ABAQUS解析刚和离散刚体使用和区别

Abaqus 建模流程Abaqus标准版共有“部件（part)”、“材料特性（propoterty）”、“装配(assemble）”、“计算步骤（step）"、“交互(interaction）”、“加载(load）"、“单元划分（mesh）"、“计算（job）”、“后处理（visualization）"、“草图（sketch）”十大模块组成.建模方法：1首先建立“部件”（1）根据实际模型的尺寸决定绘图区的大小，一般为模型的1.5倍，间距大小可以在edit菜单sketcher options选项里调整。

（2）在绘图区分别建立部件中的各个特征体，建立特征体的方法主要有挤压、旋转、平扫三种。

同一个模型中两个不同的部件可以有同名的特征体组成,也就是说不同部件中可以有同名的特征体，同名特征体可以相同也可以不同。

部件的特征体包括用各种方法建立的基本特征体、数据点（datum point)、数据轴（datum axis）、数据平面（datum plane）等等。

选择多个元素时，可以同时按住shift键，或者按住鼠标左键进行窗选;如果取消对某个元素的选择可以同时按住ctrl键。

同时按住ctrl、shift和鼠标左键（中键、右键）然后平移鼠标可以进行旋转（平移、缩放）。

如果想修改或撤销已经完成的操作,可以在窗口左侧的模型树中找到此项操作，在上面点击右键，选择Edit或delete.（3)编辑部件可以用部件管理器进行部件复制，重命名，删除等，部件中的特征体可以是直接建立的特征体,还可以间接手段建立，如首先建立一个数据点特征体，通过数据点建立数据轴特征体，然后建立数据平面特征体，再由此基础上建立某一特征体，最先建立的数据点特征体就是父特征体,依次往下分别为子特征体，删除或隐藏父特征体其下级所有子特征体都将被删除或隐藏。

（4）部件类型：•可变形体:任意形状的，可以包含不同维数的特征（实体、表面、线);在荷载作用下可以变形。

Abaqus中的几种常用零件类型来源：复合材料力学作者：君莫Abaqus中创建零件时一般有Deformable、Discrete rigid、Analytical rigid、Eulerian四种类型。

下面分别介绍一下：（1）Deformable可变形体可变形体是有限元分析中采用的最多的一类零件，指物体在载荷（机械载荷、热载荷、电载荷等）作用下可产生变形，适用于任意二维或三维几何。

（2）Discrete rigid离散刚体离散刚体，顾名思义这是一种刚体，一般用于模拟不可变形体接触分析。

其几何与可变形体类似，可以是任意形状。

采用离散刚体形式建立的零件，可以是任意形状的二维、三维及轴对称结构。

但是只有包含壳或者线框的离散刚体零件才能够划分网格，实体零件无法划分。

如果采用实体几何，属性选择离散刚体，划分网格时会提示将几何转化为壳体。

（3）Analytical rigid分析刚体分析刚体与离散刚体类似，在接触分析中采用的是刚性面，分析刚体并非适用于任意几何形状，其几何必须是由一系列草图曲线、弧线和抛物线通过拉伸、旋转而成的平面或曲面。

分析刚体零件相比离散刚体零件而言，计算量较小，但是不能是任意形状，其轮廓必须光顺。

补充刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不变的物体。

绝对刚体实际上是不存在的，只是一种理想模型，因为任何物体在受力作用后，都或多或少地变形，如果变形的程度相对于物体本身几何尺寸来说极为微小，在研究物体运动时变形就可以忽略不计。

（4）Eulerian欧拉体欧拉体一般用于模拟液体，气体或者大变形体。

材料可以在欧拉域中流动，但网格自身在分析过程中不会变形，取而代之的是，零件内的材料物质在外载荷作用下发生变形，比如铆钉成型过程、冲压过程等零件可以用欧拉体，对应的是网格在空间中的位置不变，物质在网格中流动。

大变形分析中，采用欧拉网格可以避免传统拉格朗日网格分析时的单元畸变问题，在金属塑性成型分析中应用广泛。

解析刚体不能单独分析
Abaqus中对刚体的定义可以被划分成两类：离散刚体和解析刚体
（1）解析刚体的创建
部件模块→创建部件→类型→解析刚性//由此创建出的实体部件即为解析刚体，在创建完成后需要点击工具→参考点为创建好的解析刚体创建参考点，否则无法对其进行定义，会导致后续提交作业失败。

离散刚体和解析刚体的区别：离散刚体的形状是随意的，可以将导入的部件设置为离散刚体，解析刚体的形状是简单的，不能将导入的部件设置为解析刚体。

与离散刚体相比，解析刚体在分析的过程中会大大提高计算速度。

注意：想要描述一个刚体的运动，那么所有载荷、边界条件等能改变刚体运动的因素都要施加到其参考点上，刚体用参考点描述自身运动。

（2）离散刚体的创建
①部件模块→创建部件→类型→离散刚性//由此创建出的实体部件即为离散刚体，在创建完成后需要点击工具→参考点为创建好的离散刚体创建参考点和加工→壳→使用实体将实体转化为壳体并在模型树下更新有效性以确保转换已经成功，否则无法对其进行定义，会导致后续提交作业失败。

②在部件模块创建好变形体后在相互作用模块→创建参考点→创建约束→刚体//这种操作可以将一个变形体设置为刚体
③区别：第一种方式是在最开始操作软件时就确定一个物体是刚体，并且立即选取了参考点，而第二种方式是当需要某一个变形体是刚体时再将其设定为刚体，第一种方式只能用于abaqus自己创建的部件，但第二种方式可以将导入的部件设置为刚体，总的来说，两种方式没有本质区别，哪种习惯用哪种。

ABAQUS 解析刚体定义三维刚性表面
刚体是ABAQUS中不发生变形的部件，分为离散刚体和解析刚体两种。

解析刚体通过刚体表面的解析式表达，可以不剖分网格而直接进行计算。

解析刚体表面是一种几何表面，它的轮廓可通过直线和曲线段来描述。

在二维中，一个解析刚体表面的指定形式是一个二维的分段刚性表面。

可以在模型的二维平面上应用直线、圆弧和抛物线定义表面的横截面。

定义三维刚性表面的横截面，可以在用户指定的平面上应用对于二维问题相同的方式定义。

然后由这个横截面绕一个轴扫掠形成一个旋转表面，或沿一个矢量拉伸形成一个长的三维表面，如图3所示。

图3 解析刚体表面示例
解析刚体表面的优点在于只用少量的几何点便可以定义，并且计算效率很高。

然而，应用解析刚体表面所能创建的形状范围是有限的。

解析刚体表面的定义需满足特定的条件。

解析刚体表面定义要求
解析刚体表面定义需满足以下条件：
（1）三维表面只能通过简单曲线或由简单曲线连接构成的曲线段进行旋转和拉伸来构建，形式简单，复杂形式的解析刚体表面需要通过ABAQUS用户子程序接口来定义；
（2）在解析刚体表面的定义中，为避免出现难以收敛的问题，需定义倒角以光滑解析刚性表面上的尖角。

ABAQUS解析刚和离散刚体使用和区别首先，我们来了解一下刚体的概念和使用方法。

刚体是指在受力作用下形状和大小不变的物体。

在ABAQUS中，刚体的分析是指考虑物体的刚性响应。

刚体的分析可以用来研究物体的刚性变形、应力和应变分布等问题。

在ABAQUS中，刚体的分析通常包括以下几个步骤：1.几何建模：通过ABAQUS提供的建模工具创建物体的几何模型。

2.材料属性定义：为物体定义材料属性，包括弹性模量、泊松比等。

3.网格划分：将物体划分为小的有限元单元，以便进行数值计算。

4.载荷和边界条件定义：为物体施加外部载荷和边界条件，模拟实际工程中的情况。

5.求解：通过求解器求解物体的刚性响应，并得到结果。

刚体分析的优点是计算速度快，适用于处理大变形的问题。

然而，刚体分析不考虑物体的变形，只考虑其整体移动和旋转，因此不适用于需要考虑物体内部应变分布的问题。

接下来，我们来了解一下离散刚体的概念和使用方法。

离散刚体是指将实际物体离散为多个刚体元素，通过它们之间的连接关系来描述物体的变形和应力分布。

在ABAQUS中，离散刚体主要包括两种元素：离散单元和节点。

离散单元是指通过节点之间的连接关系来描述物体的刚性变形。

节点是实际物体上的点，可以视为刚体的一部分。

离散单元通过节点之间的约束关系来模拟刚体的连接关系。

在ABAQUS中，离散刚体的分析通常包括以下几个步骤：1.几何建模：通过ABAQUS提供的建模工具创建物体的几何模型。

2.材料属性定义：为物体定义材料属性，包括弹性模量、泊松比等。

3.节点定义：在物体的关键位置定义节点，用于描述刚体元素的连接关系。

4.离散单元定义：根据物体的几何形状和连接关系，定义离散单元，确定节点之间的约束关系。

5.载荷和边界条件定义：为物体施加外部载荷和边界条件，模拟实际工程中的情况。

6.求解：通过求解器求解离散刚体的变形和应力分布，并得到结果。

与刚体分析相比，离散刚体分析能够更准确地描述物体的变形和应力分布，适用于需要考虑物体内部应变分布的问题。

3. 有限单元和刚性体有限单元和刚性体是ABAQUS模型的基本构件。

有限单元是可变形的，而刚性体在空间运动不改变形状。

有限元分析程序的用户可能多少理解有限单元，而对在有限元程序中的刚性体的一般概念可能多少会感到陌生。

为了提高计算效率，ABAQUS具有一般刚性体的功能。

任何物体或物体的局部可以定义作为刚性体；大多数的单元类型都可以用于刚性体的定义（例外的类型列出在ABAQUS分析用户手册第节“Rigid Body definition”）。

刚性体比变形体的优越性在于对刚性体运动的完全描述只需要在一个参考点上的最多六个自由度。

相比之下，可变形的单元拥有许多自由度，需要昂贵的单元计算才能确定变形。

当这变形可以忽略或者并不感兴趣时，将模型一个部分作为刚性体可以极大地节省计算时间，并不影响整体结果。

有限单元ABAQUS提供了广泛的单元，其庞大的单元库为你提供了一套强有力的工具以解决多种不同类型的问题。

在ABAQUS/Explicit中的单元是在ABAQUS/Standard中的单元的一个子集。

本节将介绍影响每个单元特性的五个方面问题。

单元的表征每一个单元表征如下：●单元族●自由度（与单元族直接相关）●节点数目●数学描述●积分ABAQUS中每一个单元都有唯一的名字，例如T2D2，S4R或者C3D8I。

单元的名字标识了一个单元的五个方面问题的每一个特征。

命名的约定将在本章中说明。

单元族图3-1给出了应力分析中最常用的单元族。

在单元族之间一个主要的区别是每一个单元族所假定的几何类型不同。

实体单元壳单元梁单元刚体单元弹簧和粘壶桁架单元无限单元膜单元图3-1 常用单元族在本指南中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，这些单元将在其它章节里详细讨论。

本指南没有涉及到的单元族；读者若在模型中对应用它们感兴趣，请查阅ABAQUS分析用户手册的第V部分“Elements”。

一个单元名字第一个字母或者字母串表示该单元属于哪一个单元族。

关于Abaqus中若干刚体建模方式的探讨Abaqus提供了多种不同的方式帮助用户简洁高效地进行刚体模拟，包括：（1）离散刚体（2）解析刚体（3）Rigid Body约束事实上，无论采用何种方式模拟刚体，只要在Abaqus中能够实现，其计算精度和效率都应该是接近的，因为在一个完整的模拟分析过程中，主要的计算精度和效率毫无疑问是由变形体所控制的，当然，不排除部分机构动力学分析中全部部件均采用刚体模拟的情形。

但是，不同的刚体模拟方式还是具有一定差异的：（1）离散刚体：离散刚体在几何上可以是任意的三维、二维或轴对称模型，同一般变形体是相同的，唯一不同的是，在划分网格时离散刚体不能使用实体单元，必须在Part模块下将实体表面转换为壳面，然后使用刚体单元划分网格。

（2）解析刚体：在计算成本上解析刚体要小于离散刚体，但是解析刚体不能是任意的几何形状，而必须具有光滑的外轮廓线。

一般而言，如果可以使用解析刚体的话，使用解析刚体进行模拟是更为合适的。

（3）Rigid Body约束：除了在Part模块下直接声明所建模型是离散刚体或解析刚体外，Abaqus在Interaction模块还提供了Rigid Body约束用于模拟刚体性质。

Rigid Body约束实际上是将组装部件中某一区域的运动强制约束到参考点上，而在整个分析过程中不改变该区域内各点的相对位置。

Rigid Body约束和刚体部件的差别在于：刚体部件同部件相关联，Rigid Body约束同组装实体中的区域相关联。

简单地讲，刚体部件建模时的整个部件在以后的分析中都将保持为刚体，而Rigid Body约束可以是某一部件组装后的实体中的某一区域，相对刚体部件具有更高的灵活性。

此外，刚体部件的参考点必须在Part模块下建立，Assembly模块下建立的参考点无法应用到刚体部件，但是Rigid Body约束的参考点可以在Assembly模块下建立。

另外，值得一提的是，刚体部件可以在模型树中编辑修改为变形体，这一操作同增删Rigid Body约束的作用是一致的。

11.1 Part模块的作用：1.使用可用的工具创建模块2.从文件夹导入部件3.从输出文件导入划分的部件4.从输入文件导入划分后的部件5.在装配模块合并或划分部件实体6.在mesh模块划分网格使用part模块工具创建的部件称为原始部件，基于一些代表性的特征。

它包含你的设计意图，几何原始尺寸和一组能处理几何行为的规则。

例如，一个穿透的圆是特征，ABAQUS将在整个Part模块都将承载这些信息。

如果你将增加部件尺寸，ABAQUS识别切割深度将增加，以这样的方式来贯穿整个part模块。

你可以使用part模块来创建，编辑和管理部件在当前的模块中。

ABAQUS储存部件以顺序列表特征的形式。

用于定义每个特征的参数，如拉伸厚度，孔参数，扫描路径等，都将定义部件几何尺寸。

Part部件允许如下行为：1.创建变形体，离散刚体，解析刚体或欧拉体。

Part工具也允许编辑和控制已存在的部件的定义。

2.创建特征——实体，壳，线，切割和倒角等来定义部件的尺寸3.使用特征操作工具来编辑，删除，压缩，恢复，再生成部件特征4.赋予刚体部件相关点5.使用提取工具来创建，编辑或管理形成部件基本特征的二维图形。

这些特征可以被用来拉伸，旋转或扫射去创建部件参数，或可以直接被用作形成平面或轴对称部件6.使用集合工具，切割工具和数据基准工具。

11.3 模型的基本特征11.3.1 部件和特征的关系被创建的部件有最具代表性的特征。

可以从以下形状特征来创建部件：实体，壳，线，切割体，混合体。

ABAQUS储存每个特征并且使用这些特征去定义整个部件，如果你修改它便再生成部件，并且在assembly模块生成部件实体。

一个生成部件的实例：如果一个新几何体是基于已存在的特征，则ABAQUS会创建一个父子关系。

新生成的部件是子，依赖于父。

如果你修改父特征，则此修改可能会对子特征无效。

11.3.2 基本特征当你创建部件时首先建立的特征称为基本特征。

你创建其他的特征是通过增加或减少实体来实现。