ABAQUS 有限元分析從入門到精通, 3/e

陳海燕
畢業於北京航空航天大學，研究生學歷，高級工程師，業界資深CAE工程師。精通ABAQUS、ANSYS等CAE工程分析與應用軟件，擅長結構分析、力學建模、有限元仿真、系統優化等，從事相關工作近20年，先後在專業CAE項目諮詢公司、國有企業力學分析研究室、全球500強企業擔任重要職務，多年承擔國家及企業重要研發項目的有限元分析任務，擁有豐富的ABAQUS有限元分析經驗。

第1部分基礎知識
第1章ABAQUS概述 1
1.1 ABAQUS簡介 1
1.2 ABAQUS分析模塊 2
1.3 ABAQUS使用環境 4
1.3.1 啟動ABAQUS/CAE 5
1.3.2 ABAQUS的主窗口 5
1.3.3 ABAQUS/CAE 模塊 7
1.4 ABAQUS文件系統 9
1.5 ABAQUS幫助文檔 11
1.5.1 ABAQUS幫助文檔的內容 11
1.5.2 如何使用ABAQUS幫助文檔 12
1.6 快速入門實例 14
1.6.1 問題的描述 14
1.6.2 啟動ABAQUS 14
1.6.3 創建部件 14
1.6.4 創建材料和截面屬性 17
1.6.5 定義裝配件 18
1.6.6 設置分析步 19
1.6.7 定義邊界條件和載荷 20
1.6.8 劃分網格 22
1.6.9 提交分析作業 23
1.6.10 後處理 24
1.6.11 退出ABAQUS/CAE 26
本章小結 27

第2章前處理模塊 28
2.1 部件模塊和草圖模塊 28
2.1.1 在ABAQUS中創建部件 28
2.1.2 導入部件 31
2.1.3 模型的修復與修改 32
2.2 屬性模塊 34
2.2.1 定義材料屬性 34
2.2.2 創建和分配截面屬性 36
2.2.3 設置樑的截面屬性和方向 38
2.2.4 特殊設置菜單的功能 38
2.3 裝配模塊 40
2.3.1 創建部件實體 40
2.3.2 部件實體的定位 42
2.3.3 合併/剪切部件實體 45
2.4 分析步模塊 46
2.4.1 設置分析步 47
2.4.2 定義輸出 54
2.4.3 分析步模塊的其他功能 57
2.5 載荷模塊 58
2.5.1 定義載荷 59
2.5.2 定義邊界條件 63
2.5.3 設置預定義場 65
2.5.4 定義工況 67
本章小結 68

第3章相互作用定義 69
3.1 定義相互作用 69
3.1.1 接觸屬性的定義 69
3.1.2 接觸的定義 73
3.1.3 接觸控制的定義 79
3.1.4 接觸實例 79
3.2 定義約束 81
3.2.1 綁定約束 81
3.2.2 剛體約束 83
3.2.3 耦合約束 84
3.2.4 顯示體約束 85
3.3 定義連接器 86
3.3.1 定義連接器的截面屬性 87
3.3.2 創建連接器的特徵線 90
3.3.3 定義連接單元 92
本章小結 93

第4章劃分網格 94
4.1 定義網格密度對模型進行種子的設置與刪除 95
4.2 設置網格控制 99
4.2.1 選擇單元形狀 99
4.2.2 選擇網格劃分技術 100
4.3 設置單元類型 105
4.4 劃分網格 108
4.5 檢查網格 113
4.6 提高網格質量 114
4.6.1 劃分網格前的參數設置 114
4.6.2 編輯幾何模型 115
4.6.3 編輯網格模型 118
本章小結 121

第5章分析和後處理 122
5.1 分析作業模塊 122
5.1.1 創建和管理分析作業 123
5.1.2 創建和管理網格自適應過程 127
5.2 可視化模塊 129
5.2.1 顯示無變形圖和變形圖 129
5.2.2 顯示雲圖 135
5.2.3 顯示向量/張量符號圖和材料方向圖 142
5.2.4 顯示剖面圖 145
5.2.5 顯示XY圖表 147
5.2.6 輸出數據表格 154
5.2.7 顯示動畫 155
本章小結 158

第二部分應用實例分析
第6章結構靜力學分析 159
6.1 結構靜力學分析簡介 159
6.1.1 靜力學分析的特點 160
6.1.2 靜力學分析的步驟 160
6.2 桁架結構靜力分析 160
6.2.1 問題描述 161
6.2.2 問題分析 161
6.2.3 inp文件 167
6.3 軸對稱結構靜力分析 167
6.3.1 軸對稱結構的特點 168
6.3.2 軸對稱結構分析要素 168
6.3.3 壓力容器應力分析實例 168
6.4 彈性體的五個基本假設 176
6.5 如何書寫inp文件 177
6.5.1 inp文件的組成和結構 177
6.5.2 書寫inp文件的語法和規則 178
6.5.3 從外存儲器中引入模型或者歷史數據 180
6.5.4 舉例 180
6.5.5 文件的執行 185
6.5.6 文件的類型介紹和常用指令 185
本章小結 190

第7章接觸問題分析 191
7.1 非線性問題分類 191
7.2 圓片與平板的接觸分析 192
7.2.1 問題描述 192
7.2.2 創建部件 193
7.2.3 創建材料和截面屬性 193
7.2.4 定義裝配件 194
7.2.5 劃分網格 194
7.2.6 設置分析步 194
7.2.7 定義接觸 195
7.2.8 定義邊界條件和載荷 196
7.2.9 提交分析作業 197
7.2.10 後處理 197
7.2.11 inp文件 198
7.3 接觸分析中需要注意的問題 198
7.3.1 ABAQUS/Standard、ABAQUS/Explicit中的接觸分析 199
7.3.2 定義接觸對 199
7.3.3 小滑移和有限滑移 200
7.3.4 定義接觸屬性 201
7.3.5 設定接觸面之間的距離或過盈量 201
7.3.6 將接觸信息輸出至dat文件 203
7.3.7 迭代過程和msg文件中的信息 204
7.3.8 解決接觸分析中的收斂問題 206
7.4 過盈裝配過程模擬 211
7.4.1 問題描述 211
7.4.2 問題分析 212
7.4.3 繪製平面圖 212
7.4.4 創建部件 213
7.4.5 創建材料和截面屬性 214
7.4.6 定義裝配件 214
7.4.7 劃分網格 214
7.4.8 設置分析步 214
7.4.9 定義接觸 215
7.4.10 定義邊界條件 218
7.4.11 提交分析作業 219
7.4.12 後處理 219
7.4.13 inp文件 221
本章小結 221

第8章材料非線性分析 223
8.1 材料非線性分析中的常見問題 223
8.1.1 塑性 223
8.1.2 超彈性 226
8.1.3 黏彈性 227
8.2 矩形截面簡支樑的彈塑性分析 227
8.2.1 問題描述 227
8.2.2 問題分析和求解 228
8.2.3 inp文件 230
8.3 單向壓縮試驗過程模擬 230
8.3.1 問題描述 231
8.3.2 問題分析和求解 232
8.3.3 inp文件 237
8.4 橡膠墊圈的受壓分析 237
8.4.1 問題描述 237
8.4.2 問題分析和求解 238
8.4.3 inp文件 248
本章小結 248

第9章結構動力學分析 249
9.1 動力學分析簡介 249
9.1.1 動力學有限元法的基本原理 249
9.1.2 動力學分析的類型 251
9.2 結構模態分析 252
9.2.1 進行模態分析的功能 252
9.2.2 模態分析的步驟 252
9.2.3 固定機床的振動模態分析 253
9.3 瞬態動力學分析 262
9.3.1 瞬態動力學分析的原理 262
9.3.2 鋼球對鋼板的侵徹模擬分析 263
本章小結 277

第10章熱應力分析 278
10.1 熱應力分析簡介 278
10.1.1 熱應力分析的基本原理 279
10.1.2 熱應力分析中的主要問題 280
10.2 帶孔平板的熱應力分析 281
10.2.1 問題描述 281
10.2.2 問題分析和求解 282
10.2.3 inp文件 287
10.3 剎車盤熱應力分析 288
10.3.1 問題描述 288
10.3.2 問題分析和求解 288
10.3.3 inp文件 300
本章小結 300

第11章多體系統分析 302
11.1 多體系統分析簡介 302
11.2 ABAQUS的連接單元和連接屬性 303
11.2.1 連接單元邊界條件和連接載荷 303
11.2.2 連接單元行為 304
11.2.3 ABAQUS的連接屬性 305
11.2.4 基本連接屬性 306
11.2.5 組合連接屬性 309
11.3 矩形螺旋槳旋轉過程模擬 311
11.3.1 問題描述 312
11.3.2 問題分析和求解 312
11.3.3 inp文件 321
11.4 多體系統分析要注意的問題 321
11.4.1 多體系統分析中的過約束 321
11.4.2 選擇連接屬性和邊界條件 322
11.5 雙萬向聯軸器機構分析 322
11.5.1 問題描述 323
11.5.2 問題分析 323
11.5.3 inp文件 331
本章小結 331

第12章顯式非線性動態分析 332
12.1 ABAQUS/Explicit適用的問題類型 332
12.2 動力學顯式的有限元方法 333
12.2.1 顯式時間積分 334
12.2.2 隱式和顯式分析的比較 335
12.3 應力波在棒中傳播的分析 336
12.3.1 問題描述 336
12.3.2 問題分析 336
12.3.3 ABAQUS/CAE求解過程 336
12.3.4 inp文件 349
12.4 水中圓桶在爆炸衝擊下的響應分析 349
12.4.1 問題描述 350
12.4.2 問題分析和求解 350
12.4.3 inp文件 362
本章小結 362

第13章多步驟分析 364
13.1 分析過程 364
13.1.1 分析過程的分類 364
13.1.2 一般分析步 365
13.1.3 線性攝動分析 366
13.2 管道系統的振動 369
13.2.1 問題描述 369
13.2.2 問題分析和求解 370
13.2.3 重啟動分析 378
13.2.4 創建重啟動分析模型 379
13.3 金屬板成型模擬分析 382
13.3.1 問題描述 383
13.3.2 問題分析和求解 384
13.3.3 inp文件 399
本章小結 399

第14章用戶子程序 400
14.1 用戶子程序接口概述 400
14.1.1 用戶子程序的功能和優點 400
14.1.2 在ABAQUS中使用用戶子程序 401
14.1.3 用戶子程序詳解 401
14.2 ABAQUS用戶子程序 406
14.2.1 ABAQUS/Standard中的用戶子程序 407
14.2.2 ABAQUS/Explicit中的用戶子程序 409
14.3 ABAQUS中調用用戶子程序 410
14.3.1 問題描述 410
14.3.2 問題分析和求解 411
14.3.3 inp文件 421
14.3.4 UMAT子程序 421
14.4 單向壓縮試驗有限元模擬 422
14.4.1 問題描述 422
14.4.2 問題分析和求解 423
14.4.3 inp文件 429
14.4.4 UMAT的Fortran程序 429
本章小結 434

第15章複雜工程分析 435
15.1 工程鉸接結構的分析模擬 435
15.1.1 問題描述 435
15.1.2 問題分析和求解 435
15.1.3 inp文件 451
15.2 鈑金成型過程的分析模擬 452
15.2.1 問題描述 452
15.2.2 問題分析和求解 453
15.2.3 inp文件 467
本章小結 467

附錄A 錯誤信息和警告信息總匯 468
A.1 DAT文件中的錯誤信息和警告信息 468
A.1.1 文件中有空行 468
A.1.2 未註明實體名稱 469
A.1.3 關鍵詞拼寫錯誤 470
A.1.4 關鍵詞前沒有星號 470
A.1.5 關鍵詞的數據錯誤與警告 470
A.1.6 關鍵詞的參數錯誤 471
A.1.7 標點符號錯誤 471
A.1.8 關鍵詞位置錯誤 472
A.1.9 沒有為單元賦予截面屬性 473
A.1.10 過約束 473
A.1.11 重啟動分析數據錯誤 473
A.1.12 材料塑性數據不符合格式要求 473
A.1.13 環境參數pre_memory設置 474
A.1.14 磁盤空間不足 475
A.2 MSG文件中的錯誤信息和警告信息 475
A.2.1 負特徵值 475
A.2.2 零主元 476
A.2.3 數值奇異 476
A.2.4 接觸的過盈量太大 476
A.2.5 過多次迭代嘗試 477
A.2.6 局部塑性變形過大 477
A.2.7 時間增量步達到下限 478
A.2.8 環境參數standard _ memory設置問題 478
A.3 LOG文件中的錯誤信息 478
A.3.1 用戶子程序出現錯誤 479
A.3.2 ABAQUS本身的缺陷 479
A.3.3 環境參數pre_memory設置得過大 479
A.4 ABAQUS/CAE中的錯誤信息和警告信息 480
A.4.1 不能為非獨立實體設置網格參數 480
A.4.2 不支持inp文件中的關鍵詞 480