ABAQUS有限元分析从入门到精通(第2版)

ABAQUS有限元分析软件中CAE常见技巧汇总ABAQUS有限元分析软件是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以用于模拟和分析各种工程问题。

在使用ABAQUS软件进行分析时，一些常见技巧可以提高分析效率和结果质量。

下面是一些常见的ABAQUSCAE技巧的汇总：1.模型几何建模：在建立模型几何时，使用合适的几何建模工具可以大大简化模型的创建过程。

ABAQUSCAE提供了多种创建几何的工具和命令，比如使用草图工具构建几何，或者直接导入CAD模型。

此外，还可以使用几何操作命令（如切割、平移、镜像等）来修改和完善模型。

2.材料属性定义：在进行有限元分析之前，需要定义材料属性。

ABAQUSCAE提供了多种材料模型，包括线性弹性、塑性、热膨胀等。

选择合适的材料模型，输入正确的材料参数，可以获得准确的分析结果。

此外，还可以通过建立材料库，快速选择和定义材料属性。

3.网格划分：准确的网格划分是保证分析结果准确性的重要因素。

ABAQUSCAE提供了多种网格划分工具，可以根据模型几何形状和分析要求，自动生成合适的网格。

在划分网格时，需要注意网格单元的形状、尺寸和密度，以及模型的几何细节。

4.约束和加载定义：在定义约束和加载时，需要考虑系统边界条件、实际工况和分析目的。

ABAQUSCAE提供了多种约束和加载定义工具，可以快速、准确地描述系统边界条件和应力工况。

可以使用约束和加载约束对象、表达式、施加方向等来定义约束和加载。

5.条件设置和后处理：在进行分析之前，需要设置分析类型、时间步长、收敛准则等分析条件。

ABAQUSCAE提供了丰富的分析选项和设置，以满足不同的分析需求。

在分析完成后，还可以使用后处理功能对分析结果进行可视化、查询和导出。

6.参数化建模和模型优化：在建立模型和进行分析时，可以使用参数化建模和模型优化技术来快速调整模型几何、材料和加载条件，以获得最佳的设计结果。

ABAQUSCAE提供了参数化建模和优化工具，可以自动化地进行参数化建模和模型优化。

【最新整理，下载后即可编辑】ABAQUS教材：入门使用手册一、前言ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一，具有惊人的广泛的模拟能力。

它拥有大量不同种类的单元模型、材料模型、分析过程等。

可以进行结构的静态与动态分析，如：应力、变它具有丰富的单元模型，如杆、梁、钢架、板壳、实体、无限体元等；可以模拟广泛的材料性能，如金属、橡胶、聚合物、复合材料、塑料、钢筋混凝土、弹性泡沫，岩石与土壤等。

对于多部件问题，可以通过对每个部件定义合适的材料模型，然后将它们组合成几何构形。

对于大多数模拟，包括高度非线性问题，用户仅需要提供结构的几何形状、材料性能、边界条件、荷载工况等工程数据。

在非线性分析中，ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛准则，它不仅能自动选择这些参数的值，而且在分析过程中也能任何参数就能控制问题的数值求解过程。

1.1 ABAQUS产品ABAQUS由两个主要的分析模块组成，ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。

前者是一个通用分析模块，它能够求解广泛领域的线性和非线性问题，包括静力、动力、构件的热和电响应的问题。

后者是一个具有专门用途的分析模块，采用显式动力学有限元格式，它适用于模拟短暂、瞬时的动态事件，如冲击和爆炸问题，此外，它对ABAQUS/CAE(Complete ABAQUS Environment)它是ABAQUS的几何形状，并将其分解为便于网格划分的若干区域，应用它可以方便而快捷地构造模型，然后对生成的几何体赋予物理和材料特性、荷载以及边界条件。

ABAQUS/CAE具有对几何体划分网格的强大功能，并可检验所形成的分析模型。

模型生成后，ABAQUS/CAE可以提交、监视和控制分析作业。

而Visualization（可视化）模块可以用来显示得到的结果。

1.2 有限元法回顾任何有限元模拟的第一步都是用一个有限元（Finite Element）的集合来离散（Discretize）结构的实际几何形状，每一个单元代表这个实际结构的一个离散部分。

全面介绍ABAQUS有限元分析有限元分析软件ABAQUS介绍（一）数值模拟方法介绍一：数值模拟也叫计算机模拟。

它以电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的，节约时间、成本。

数值模拟的基本步骤：（1）建立数学模型--基本守恒方程（2）建立物理问题模型--前处理建模（3）离散方程--选择离散方法和格式（4）求解方程--选择求解算法（5）编制、调试程序（6）研究结果--后处理（7）改进模型或提出指导方案使用软件分析的优势二、有限元软件的介绍三种数值分析方法：有限元方法，有限差分，有限体积方法有限元分析是对结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。

有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。

有限元软件的对比ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。

ABAQUS专注结构分析，目前没有流体模块。

MSC是比较老（1963）的一款软件目前更新速度比较慢。

ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。

结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性价比排名：ADINA，ABAQUS、ANSYS、MSCANSYS与ABAQUS的对比应用领域：1. ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。

2. ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。

其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可求解器功能（1）对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。

abaqus系列教程-02基础2. ABAQUS基础一个完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit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。

这三个步骤通过文件之间建立的联系如下前处理ABAQUS/CAE或其他软件输入文件:job.inp模拟计算ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit输出文件:job.odb,job.dat,job.res,job.fil后处理ABAQUS/CAE或其他软件前处理(ABAQUS/CAE)在前处理阶段需要定义物理问题的模型并生成一个ABAQUS输入文件。

尽管一个简单分析可以直接用文本编辑器生成ABAQUS输入文件，通常的做法是使用ABAQUS/CAE或其它前处理程序，在图形环境下生成模型。

2-1模拟计算(ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit)模拟计算阶段使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解输入文件中所定义的数值模型，它通常以后台方式运行。

以应力分析的输出为例，包括位移和应力的输出数据保存在二进制文件中以便于后处理。

完成一个求解过程所需的时间可以从几秒到几天不等，这取决于所分析问题的复杂程度和所使用计算机的运算能力。

后处理(ABAQUS/CAE)一旦完成了模拟计算并得到了位移、应力或其它基本变量后，就可以对计算结果进行评估。

评估通常可以通过ABAQUS/CAE的可视化模块或其它后处理软件在图形环境下交互式进行。

可视化模块可以将读入的二进制输出数据库中的文件以多种方法显示结果，包括彩色等值线图、动画、变形图和X-Y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分组成，它们共同描述了所分析的物理问题和获得的结果。

一个分析模型至少要包含如下的信息:离散化的几何形体、单元特性(element section properties)、材料数据、荷载和边界条件、分析类型和输出要求。

一、有限单元法的基本原理有限单元法（The Finite Element Method）简称有限元（FEM），它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。

它在工程技术领域中的应用十分广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问题都可用它求得满意的数值结果。

有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为整。

即应用有限元法求解任意连续体时，应把连续的求解区域分割成有限个单元，并在每个单元上指定有限个结点，假设一个简单的函数（称插值函数）近似地表示其位移分布规律，再利用弹塑性理论中的变分原理或其他方法，建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程组，从而求解结点的位移分量. 进而利用插值函数确定单元集合体上的场函数。

由位移求出应变, 由应变求出应力二、ABAQUS有限元分析过程有限元分析过程可以分为以下几个阶段1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型――有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。

有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。

但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。

2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。

由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。

下列的功能模块在ABAQUS/CAE操作整个过程中常常见到，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。

“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。

目录第一章ABAQUS简介 (1)第二章ABAQUS基本使用方法 (1)第三章线性静力分析实例 (6)第四章 ABAQUS的主要文件类型 (8)第五章接触分析实例 (9)第六章弹塑性分析实例 (13)第七章热应力分析实例 (15)第八章多体分析实例 (16)第九章动态分析实例 (17)第十章复杂工程分析综合实例 (20)第一章ABAQUS简介[1] (pp7) 在[开始] →[程序] →[ABAQUS 6.5-1]→[ABAQUS COMMAND]，DOS提示符下输入命令Abaqus fetch job = <file name>可以提取想要的算例input文件。

第二章ABAQUS基本使用方法[2] (pp15) 快捷键：Ctrl+Alt+左键来缩放模型；Ctrl+Alt+中键来平移模型；Ctrl+Alt+右键来旋转模型。

(pp16) ABAQUS/CAE不会自动保存模型数据，用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外丢失。

[3] (pp17) 平面应力问题的截面属性类型是Solid（实心体）而不是Shell（壳）。

ABAQUS/CAE推荐的建模方法是把整个数值模型（如材料、边界条件、载荷等）都直接定义在几何模型上。

载荷类型Pressure的含义是单位面积上的力，正值表示压力，负值表示拉力。

[4] (pp22) 对于应力集中问题，使用二次单元可以提高应力结果的精度。

[5] (pp23) Dismiss和Cancel按钮的作用都是关闭当前对话框，其区别在于：前者出现在包含只读数据的对话框中；后者出现在允许作出修改的对话框中，点击Cancel按钮可关闭对话框，而不保存所修改的内容。

[6] (pp26) 每个模型中只能有一个装配件，它是由一个或多个实体组成的，所谓的“实体”（instance）是部件（part）在装配件中的一种映射，一个部件可以对应多个实体。

材料和截面属性定义在部件上，相互作用（interaction）、边界条件、载荷等定义在实体上，网格可以定义在部件上或实体上，对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。

Abaqus仿真分析操作说明1.单位一致性(未列出参照国际单位)长度：米(m)力：牛(N)质量：千克(kg)时间：秒(s)强度(压力)：帕(Pa)能量：焦耳(J)密度：千克/立方米(kg/m3)加速度：米/平方秒(m/s2)2.模型(part)的建立首先用三维绘图软件(CAD、PROE、SOLIDEDGE、SOLIDWORKS等)将模型画好。

3.模型(part)导入ABAQUS软件①将模型另存为sat或stp(step)，示意图如下;文件名最好存为英文字母。

②模型另存为sat或stp(step)格式后，到“选项”进行设置，设置完成后将模型另存好(存放位置自设，能找到就好)，示意图如下;③打开已经安装好的ABAQUS 软件，选中左上角“文件→导入→部件”，示意图如下;4. 模型(part)的参数设置和定义导出模型单位由mm 改为m 。

选中后隐藏的部件不能导入ABAQUS 软件。

版本设为ABAQUS 软件版本。

双击所有参数均为默认，确定就好。

到上面这一步骤，模型导入已经完成，接下来就是一些参数的设置和分析对象的定义。

具体的分析步骤按照下图所示一步一步完成即可。

(1)“属性”步完成材料的定义。

具体参数设置见下图：(1)(2)(3)(4)(5)(7)(6)1．双击“创建材料”2．自定义名称4．在“通用”下双击“密度”进行参数设置5．输入材料密度，单位kg/m3。

6．在“力学”下双击“弹性”进行参数设置。

7．输入材料杨氏模量(Pa)和泊松比(无单位)，单击“确定”完成参数设置。

8．双击“创建截面”，“类别”和“类型”默认。

9．单击“继续”。

10．参数默认，单击“确定”。

11．双击“指定截面”。

(2)“装配”步完成分析对象的选定。

具体操作见下图：12．单击模型指定截面。

13．单击“完成”，完成截面指定。

14．模型变绿，指定截面成功；同时“属性”步参数定义结束。

1．切换到下一步(装配)。

3．选中要分析的部件，单击“确定”，完成“装配”步。

第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题第一篇基础篇第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题1.1 Abaqus 的基本约定1.1.1 自由度的定义【常见问题1-1】Abaqus 中的自由度是如何定义的？1.1.2 选取各个量的单位【常见问题1-2】在 Abaqus 中建模时，各个量的单位应该如何选取？1.1.3 Abaqus 中的时间【常见问题1-3】怎样理解 Abaqus 中的时间概念？第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题1.1.4 Abaqus 中的重要物理常数【常见问题1-4】Abaqus 中有哪些常用的物理常数？1.1.5 Abaqus 中的坐标系【常见问题1-5】如何在 Abaqus 中定义局部坐标系？1.2 Abaqus 中的文件类型及功能【常见问题1-6】Abaqus 建模和分析过程中会生成多种类型的文件，它们各自有什么作用？ 【常见问题1-7】提交分析后，应该查看 Abaqus 所生成的哪些文件？1.3 Abaqus 的帮助文档1.3.1 在帮助文档中查找信息【常见问题1-8】如何打开 Abaqus 帮助文档？第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题【常见问题1-9】Abaqus 帮助文档的内容非常丰富，如何在其中快速准确地找到所需要的信息？1.3.2 在 Abaqus/CAE 中使用帮助【常见问题1-10】Abaqus/CAE 的操作界面上有哪些实时帮助功能？【常见问题1-11】Abaqus/CAE 的 Help 菜单提供了哪些帮助功能？1.4 更改工作路径【常见问题1-12】Abaqus 读写各种文件的默认工作路径是什么？如何修改此工作路径？1.5 Abaqus 的常用 DOS 命令【常见问题1-13】Abaqus 有哪些常用的 DOS 命令？第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题1.6 设置 Abaqus 的环境文件1.6.1 磁盘空间不足【常见问题1-14】提交分析作业时出现如下错误信息，应该如何解决？***ERROR: UNABLE TO COMPLETE FILE WRITE. CHECK THAT SUFFICIENT DISKSPACE IS AVAILABLE. FILE IN USE AT F AILURE IS shell3.stt.（磁盘空间不足）或者***ERROR:SEQUENTIAL I/O ERROR ON UNIT 23, OUT OF DISK SPACE OR DISK QUOTAEXCEEDED.（磁盘空间不足）1.6.2 设置内存参数【常见问题1-15】提交分析作业时出现如下错误信息，应该如何解决？***ERROR: THE SETTING FOR PRE_MEMORY REQUIRES THAT 3 GIGABYTES OR MOREBE ALLOCATED BUT THE HARDWARE IN USE SUPPORTS ALLOCATION OF AT MOST 3GIGABYTES OF MEMORY. EITHER PRE_MEMORY MUST BE DECREASED OR THE JOBMUST BE RUN ON HARDWARE THAT SUPPORTS 64-BIT ADDRESSING.（所设置的pre_memory 参数值超过3G，超出了计算机硬件所能分配的内存上限）或者***ERROR: THE REQUESTED MEMORY CANNOT BE ALLOCATED. PLEASE CHECK THESETTING FOR PRE_MEMORY. THIS ERROR IS CAUSED BY PRE_MEMORY BEINGGREATER THAN THE MEMORY AVAILABLE TO THIS PROCESS. POSSIBLE CAUSES AREINSUFFICIENT MEMORY ON THE MACHINE, OTHER PROCESSES COMPETING FORMEMORY, OR A LIMIT ON THE AMOUNT OF MEMORY A PROCESS CAN ALLOCATE.（所设置的 pre_memory 参数值超出了计算机的可用内存大小）第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题或者***ERROR: INSUFFICIENT MEMORY. PRE_MEMORY IS CURRENTLY SET TO 10.00MBYTES. IT IS NOT POSSIBLE TO ESTIMATE THE TOTAL AMOUNT OF MEMORY THATWILL BE REQUIRED. PLEASE INCREASE THE VALUE OF PRE_MEMORY.（请增大pre_memory 参数值）或者***ERROR: THE VALUE OF 256 MB THAT HAS BEEN SPECIFIED FORSTANDARD_MEMORY IS TOO SMALL TO RUN THE ANALYSIS AND MUST BEINCREASED. THE MINIMUM POSSIBLE VALUE FOR STANDARD_MEMORY IS 560 MB.（默认的standard_memory 参数值为256 M，而运行分析所需要的standard_memory 参数值至少为560 M）1.7 影响分析时间的因素【常见问题1-16】使用 Abaqus 软件进行有限元分析时，如何缩短计算时间？【常见问题1-17】提交分析作业后，在 Windows 任务管理器中看到分析作业正在运行，但 CPU 的使用率很低，好像没有在执行任何工作任务，而硬盘的使用率却很高，这是什么原因？1.8 Abaqus 6.7新增功能【常见问题1-18】Abaqus 6.7 版本新增了哪些主要功能？第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题1.9 Abaqus 和其它有限元软件的比较【常见问题1-19】Abaqus 与其他有限元软件有何异同？第2章关于 Abaqus/CAE 操作界面的常见问题第2章关于Abaqus/CAE 操作界面的常见问题2.1 用鼠标选取对象【常见问题2-1】在 Abaqus/CAE 中进行操作时，如何更方便快捷地用鼠标选取所希望选择的对象（如顶点、线、面等）？2.2 Tools 菜单下的常用工具2.2.1 参考点【常见问题2-2】在哪些情况下需要使用参考点？2.2.2 面【常见问题2-3】面（surface）有哪些类型？在哪些情况下应该定义面？第2章关于 Abaqus/CAE 操作界面的常见问题2.2.3 集合【常见问题2-4】集合（set）有哪些种类？在哪些情况下应该定义集合？2.2.4 基准【常见问题2-5】基准（datum）的主要用途是什么？使用过程中需要注意哪些问题？2.2.5 定制界面【常见问题2-6】如何定制 Abaqus/CAE 的操作界面？【常见问题2-7】6.7版本的 Abaqus/CAE 操作界面上没有了以前版本中的视图工具条（见图2-6），操作很不方便，能否恢复此工具条？图2-6 Abaqus/CAE 6.5版本中的视图工具条第3章Part 功能模块中的常见问题第3章Part 功能模块中的常见问题3.1 创建、导入和修补部件3.1.1 创建部件【常见问题3-1】在 Abaqus/CAE 中创建部件有哪些方法？其各自的适用范围和优缺点怎样？ 3.1.2 导入和导出几何模型【常见问题3-2】在 Abaqus/CAE 中导入或导出几何模型时，有哪些可供选择的格式？【常见问题3-3】将 STEP 格式的三维 CAD 模型文件（*.stp）导入到 Abaqus/CAE 中时，在窗口底部的信息区中看到如下提示信息：A total of 236 parts have been created.（创建了236个部件）此信息表明 CAD 模型已经被成功导入，但是在 Abaqus/CAE 的视图区中却只显示出一条白线，看不到导入的几何部件，这是什么原因？第3章Part 功能模块中的常见问题3.1.3 修补几何部件【常见问题3-4】Abaqus/CAE 提供了多种几何修补工具，使用时应注意哪些问题？【常见问题3-5】将一个三维 CAD 模型导入 Abaqus/CAE 来生成几何部件，在为其划分网格时，出现如图3-2所示的错误信息，应如何解决？图3-2 错误信息：invalid geometry（几何部件无效），无法划分网格3.2 特征之间的相互关系【常见问题3-6】在 Part 功能模块中经常用到三个基本概念：基本特征（base feature）、父特征（parent feature）和子特征（children feature），它们之间的关系是怎样的？第3章Part 功能模块中的常见问题3.3 刚体和显示体3.3.1 刚体部件的定义【常见问题3-7】什么是刚体部件（rigid part）？它有何优点？在 Part 功能模块中可以创建哪些类型的刚体部件？3.3.2 刚体部件、刚体约束和显示体约束【常见问题3-8】刚体部件（rigid part）、刚体约束（rigid body constraint）和显示体约束（display body constraint）都可以用来定义刚体，它们之间有何区别与联系？3.4 建模实例【常见问题3-9】一个边长 100 mm 的立方体，在其中心位置挖掉半径为20 mm 的球，应如何建模？ 『实现方法1』『实现方法2』第4章Property 功能模块中的常见问题第4章 Property 功能模块中的常见问题4.1 超弹性材料【常见问题4-1】如何在 Abaqus/CAE 中定义橡胶的超弹性（hyperelasticity）材料数据？4.2 梁截面形状、截面属性和梁横截面方位4.2.1 梁截面形状【常见问题4-2】如何定义梁截面的几何形状和尺寸?【常见问题4-3】如何在 Abaqus/CAE 中显示梁截面形状？4.2.2 截面属性【常见问题4-4】截面属性（section）和梁截面形状（profile）有何区别?第4章Property 功能模块中的常见问题【常见问题4-5】提交分析作业时，为何在 DAT 文件中出现错误提示信息“elements have missing property definitions（没有定义材料特性）”？『实 例』出错的 INP 文件如下：*NODE1, 0.0 , 0.0 , 0.02, 20.0 , 0.0 , 0.0*ELEMENT, TYPE=T3D2, ELSET=link1, 1, 2*BEAM SECTION, ELSET=link, MATERIAL= steel, SECTION=CIRC15.0,提交分析作业时，在 DAT 文件中出现下列错误信息：***ERROR:.80 elements have missing property definitions The elements have been identified inelement set ErrElemMissingSection.4.2.3 梁横截面方位【常见问题4-6】梁横截面方位（beam orientation）是如何定义的？它有什么作用？【常见问题4-7】如何在 Abaqus 中定义梁横截面方位？【常见问题4-8】使用梁单元分析问题时，为何出现下列错误信息：***ERROR: ELEMENT 16 IS CLOSE TO PARALLEL WITH ITS BEAM SECTION AXIS.第4章Property 功能模块中的常见问题DIRECTION COSINES OF ELEMENT AXIS 2.93224E-04 -8.20047E-05 1.0000. DIRECTIONCOSINES OF FIRST SECTION AXIS 0.0000 0.0000 1.0000。