ABAQUS及Ansys概述

ABAQUS软件公司和产品应用介绍一、ABAQUS软件公司的发展历程1972年，ABAQUS的首要创始人David Hibbitt在布朗大学完成了Ph.D.论文，论文的一部分为基于有限元方法的计算力学内容。

这期间，他和他的导师创建了一个公司，产品为他们开发的有限元软件MARC。

此后，ABAQUS的另外一个创始人Paul Sorensen也加入了MARC，但之后回到布朗大学继续攻读Ph.D学位。

ABAQUS的另外一个创始人Dr. Bengt Karlsson曾经是Control Data公司的分析工程师，由于工作的关系，他逐步对当时各种有限元程序加以熟悉并产生浓厚兴趣。

1976年，他从欧洲来到美国和Hibbitt一同在MARC工作。

作为MARC的总工程师，Hibbitt越发意识到工业界对有限元软件有一种强烈的需求，将会成为工程师的日常工具，逐步取代传统的实验做法，但这要求对现有的程序进行大幅度修改，使之能够处理更大规模的模型，计算的可靠性和精度更高。

他建议导师重写MARC的内核来适应工业领域的要求，但是他的导师当时不愿意进行这样的一笔投资。

1977年，Hibbitt离开MARC开始从头编写ABAQUS。

Karlsson很快加入了他。

之后，已经从布朗大学博士毕业正在通用汽车公司工作的Sorensen也加入了他们的行列。

Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc., (HKS) 公司于1978年2月1日正式成立。

三个力学专家开始了一个强大工程分析工具的发展历程。

HKS的第一个客户是Westinghouse Hanford公司，它在华盛顿州从事核反应堆方面的开发工作。

Westinghouse Hanford需要进行复杂的分析，包括核燃料棒的接触、蠕变和松弛等问题。

ABAQUS可以进行温度相关的蠕变、塑性以及接触建模体现了其优势，很快ABAQUS在核工业领域小有名气。

ABAQUS早期的应用还包括石油、军工等其它领域。

随着软件功能的不断强大，汽车公司在80年代中期开始采用ABAQUS作为复杂工程模拟的工具。

此后ABAQUS的研发一直是和重要工业客户一起合作进行的，这些客户碰到的力学难题，双方会一起参与来设法解决，同时不断丰富ABAQUS本身的功能。

今天，ABAQUS已经被应用于各个工业领域作为核心产品的研发工具，对它求解能力的强大性和灵活性的赞誉不绝于耳。

2002年底HKS公司改名为ABAQUS公司，全部业务都是进行ABAQUS软件的开发与维护。

近年来公司始终保持两位数增长，2007年增长17%，2008年增长18%。

目前ABAQUS全球有800名雇员，在北美、欧洲、亚太地区有40个分公司或代表处。

在总部的400多名雇员中有200多人具有工程或计算机的博士学位，70多人具有硕士学位。

被公认为世界上最大且最优秀的非线性固体力学研究团体。

二、ABAQUS软件的发展历程ABAQUS最早的产品为ABAQUS/Standard。

ABAQUS/Standard是一个通用分析模块，它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括结构的静态、动态、热和电响应等。

对于同时发生作用的几何、材料和接触非线性采用自动增量控制技术处理。

ABAQUS拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线性和非线性行为。

ABAQUS在1991年推出了ABAQUS/Explicit。

ABAQUS/Explicit是利用对时间变化的显式积分求解动力学方程。

该模块适合于分析如冲击和爆炸这样短暂、瞬时的动态事件，对高度非线性问题也非常有效，包括模拟加工成形过程中接触条件改变的问题。

ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard无缝集成，输入文件的格式相同，并可以互相传递结果数据。

ABAQUS在1999年推出了ABAQUS/CAE。

ABAQUS/CAE是ABAQUS有限元分析的前后处理模块，也是建模、分析和仿真的人机交互平台。

该模块可以构建结构的几何模型、分配材料和截面的特性、施加载荷和边界条件、并划分网格。

该模块可以进一步将生成的模型投入到后台的分析模块运行，对运行情况进行监测，并对计算结果进行后处理。

ABAQUS/CAE的后处理可以对计算结果的描述和解释提供范围广泛的选择，除了通常的云图，等值线和动画显示之外，还可以用列表，曲线等其它工具来完成后处理工作。

该模块的许多独特功能与特点，例如CAD建模方式、参数化建模、数据管理系统等极大的方便了ABAQUS用户。

ABAQUS软件已被全球工业界广泛接受，并拥有世界最大的非线性力学用户群。

ABAQUS软件以其强大的非线性分析功能以及解决复杂和深入的科学问题的能力，除了在广大工业用户中得到认可外，也在以高等院校、科研院所等为代表的高端用户中得到广泛赞誉。

提供优质可靠的分析软件是ABAQUS公司的一贯宗旨，为此公司做了大量的人力和物力的投资。

公司专门开发了优秀的产品管理软件便于产品质量及可靠幸得测试，负责质量检验的部门针对每一种新产品在不同的硬件平台上均要通过17000多道考题的测试，并且还经过某些重点用户的独立测试，公司对产品的检验过程直接受到用户的监督。

1996年4月，全部ABAQUS的产品通过ISO9001质量认证。

ABAQUS产品一直是美国核安全局(NQA)认证(NQA-1标准)的可用于核工业首选的分析软件。

美国食品和药品管理局(FDA)推荐ABAQUS作为用于植入人体的医疗器械的有限元分析软件。

2003年ABAQUS软件获得由中国锅炉压力容器标准化技术委员会颁发的《压力容器用计算机应用软件技术评审证书》。

ABAQUS软件的用户绝大部分是租赁用户，这些用户通常对产品和服务要求都是很苛刻的。

ABAQUS是一个推崇技术的公司，它始终走在结构力学研究和软件化领域的前沿，它良好的品质和服务得到业界的广泛认可，这也是占其用户很大比重的租赁用户一年又一年往复租用它的原因。

三、ABAQUS软件的主要功能特点人机交互界面ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近开发的软件运行平台，他汲取了同类软件和CAD软件的优点，同时与ABAQUS求解器软件紧密结合。

与其他有限元软件的界面程序比，ABAQUS/CAE具有以下的特点：● 采用CAD 方式建模和可视化视窗系统，具有良好的人机交互特性。

● 采用了参数化建模方法，为实际工程结构的参数设计与优化，结构修改提供了有力工具。

● 强大的模型管理和载荷管理手段，为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿真提供了方便。

● 鉴于接触问题在实际工程中的普遍性，单独设置了Interaction 模块，可以精确地模拟实际工程中存在的多种接触和连接问题，并可以进行从零件级到系统级的分析。

求解器性能● 比其他通用有限元软件更多的单元种类，单元种类达562种，提供了更多的选择余地，并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。

除常规结构外，可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为● 隐式和显式求解器无缝集成，同为ABAQUS 公司的产品，单元类型和命名一致，用户可以很方面的进行两种求解方法的转化和联合运算。

● 更多的接触和连接类型，可以是硬接触或软接触，也可以是Hertz 接触（小滑动接触）或有限滑动接触，还可以双面接触或自接触。

接触面还可以考虑摩擦和阻尼的情况。

上述选择提供了方便地模拟密封，挤压，铰连接等工程实际结构的手段。

● 材料非线性是ABAQUS 非线性分析的一种重要类型。

它具有丰富的材料模型库，涵盖了弹性（包括超弹性和亚弹性）、金属塑性、粘塑性、蠕变，各向异性等各种材料特性。

● 在复合材料方面：ABAQUS 允许多种方法定义复合材料单元，包括复合材料壳单元、复合材料实体单元以及叠层实体壳单元；提供基于平面应力的失效准则和基于断裂力学的开裂功能，包括最大应力、Tsai-Hill 、Tsai-Wu Azzi-Tsai-Hill 和最大应变等理论研究纤维、基体和界面失效以及纤维屈曲失效等失效模式；采用Rebar 单元模拟纤维增强复合材料中的纤维，并可以把它们定义在独立的壳单元、薄膜单元和表面单元内部再嵌入到模拟基体的实体单元中，方便用户进行灵活的建模和后处理；ABAQUS 提供了壳单元到实体单元的子模型功能和壳单元到实体单元的tie 约束功能，可以对复合材料局部重要区域方便地进行细节建模；用户自定义材料机械性能 (UMAT)子程序可以由用户定义各种复杂的机械本构模型并使用在ABAQUS 分析中，UMATs 已经被广泛用于研究金属基体复合材料, 固化, 纤维抽拔, 和其他对复合材料很重要的局部效应。

● 在橡胶材料方面：橡胶本构模型种类齐全，达16种之多，可以模拟各种橡胶材料的特性；可以直接输入橡胶材料的实验参数，生成对应的橡胶模型，并对模型的稳定性进行检验，确定稳定收敛区间；ABAQUS目前独有的Mullin效应模拟可以在橡胶的超弹性本构中考虑加载和卸载中应变能的损失，以及转化为热能的效应，为精确模拟橡胶减震性能和工作中生热情况提供了途径，资料显示相比其他通用有限元软件，考虑Mullin效应的模型在处理橡胶大变形问题中与实验结果对比更为接近；橡胶模型与接触/摩擦功能能很好地结合，能处理橡胶材料的软化、老化等问题；经长期的工程应用，ABAQUS的垫片单元(*Gasket)被公认可以方便有效地模拟橡胶垫圈密封的机理和现象，广泛用于汽车发动机等复杂机械结构的密封分析中。

●接头密封问题中，应力集中现象和接触效应同时存在。

二阶单元模拟应力集中较精确，但不适用于模拟接触问题；一阶单元适合模拟接触问题，但模拟应力集中效应不精确。

ABAQUS独有的改进的（Modified）连续体单元，是二阶单元，但可以很好的处理接触问题。

因此，ABAQUS可以最有效地分析解出密封问题。

●ABAQUS具有强大的热固耦合分析功能，包括：稳态热传导和瞬态热传导分析，顺序耦合热固分析，完全耦合热固分析，强制对流和辐射分析，热界面接触，热电耦合，摩擦生热等等。

可以定义从简单弹塑性模型到随温度变化材料常数的热塑性、热硬化性、高温蠕变等复杂材料模型，来模拟金属、聚合物、复合材料等电子材料的热学和力学性质。

ABAQUS 包括51种纯热传导和热电耦合单元，83种隐式和显式完全热固耦合单元，覆盖杆、壳、平面应变、平面应力、轴对称和实体各种单元类型，包括一阶和二阶单元，为用户建模提供极大的方便。

ABAQUS还是世界上各大汽车厂商分析发动机中热固耦合和接触问题的标准软件，如奥地利著名发动机生产商A VL在自己的发动机分析软件A VL.Excite中嵌入ABAQUS作为求解器。

●更方便和灵活的二次开发工具。

ABAQUS基于高级语言的用户子程序为用户开发自己的单元、材料和分析流程提供了强大的工具，这也是广大非线性高端用户选择ABAQUS并应用它进行了大量深入的研究工作的原因。