形物 体。它们适合于模拟像随剪切载荷作用的轴对称橡胶支座一类的问题。 后面的三类二维实体单元在这本指南里不作讨论。 二维实体单元必须在 1－2 平面内定义，并使节点编号绕单元周界逆时针旋 转，如图 3－4 所示。当用前处理器产生网格时，要确保所有点处的单元法线方 向一致，即都在整体坐标的 3 轴正方向上。不能提供正确的单元节点布局将引起 ABAQUS 给出单元有负面积的出错信息。图 3－4 二维单元正确的节点布局自由度 所有的应力/位移实体单元在每一节点处有平动自由度。对应地，自由度 1、 2 和 3 在三维单元中是有效的，而在平面应变单元、平面应力单元和无扭曲轴对 称单元中只有自由度 1 和自由度 2 是有效的。查阅 ABAQUS/Standard 用户手册的 14.1.3 节中可以找到在其它类二维实体单元中有效的自由度。 单元性质 所有的实体单元必须赋予截面性质，它定义了材料性质和与单元相关的附加 几何数据。三维单元和轴对称单元是不需要附加几何信息的，节点坐标就能够完 整地定义单元的几何形状。而平面应力和平面应变单元则必须指定单元的厚度， 它们的默认值为 1。 单元列式和积分 实体单元族有若干可选择的单元列式，包括非协调模式的列式和杂交单元列 式，这些列式都将在这本指南中详细讨论。实体单元可以应用完全积分或减缩积 分。 单元列式和积分类型对实体单元的精度都会产生显著的影响，这将在 4.1 节 中讨论。 单元输出变量 应力和应变这样的默认单元输出变量是参照整体直角（笛卡尔）坐标系的。 因此，图 3－5（a）所示的积分点处 ? 11 应力分量是作用在整体坐标的 1 轴方向的。 即使在一个大变形分析中单元发生转动（如图 3－5（b）所示） ，仍默认是在整体 笛卡尔坐标系中定义单元变量，然而，ABAQUS 允许用户为单元变量定义一个局 部坐标系。该局部坐标系在大变形分析中随着单元的运动而转动。当所分析的物 体有某些自然材料方向时（如复合材料中的纤维方向） ，局部坐标系会十分有用。 图 3－5 实体单元默认的材料方向3.1.3 壳单元 壳单元用来模拟那些厚度方向尺寸远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向 的应力可以忽略的结构。 在 ABAQUS 中壳单元的名字以字母“S”开头。轴对称壳单元都以字母 “SAX”开头，而反对称变形的轴对称单元以字母“SAXA”开头。除轴对称壳 外，壳单元名字中的每一个数字表示单元中的节点数，而轴对称壳单元名字中的 第一个数字则表示插值的阶数。如果名字中最后一个字符是数字“5” ，那么这种 单元只要可能就会只用到三个转动自由度中的两个。 壳单元的运用将在第 5 章详细讨论。 壳单元库 一般的三维壳单元有三种不同的单元列式：一般壳单元、薄壳单元和厚壳单 元。壳单元库中有线性和二次插值的三角形、四边形壳单元，以及线性和二次的 轴对称壳单元。表 3－1 对单元库中提供的壳单元进行了总结。 表 3－1 ABAQUS 中的三类单元 一般壳单元 S4，S4R，S3S3R， SAX1 SAX2，SAX2T 自由度 名字以数字“5”结尾的三维壳单元（例如 S4R5，STRI65）每一节点只有 5 个自由度：3 个平动自由度和面内的 2 个转动自由度（即没有绕壳面法线的转动 自由度） 。然而，如果需要的话，节点处的所有 6 个自由度都是可以激活的，例 如，在施加转动边界条件时或者节点位于壳的折线上时就需用 6 个自由度。 其它的三维壳单位（例如 S4R，S8R）在每一节点处有 6 个自由度（3 个平动 自由度和 3 个转动自由度） 轴对称壳单元的每一节点有 3 个自由度： 1 r-方向的平动 2 z-方向的平动 6 r-z 平面内的平动 单元性质 所有的壳单元都有壳的截面特性，它规定了壳单元的材料性质和厚度。壳的 横截面刚度可在分析中计算，亦可在分析开始时计算。若选择分析中计算刚度， ABAQUS 就会用数值积分方法来计算壳厚度方向上所选点的力学性质。所选的点 薄壳单元 STRI3，STRI65 S4R5，S8R5，S9R5， SAXA S8R，S8RT 厚壳单元 称为截面点，如图 3-6 所示。相关的材料性质可以是线性或非线性的，用户可在 壳厚度方向上指定任意奇数个截面点。图 3－6 壳单元厚度方向截面点若选择在分析开始时计算横截面刚度，可定义横截面性质来构造线性或非线 性性质。此时 ABAQUS 直接根据截面工程参量（面积、惯性矩等）构造壳体横 截面性质，所以就不必积分单元横截面上任何变量。因此，这个选择的计算量较 小。此时会根据力和力矩结果来计算响应，只有特别输出要求时才会计算应力和 应变。当壳体响应是线弹性时，建议采用这个方法。 单元列式和积分 ABAQUS 有三类单元，它们之间可以通过单元列式区分开：一般壳单元，厚 壳单元和薄壳单元。壳的单元列式将在第 5 章里详细讨论。S4S4R，S31S3R 和 SAX 轴对称壳单元考虑了有限膜应变，而且允许壳的厚度随着单元的变形而变化。 所有其它的壳单元均假定小应变和壳的厚度不发生变化，即使单元的节点可能发 生有限转动。 所有的四边形壳单元（S4 除外）和三角形壳单元（S3/S3R 除外） ，都应用减 缩积分方案。其它的三角形壳单元应用完全积分方案。 单元输出变量 壳单元的输出变量根据每一个壳单元表面上的局部材料方向进行定义。在大 位移分析中，这些轴随着单元的变形而发生转动。用户亦可以定义单元局部坐标 系，它们在大位移分析中随单元变形可以旋转。 3.1.4 梁单元 梁单元用来模拟长度方向尺寸远大于另外二维尺寸，且只有长度方向的应力 比较显著的构件。 在 ABAQUS 中梁单元的名字以字母“B”开头。下一个字符表示单元的维数： “2”指的是二维梁单元， “3”指的是三维梁单元。第三个字符表示插值的阶数： “1”表示线性插值， “2”表示二次插值， “3”则表示三次插值。 梁单元的应用将在第 6 章讨论。 梁单元库 梁单元库中有二维和三维的线性、二次及三次梁单元。 自由度 三维梁单元每个节点有 6 个自由度：3 个平动自由度（1~3）和 3 个转动自由 度（4~6） “开口截面”型的梁（例如 B31OS）有一个表示梁横截面翘曲量的附 。 加自由度（7） 。 二维梁单元的每个节点有 3 个自由度：2 个平动自由度（1 和 2）和 1 个绕模 型所在平面法线的转动自由度（6） 。 单元性质 所有的梁单元必须有梁截面特性，它规定了梁的材料性质和梁横截面轮廓线； 节点坐标只定义了梁的长度。用户必须给出梁截面轮廓线的几何尺寸和形状。换 言之，用户可以通过给定截面面积和惯性矩这类工程性质定义一个一般的梁截面 轮廓线。 若用户定义了梁截面的几何轮廓线，ABAQUS 就会用数值积分方法计算横截 面性质，材料行为可以是线性或非线性的。 若用户提供截面的面积，惯性矩和扭矩等工程特性参数来代替指定横截面尺 寸，则 ABAQUS 就不必对横截面积分，这个方法计算量较少。在用这个方法时， 材料可以是线性或非线性的。此时，根据力和弯矩结果来计算响应，只有在特别 请求时才计算应力和应力。 单元列式和积分 线性梁单元（B21 和 B31）和二次梁单元（B22 和 B32）允许剪切变形，并 考虑了有限轴向应变；它们不仅适合于模拟细长梁，也适合于模拟短梁。尽管三 次梁单元（B23 和 B33）允许梁的大位移和大转动，但不考虑剪切柔度，并且假 定轴向应变很小，因此，它们适合于模拟细长梁。ABAQUS 提供线性和二次梁单 元的变种单元（B31OS 和 B32OS）来模拟薄壁开口梁。这些单元能正确地模拟开 口横截面的扭转和翘曲效应，例如 I-型和 U-型槽钢。这本指南中不涉及开口截面 梁。 ABAQUS 也提供杂交梁单元来模拟非常细长的构件，例如海上石油平台上的 柔性立管，和模拟非常刚硬的连接件。在这本指南中不涉及杂交梁单元。 单元输出变量 三维剪切变形梁单元的应力分量为轴向应力（ ? 11 ）和扭转引起的剪应力 （ ? 12 ） 。在薄壁截面梁中剪应力沿截面的壁作用。相应的应变量也可以输出。剪 切变形梁单元也提供截面上的横向剪力。细长（三次）梁的输出结果只有轴向变 量。空间开口截面梁的输出结果也只有轴向变量，因为此时的扭转剪应力可略去。 所有的二维梁单元只用到轴向的应力和应变。 根据用户需要，轴向力、弯矩和绕局部梁轴的曲率也可以输出。至于哪种单 元提供哪些分量的详细情况，可以查阅 ABAQUS/Standard 用户手册。第 153.1 节。 局部梁轴的定义细节将在第 6 章里给出。 3.1.5 桁架单元 桁架单元是只能承受拉载荷的杆。它们不能承受弯矩，因此适合于模拟铰接 框架结构。桁架单元还可以近似地模拟线缆和弹簧（例如，网球排） 。桁架单元 有时还用来代表其它单元里的加强构件。第 2 章里的桥式吊车桁架模型就采用桁 架单元。 所有桁架单元的名字都以字母“T”开头。随后的两个字符表示单元的维数， 如“2D“表示二维桁架单元， “3D”表示三维桁架单元。最后一个字符表示单元 中的节点数。 桁架单元库 桁架单元库中有二维和三维的线性和二次桁架单元。 自由度 桁架}
我要回帖
更多推荐
- ·京东家政官网电话的工具包怎么退？
- ·达尔优鼠标几档是dpi800A980PRO鼠标的传感器最高支持多少dpi？
- ·达尔优鼠标几档是dpi800A980PRO鼠标是否适合长时间使用？
- ·EK75RT机械键盘什么轴手感最好的75%紧凑布局有哪些好处？
- ·EK87Pro打字是薄膜键盘好还是机械键盘好的输入效率和准确性如何？
- ·王者荣耀虞姬新皮肤皮肤s7怎么领取
- ·lol lol星妈符文s7实际加血的数字 比w技能显示加血数少很多 为什么？
- ·如何日本评价新白娘子传奇X战娘这款游戏
- ·男友微博关注陌生女生信里有个陌生女的，我问他是谁，他说是玩游戏用女性的别人就可
- ·求助，饥荒海难熔岩金矿再生权杖陷阱火山期到底持续多
- ·传手游紫色诛仙手游宠物怎么获得得
- ·天天炫斗职业介绍恋爱大师称号介绍 恋爱大师怎么样
- ·星露谷物语暗黑1.11修改器器ver1.11怎么用
- ·英雄联盟丨德众尚杰mib811是什么？
- ·王者荣耀虞姬凯尔特女王壁纸皮肤怎么获得，凯尔特女王获得
- ·腾讯游戏腾讯成长守护平台台怎么注册 怎么限制孩子玩游戏
- ·穿越火线九周年9周年活动什么时候更新
- ·华为E5786和华为e5776s 32有什么区别
- ·i7 6i7 7700hq gtx1060的CPU搭配gtx960m2g独显的显卡是不是很幼稚？
- ·知道的说一下戴尔1450笔记本电池不充电无法充电怎么处理
- ·如图表示白磷分子结果，Abaqus分析结果中出现这种网格发散很大是什么原因，怎么解决？
- ·AMDa8a8 5600k配什么显卡卡啊？
- ·空调检修压力表和冰箱检修普通压力表接口口通用吗？
- ·新人报道，请问下索泰显卡怎么保修的显卡收购保修的政策
- ·苹果6P微信聊天没有声音对面听着声音小怎么回事
- ·ipad上最近为什么不能通过HD土豆ipad搜索不到王者荣耀到越剧节目？
- ·别克英朗风扇不转开空调外面风扇不转冷气不行是什么原因:你们遇到过这种故障没急
- ·三星s7怎样安装广西农倍信手机平安银行一帐通登录
- ·拆迁房屋有线电视光发射机机盒有2 台和1 台赔偿一样吗
- ·更改了支付宝扣款顺序的支付密码 自动扣款还可以继续使用吗
- ·王者荣耀新版本改动：新版本要来了，语音功能是为了对喷还是交流
- ·华为p10 3dtouch touch是什么意思
- ·炭粉激光打印机炭粉有毒吗可在金属表面打印机炭粉有毒吗吗
- ·oppor9s怎么卸载软件的待机在哪个软件我在设置那里找不到
- ·家里的Wifi改密码，小米多功能网关 重置必须重置吗？
- ·电视剧人民的名义mp4格式 mp4
