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适读人群 :面向ABAQUS的初级 用户和中级用户,同时也在实际工程分析方面为ABAQUS高级用户提供参考 《ABAQUS有限元分析实例详解》主要面向ABAQUS的初级和中级用户,同时也在实际工程分析方面为ABAQUS高级用户提供了有用的参考。ABAQUS是国际上先进的大型通用有限元软件之一,它可以分析复杂的工程力学问题,其驾驭庞大求解规模的能力,以及非线性力学分析功能均达到领先水平。《ABAQUS有限元分析实例详解》通过对ABAQUS有限元实例的详细剖析,介绍了ABAQUS在线性静力分析、接触分析、弹塑性分析、热应力分析、多体分析、频率提取分析、瞬时模态动态分析、显式动态分析等领域的分析方法,以及复杂实体建模、分析计算和后处理的技巧。
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内容简介
本书通过ABAQUS有限元实例的详细剖析,介绍了ABAQUS在线性静力分析、接触分析、弹塑性分析、热应力分析、多体分析、频率提取分析、瞬时模态动态分析、显式动态分析等领域的分析方法,以及复杂实体建模、分析计算和后处理的技巧。
本书内容从实际应用出发,侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决,教会读者如何根据问题的特点来选择ABAQUS的相应功能,寻求解决问题的佳方案。书中还着重讨论了用户常犯的错误和经常碰到的疑难问题,以及ABAQUS的常见错误信息和警言信息,并给出了相应的解决方法。
本书主要面向ABAQUS的初级和中级用户,同时也在实际工程分析方面为ABAQUS高级用户提供了有用的参考。
目录
序言1
序言2
前言
第1章 ABAQUS简介
1.1ABAQUS总体介绍
1.2ABAQUS的主要分析功能
1.3ABAQUS的主要模块
1.4ABAQUS帮助文档
1.4.1ABAQUS帮助文档的内容
1.4.2如何使用ABAQUS帮助文件
1.5本章小结
第2章 ABAQUS基本使用方法
2.1ABAQUS分析步骤
2.2ABAQUS/CAE简介
2.3一个简单的实例:带孔平板的应力分析
2.3.1问题的描述
2.3.2启动ABAQUS/CAE
2.3.3创建部件
2.3.4创建材料和截面属性
2.3.5定义装配件
2.3.6设置分析步
2.3.7定义边界条件和载荷
2.3.8划分网格
2.3.9提交分析作业
2.3.10后处理
2.3.11退出ABAQUS/CAE
2.4ABAQUS/CAE模型数据库的结构
2.5ABAQUS/CAE的功能模块
2.5.1Part(部件)功能模块
2.5.2Property(特性)功能模块
2.5.3Assembly(装配)功能模块
2.5.4Step(分析步)功能模块
2.5.5Interaction(相互作用)功能模块
2.5.6IJoad(载荷)功能模块
2.5.7Mesh(网格)功能模块
2.5.8Job(分析作业)功能模块
2.5.9Sketch(绘图)功能模块
2.5.10Visualization(后处理)功能模块
2.6划分网格的基本方法
2.6.1独立实体和非独立实体
2.6.2网格种子(seed)
2.6.3单元形状
2.6.4网格划分技术
2.6.5划分网格的算法
2.6.6划分网格失败时的解决办法
2.6.7检查网格质量
2.7选择三维实体单元的类型
2.7.1节点数目和插值阶数
2.7.2连续体单元
2.7.3线性完全积分(1inearfull—integration)单元
2.7.4二次完全积分(quadraticfull—integration)单元
2.7.5线性减缩积分(1inearreduced—integration)单元
2.7.6二次减缩积分(quadraticreduced—integration)单元
2.7.7非协调模式(incompatiblemodes)单元
2.7.8Tri单元和Tet单元
2.7.9杂交(hybrid)单元
2.7.10混合使用不同类型的单元
2.7.1l数值算例:不同单元类型和网格的结果比较
2.7.12选择三维实体单元类型的基本原则
2.8选择壳单元的类型
2.9选择梁单元的类型
2.10本章小结
第3章 线性静力分析实例(实体建模和后处理)
3.1支架的线性静力分析实例:建模和分析计算
3.1.1问题的描述
3.1.2创建二维平面图
3.1.3创建部件
3.1.4创建材料和截面属性
3.1.5定义装配件
3.1.6划分网格
3.1.7设置分析步
3.1.8定义耦合约束
3.1.9定义载荷
3.1.10定义边界条件
3.1.1l提交分析作业
3.2后处理
3.3改进支架的设计
3.3.1修改部件
3.3.2设置时间增量步
3.3.3检查截面属性、面、集合、载荷、边界条件和约束
3.3.4.重新划分网格’
3.3.5分析计算和后处理
3.4不同单元性能的比较
3.5本章小结。
第4章 ABAQUS的主要文件类型
4.1INP文件简介
4.2带孔方板实例的INP文件
4.3支架实例的INP文件
4.4修改和运行INP文件
4.4.1使用文本编辑软件修改INP文件
4.4.2使用EditKeywords功能来修改I:NP文件
4.5查看分析过程信息
4.5.1STA文件
4.5.2MSG文件
4.5.3DNI文件
4.6设置ABAQUS的运行环境
4.7本章小结
第5章 接触分析实例
5.1实例1:带孔方板的接触分析
5.1.1问题的描述
5.1.2创建部件
5.1.3定义装配件
5.1.4设置单元类型
5.1.5设置分析步
5.1.6定义接触
5.1.7定义边界条件和载荷
5.1.8提交分析作业
5.1.9后处理
5.1.10INP文件
5.2接触分析中的主要问题
5.2.1ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中的接触分析
5.2.2定义接触对
5.2.3有限滑移和小滑移
5.2.4设定接触面之间的距离或过盈量
5.2.5接触属性
5.2.6将接触信息输出至DAT文件
5.2.7迭代过程和MSG文件中的信息
5.2.8解决接触分析中的收敛问题
5.3实例2:过盈装配过程模拟
5.3.1问题的描述
5.3.2绘制二维平面图
5.3.3创建部件
5.3.4创建材料和截面属性
5.3.5定义装配件
5.3.6划分网格
5.3.7设置分析步
5.3.8定义接触
5.3.9定义边界条件
5.3.10提交分析作业
5.3.11后处理
5.3.12INP文件
5.4本章小结
第6章 弹塑性分析实例
6.1弹塑性分析中的主要问题
6.1.1弹塑性变形行为
6.1.2ABAQUS弹塑性分析的基本方法
6.1.3解决弹塑性分析中的收敛问题
6.2实例1:带孔平板的弹塑性分析
6.2.1问题的描述
6.2.2建模分析过程
6.2.3INP文件
6.3实例2:单向压缩试验过程模拟
6.3.1问题的描述
6.3.2创建部件
6.3.3创建材料和截面属性
6.3.4定义装配件
6.3.5划分网格
6.3.6设置分析步
6.3.7定义接触
6.3.8定义边界条件
6.3.9将压头参考点上的反作用力写入DAT文件
6.3.10提交分析作业
6.3.11后处理
6.3.12INP文件
6.4实例3:弯曲成形过程模拟
6.4.1问题的描述
6.4.2创建部件
6.4.3创建材料和截面属性
6.4.4定义装配件
6.4.5划分网格
6.4.6设置分析步
6.4.7定义接触
6.4.8定义边界条件
6.4.9提交分析作业
6.4.10后处理
6.4.11INP文件
6.5用子模型分析弯曲成形过程
6.5.1子模型的基本知识
6.5.2建立子模型(不重新划分网格)
6.5.3分析细化网格的子模型
6.5.4INP文件
6.6本章小结
第7章 热应力分析实例
7.1热应力分析中的主要问题
7.2实例1:带孔平板的热应力分析
7.2.1问题的描述
7.2.2建模分析过程
7.2.3INP文件
7.3实例2:法兰盘感应淬火的残余应力场模拟
7.3.1问题的描述
7.3.2创建部件
7.3.3定义材料、截面属J陛和装配件
7.3.4划分网格
7.3.5设置分析步
7.3.6定义集合和面
7.3.7定义温度场
7.3.8定义边界条件和载荷I
7.3.9提交分析作业
7.3.10后处理
7.3.11INP文件
7.4本章小结
第8章 多体分析实例
8.1多体分析的主要方法
8.1.1连接单元
8.1.2连接属性
8.1.3输出连接单元的分析结果
8.2实例l:圆盘的旋转过程模拟(刚体模型)
8.2.1问题的描述
8.2.2模型文件
8.2.3创建圆盘部件
8.2.4定义截面属性和装配件
8.2.5划分网格
8.2.6定义参考点和基准坐标系
8.2.7定义集合
8.2.8定义刚体约束
8.2.9定义连接属性和连接单元
8.2.10设置分析步和历史变量输出
8.2.1l定义边界条件
8.2.12提交分析作业
8.2.13后处理
8.2.14INP文件
8.3在多体分析中避免过约束
8.3.1多体分析中的过约束
8.3.2选择连接属性和边界条件
8.3.3圆盘旋转模型中的过约束I
8.4连接单元边界条件和连接单元载荷I
8.5连接单元行为
8.6圆盘的柔体模型
8.7实例2:抓斗机构的多体分析
8.7.1问题的描述
8.7.2建模要点
8.7.3模型文件
8.7.4创建支撑杆部件
8.7.5定义支撑杆的截面属性
8.7.6定义装配件
8.7.7划分网格
8.7.8定义基准坐标系和集合
8.7.9定义显示体约束和刚体约束
8.7.10定义连接属性和连接单元
8.7.1l设置分析步和历史变量输出
8.7.12定义边界条件
8.7.13提交分析作业
8.7.14后处理(支撑杆受刚体约束,不施加载荷)
8.7.15支撑杆的柔体模型
8.7.16后处理(支撑杆为柔体,施加载荷)
8.7.17INP文件
8.8本章小结
第9章 动态分析实例
9.1动态分析的主要方法
9.1.1振型叠加法
9.1.2直接解法
9.1.3比较ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit
9.2实例1:圆盘的频率提取分析
9.2.1问题的描述
9.2.2模型文件
9.2.3建模过程
9.2.4后处理
9.2.5INP文件
9.3实例2:圆盘的瞬时模态动态分析
9.3.1问题的描述
9.3.2定义瞬时模态动态分析步
9.3.3定义载荷
9.3.4提交分析和后处理
9.3.5INP文件
9.4实例3:圆盘的显式动态分析
9.4.1问题的描述
9.4.2定义材料阻尼
9.4.3定义显式动态分析步
9.4.4选择Explicit单元库
9.4.5重新定义载荷
9.4.6提交分析和后处理
9.4.7INP文件
9.5本章小结
第10章 复杂工程分析综合实例
10.1实例l:带预紧力螺钉的接触分析
10.1.1问题的描述
10.1.2创建部件
10.1.3创建材料和截面属性
10.1.4定义装配件
10.1.5修改节点坐标
10.1.6为螺钉划分网格
10.1.7定义接触和绑定约束(tie)
10.1.8定义分析步
10.1.9施加载荷
10.1.10定义边界条件
10.1.1l将接触力写入DAT文件
10.1.12提交分析作业
10.1.13后处理
10.1.14INP文件
10.1.15通过定义过盈接触模拟螺钉的预紧力
10.1.16接触分析中不同单元性能的比较
10.2实例2:带轮和轴承在不同温度下的极限与配合分析
10.2.1问题的描述
10.2.2旋转周期结构的建模
10.2.3创建部件
10.2.4创建材料和截面属性
10.2.5定义装配件
10.2.6划分网格
10.2.7定义分析步(输出重启动分析数据)
10.2.8定义各个面和接触关系
10.2.9定义温度场
10.2.10定义边界条件
10.2.11生成INP文件
10.2.12修改INP文件来定义旋转周期对称
10.2.13提交分析作业
10.2.14后处理
10.2.15INP文件
10.2.16重启动分析:140℃时的接触状况
10.3本章小结
第11章 常见错误信息和警告信息
11.1DAT文件中的错误信息和警告信息
11.1.1未注明实体名称(UnknownAssemblyID)
11.1.2文件中有空行
11.1.3关键词前没有星号
11.1.4关键词拼写错误(Ambiguous.KeywordDefinition)
11.1.5关键词的参数错误(UnknownParameter)
11.1.6关键词的数据错误
11.1.7标点符号错误
11.1.8关键词位置错误(KeywordIsMisplaced)
11.1.9没有为单元赋予截面属性(hckPropertyDefinition)
11.1.10过约束(OverconstraintChecks)
11.1.11材料塑性数据不符合格式要求
11.1.12重启动分析数据错误
11.1.13磁盘空间不足
11.1.14环境参数prememory设置得太小
11.2MSG文件中的错误信息和警告信息
11.2.1数值奇异(NumericalSingularity)
11.2.2零主元(ZeroPivot)和过约束(Overconstraint,Checks)
11.2.3负特征值(NegatjveEigenvalue)
11.2.4局部塑性变形过大
11.2.5接触的过盈量太大
11.2.6过多次迭代尝试(TooManyAttempts)
11.2.7时间增量步达到下限
11.2.8环境参数standard—memory设置得太小
11.2.9环境参数standard—memory设置得过大
11.3LOG文件中的错误信息
11.3.1环境参数prememory设置得过大
11.3.2用户子程序(tiselsubroutine)出现错误
11.3.3ABAO.us本身的缺陷(tmg)
11.4ABAQUS/CAE中的错误信息和警告信息
11.4.1不支持INP文件中的关键词
11.4.2不能为非独立实体设置网格参数
11.5本章小结
附录
附录A 中文索引
附录B 英文索引
附录C 本书实例中用到的单元类型
附录D 本书实例中用到的关键词(keyword)
附录E 本书实例中用到的ABAQUS/CAE功能
参考文献
前言/序言
ABAQUS 有限元分析实例详解(附光盘) 图书简介 随着现代工程设计与分析技术的飞速发展,有限元分析(FEA)已成为解决复杂力学问题不可或缺的工具。ABAQUS作为业界领先的通用有限元分析软件,以其强大的功能、严谨的理论基础和广泛的应用领域,赢得了全球工程师和科研人员的青睐。本书《ABAQUS有限元分析实例详解(附光盘)》正是为帮助广大用户深入理解和掌握ABAQUS软件的应用而精心编写的。本书旨在通过丰富的实例,系统性地阐述ABAQUS软件的功能模块、基本操作流程以及在各类工程问题中的应用方法,从而使读者能够快速上手,并独立完成实际工程分析任务。 本书内容涵盖了ABAQUS软件的各个核心层面,从基础的建模、材料定义、载荷施加,到进阶的分析设置、结果后处理,再到特定领域的复杂应用,均有详实的讲解和生动的案例。我们力求在提供理论知识的同时,更注重实践操作,通过“实例详解”的形式,引导读者一步步地完成分析过程,从而在实践中巩固理论,提升技能。 全书结构与内容亮点: 本书共分为十五章,循序渐进地引导读者掌握ABAQUS的使用。 第一章:ABAQUS入门与基础知识 本章将为初学者建立对ABAQUS软件的初步认知。我们将介绍ABAQUS软件的架构,包括其模型数据库、GUI界面、命令行操作等。重点阐述有限元分析的基本原理,例如单元类型、节点、网格划分、边界条件和载荷等基本概念。此外,还会介绍ABAQUS的求解器类型,包括静态分析、瞬态分析等,并简要说明不同分析类型的适用场景。本章的目的是帮助读者快速熟悉ABAQUS的工作环境,理解有限元分析的基本流程,为后续的学习打下坚实的基础。 第二章:ABAQUS实体建模基础 强大的模型是准确分析的前提。本章将深入讲解ABAQUS的实体建模功能。我们将详细介绍如何利用ABAQUS的内置建模工具创建几何模型,包括点、线、面、体的创建、布尔运算、阵列复制、倒角、抽壳等常用操作。同时,还会讲解如何导入外部CAD模型(如IGES、STEP格式),并对导入模型进行必要的修复和清理。通过丰富的案例,读者将学会如何高效、准确地构建用于有限元分析的几何模型。 第三章:ABAQUS网格划分技术 网格是有限元分析的“骨骼”。本章将聚焦ABAQUS的网格划分技术。我们将详细介绍不同类型的单元(如实体单元、壳单元、梁单元等)及其选择原则。重点讲解ABAQUS的网格划分策略,包括结构化网格和非结构化网格的生成方法,以及各种网格划分工具的使用,如扫掠网格、映射网格、自由网格等。同时,还会讲解网格密度控制、网格质量检查(如雅可比比、长宽比、扭曲度等)以及局部网格细化等高级技巧,以确保分析结果的精度和可靠性。 第四章:ABAQUS材料模型与属性定义 材料是影响结构行为的关键因素。本章将详细讲解ABAQUS中材料模型的定义与应用。我们将介绍ABAQUS提供的丰富材料模型库,包括线弹性材料、非线性材料(如塑性、粘塑性、弹塑性)、复合材料、各向异性材料、以及温度相关的材料模型等。对于每种材料模型,都会详细解释其基本假定、本构关系和常用的参数。读者将学会如何根据实际工程需求,选择和定义合适的材料属性,并进行相应的材料属性赋值。 第五章:ABAQUS载荷与边界条件施加 载荷和边界条件是模拟真实工程环境的关键。本章将系统讲解ABAQUS中载荷与边界条件的施加方法。我们将详细介绍各种载荷类型,如集中力、分布力、压力、温度载荷、重力、加速度等。同时,还会讲解边界条件的类型,如位移约束、旋转约束、对称约束、预应力约束等。重点讲解如何通过ABAQUS提供的工具,在模型上精确地施加各类载荷和边界条件,并对施加过程进行校验。 第六章:ABAQUS静态结构分析实例 静态结构分析是有限元分析中最基础也是最常用的分析类型。本章将通过多个经典实例,深入讲解ABAQUS静态结构分析的完整流程。我们将以简支梁受均布载荷、悬臂梁受集中力、平板的应力集中、圆孔薄板的应力分析等为例,详细演示如何完成从建模、网格划分、材料定义、载荷边界条件施加,到求解器设置、求解过程以及结果后处理的整个过程。读者将通过这些实例,掌握静态结构分析的基本方法和技巧。 第七章:ABAQUS瞬态动力学分析实例 动力学分析在考虑结构在时间变化载荷作用下的响应时至关重要。本章将聚焦ABAQUS的瞬态动力学分析。我们将介绍瞬态动力学分析的基本理论,包括质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵的建立,以及求解方法。通过实例,如受冲击载荷的杆件、振动的梁板等,详细演示如何进行瞬态动力学分析的设置,包括时间步长、积分方法等。读者将学习如何分析结构的动态响应,如位移、速度、加速度和应力随时间的变化。 第八章:ABAQUS热分析实例 热分析在许多工程领域都扮演着重要角色。本章将讲解ABAQUS的热分析功能。我们将介绍稳态热传导、瞬态热传导以及热-结构耦合分析。通过实例,如平板的稳态温度分布、受热膨胀的工件、热应力分析等,详细演示如何定义材料的热属性、施加温度载荷和边界条件,以及如何获取温度分布、热流密度和热应力等结果。 第九章:ABAQUS屈曲与后屈曲分析实例 屈曲失稳是结构设计中需要重点考虑的问题。本章将介绍ABAQUS的屈曲分析和后屈曲分析功能。我们将讲解线性屈曲分析的原理,以及如何计算结构的临界屈曲载荷和屈曲模态。在此基础上,我们将介绍后屈曲分析,它能够模拟结构在屈曲点之后的非线性响应,包括载荷-位移曲线、几何非线性等。通过实例,如受压杆件的屈曲分析、薄壳结构的屈曲分析,读者将掌握如何评估结构的稳定性。 第十章:ABAQUS接触分析实例 接触是许多工程问题中普遍存在的现象。本章将深入讲解ABAQUS的接触分析功能。我们将介绍接触的类型、接触算法、接触对的定义以及接触罚刚度等关键概念。通过实例,如螺栓连接的接触、滑动轴承的摩擦分析、齿轮啮合等,详细演示如何建立接触对,设置接触属性,并进行接触分析。读者将学会如何准确地模拟物体之间的相互作用。 第十一章:ABAQUS非线性材料分析实例 许多工程材料在载荷作用下会表现出显著的非线性行为。本章将专注于ABAQUS的非线性材料分析。我们将回顾第二章介绍的材料模型,并深入讲解如何定义和应用更复杂的非线性材料,如弹塑性材料、硬化模型、蠕变模型等。通过实例,如管道的塑性变形、金属材料的拉伸和压缩试验模拟、高分子材料的非线性行为分析,读者将掌握如何准确模拟材料的非线性响应。 第十二章:ABAQUS断裂力学分析实例 断裂力学是评估材料和结构在裂纹存在下的安全性的重要工具。本章将介绍ABAQUS在断裂力学分析中的应用。我们将讲解能量释放率、J积分、裂纹尖端张开位移(CTOD)等断裂判据,以及如何通过ABAQUS进行裂纹扩展分析。通过实例,如板裂纹的能量释放率计算、焊接结构的断裂韧性评估,读者将了解如何利用ABAQUS进行结构的安全评估。 第十三章:ABAQUS显式动力学分析实例 显式动力学分析适用于模拟高速碰撞、冲击、爆炸等瞬态动力学事件。本章将介绍ABAQUS的显式动力学求解器。我们将讲解显式动力学分析的特点、算法以及与隐式动力学分析的区别。通过实例,如车辆碰撞模拟、弹头侵彻分析、结构在爆炸载荷下的响应,读者将学习如何设置显式动力学分析,并理解其在高速动力学问题中的优势。 第十四章:ABAQUS高级应用与技巧 本章将介绍一些ABAQUS的高级应用和实用技巧,以帮助读者解决更复杂的问题。内容可能包括: 子模型技术: 用于对结构的局部区域进行高精度分析。 载荷集与边界条件集: 方便管理和应用复杂的载荷与边界条件。 自定义用户子程序(UMAT/VUMAT/UHYPER等): 实现ABAQUS内置材料模型无法满足的特殊材料行为。 结果的二次开发: 利用Python脚本对ABAQUS输出结果进行自动化处理和可视化。 模型检查与验证: 确保分析模型的正确性与结果的可靠性。 第十五章:ABAQUS二次开发与脚本应用 本章将引导读者探索ABAQUS的二次开发潜力。我们将介绍ABAQUS的Python脚本接口,演示如何利用Python脚本自动化建模、网格划分、求解设置、结果提取等操作,从而提高工作效率。此外,还会简要介绍用户子程序(User Subroutines)的概念及其在实现复杂材料模型、载荷或边界条件时的作用,为读者进一步深入研究提供方向。 光盘内容: 本书附带的光盘中包含了所有实例的ABAQUS输入文件(.inp)、模型文件(.cae)、分析结果文件(.odb)以及相关的源代码(如果涉及用户子程序)。这些文件将帮助读者直观地理解和复现书中的每一个实例,并可作为读者自行修改和扩展的基础。光盘中还可能包含一些辅助性的教程文件或参考资料,以供读者进一步学习。 本书适用人群: 工程技术人员: 机械、土木、航空航天、汽车、电子等领域的工程师,需要利用有限元分析解决实际工程问题。 高校学生: 学习机械工程、力学、材料科学等相关专业的本科生和研究生。 科研人员: 在相关领域进行科学研究,需要进行数值模拟的科研工作者。 ABAQUS初学者: 希望系统学习ABAQUS软件操作和应用方法的零基础用户。 总结: 《ABAQUS有限元分析实例详解(附光盘)》是一本集理论与实践于一体的ABAQUS学习宝典。通过详实的内容、丰富的实例和配套的光盘资源,本书将帮助广大用户掌握ABAQUS软件的强大功能,提升有限元分析能力,从而在复杂的工程实践中游刃有余。我们相信,本书将成为您学习和应用ABAQUS的得力助手。