ABAQUS入門使用手冊

ABAQUS使用手冊周若未

ABAQUS入門使用手冊?…23頁

ABAQUS簡介：ABAQUS是一套先進(jìn)的通用有限元程序系統(tǒng)，這套軟件的

目的是對固體和結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析，而我們將其用于材料的計(jì)算

機(jī)模擬及其前后處理，主要得益于ABAQUS給我們的ABAQUS/Standard及

ABAQUS/Explicit通用分析模塊。

ABAQUS有眾多的分析模塊，我們使用的噗塊主要是ABAQUS/CAE及

Viewer,前者用于建模及相應(yīng)的前處理，后者用于對結(jié)果進(jìn)行分析及處理。下面將

對這兩個(gè)模塊的使用結(jié)合本人的體會(huì)做一些具體的說明：

一.ABAQUS/CAE

CAE模塊用于分析對象的建模，特性及約束條件的給定，網(wǎng)格的劃分以及數(shù)

據(jù)傳輸?shù)鹊龋浜诵挠善邆€(gè)步驟組成，下面將對這七個(gè)步驟作出說明：

1.PART步

(1)Part-*Creat

ModelingSpace:①3D代表三維②2D代表二維③Aaxisymmeiric代表軸對稱，這

三個(gè)選項(xiàng)的選定要視所模擬對象的結(jié)構(gòu)而定。

Type:?Deformable為一般選項(xiàng)，適合于絕大多數(shù)的模擬對象。?Discreterigid

和Analyticalrigid用于多個(gè)物體組合時(shí)，與我們所研究的對象相關(guān)的物體上。

ABAQUS假設(shè)這些與所研究的對象相關(guān)的物體均為剛體，對于其中較簡單的剛

體，如球體而言，選擇前者即可。若剛體形狀較復(fù)雜，或者不是規(guī)則的幾何圖形,

那么就選擇后者。需要說明的是，由于后者所建立的模型是離散的，所以只能是

近似的，不可能和實(shí)際物體一樣，因此誤差較大。

Sh叩c中有四個(gè)選項(xiàng)，其排列規(guī)則是按照維數(shù)而定的，可以根據(jù)我們的模擬對象

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確定。

Type:①Extrusion用于建立一般情況的三維模型②Revolution建立旋轉(zhuǎn)體模型③

Sweep用于建立形狀任意的模型。

Approximatesize:在此欄中設(shè)定作圖區(qū)的大致尺寸，其單位與我們選定的單位一

致。

設(shè)置完畢，點(diǎn)擊Continue進(jìn)入作圖區(qū)。

(2)Part-*Creat-*Continue

這時(shí)，使用界面左側(cè)的工具欄便可以作出點(diǎn)、線、面以組成我們所需要的圖形。

至此，PART步的基本功能及作用介紹完畢。當(dāng)然，PART首界面中還有其他幾

個(gè)欄目，如SHAPE選項(xiàng)用于構(gòu)造較復(fù)雜的物體形狀，F(xiàn)EATURE和TOOL為一

般性工具，將在以后作介紹，在此不在熬敘。

2.PROPERTY步：在此步中賦予研究對象的力，熱，化及材料本身的性能。

(1)Material-*creat

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FieMooeCanvasVe*?M?er?SecQonPraHeSkh"夕伊Fe?ureToofeHe0

Pl"13gl—?Q二qitlE目魚i匕1V

VIPart|r?t-*jj

Name?

"Coantinue.|Canc?

8H

lsa

*

…L

(2)Matcrial^crcat->continue

XABAQUS/CAEVersion

FileModelCanvasViewMaterialSectionProfileSkinAssignFeatureToolsHelp

□WE)目+eHIMII電目自?0i3①°oER?

Module:|Proper

、、Editlaterial

Name:steel

F4atenaJOptioiKs

GeneralMechanical|ThermalOther

gastlc

Plasticity

Hyperelastic

DeformationPlasticity

Hyperfoam

Damping

Hypoelastic

Expansion

PorousElastic

Viscoelastic

Anewmode：

Th?nodal1

■:;開始>..!xe??d\ABAQVS/CAIV?rs，3AMfiUS使用手冊一TJAHAOTSC*1耳未金名-西的

可以根據(jù)需要對上面框圖的選項(xiàng)進(jìn)行選擇，如選擇Machanical-*Elasticity

Elastic表示材料為彈性材料，其選擇結(jié)果如下：

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FieMOMC皿asViewMtfertaiSectionPdfceSSA-sFeatureToo怪Heg

/CTZ3/7\IO

Typelyotropic二J

」Usetemper?ure-dependere㈤a

Numberal1eidvariables:

Moouitxnescale(torvhcoeiastlcity)Lono-trw

Anewnode】

Th0BOd?l?

Suboption:用于當(dāng)材料斷裂時(shí)，對其斷裂處的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行限制，當(dāng)應(yīng)力應(yīng)變達(dá)

到所給定值時(shí)，即斷裂。

Long-lime:其中有兩個(gè)選項(xiàng)，分別用于材料受到持續(xù)力和瞬時(shí)力作用的兩種情況。

DATA：此處輸入材料給定的楊氏模量和泊松比的值。其單位與先前給定的單位

定義完物體的材料特性，接下來就要選擇這種材料所對應(yīng)的物體了。

(3)Section-*Creat

口例(3己小。H3因11落！國縣?i(3J.④％國v

Modde[PrecertyT；Ko<kl-l▼,Part,U

-4-

ABAQU5使用手舟------周若來

首先，可以用上述命令創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體。將其命名為Plane.

Category:可以根據(jù)所研究對象的形狀確定這四個(gè)選項(xiàng)。

Type:(f)Homogeneous:適用于組成材料分布且變形均勻的物體,包括平面應(yīng)力。多

用于線性。②Generalizedplanestrain:多用于材料的不均勻形變，例如角應(yīng)變。多

用于非線性材料。

(4)Section-^Creat->continue

執(zhí)行上述命令后，便出現(xiàn)了EditSection對話框。

Material:此選項(xiàng)已經(jīng)在前面定義，對于單個(gè)研究對象而言，不需要在進(jìn)行額外的

選擇。

Planestress/strainUiickness:此選項(xiàng)應(yīng)根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的實(shí)際厚度來定。對于平面應(yīng)

力，一般選取物體的實(shí)際厚度。對于平面應(yīng)變，一般選取力沿著物體作用方向的

實(shí)際長度。

我們現(xiàn)在已經(jīng)定義了物體的材料特性，同時(shí)也定義了所選取的研究對象，接下來

我們將把已經(jīng)定義了的物體的材料特性賦予我們的研究對象。

(5)Assign—Section

FieMoMCanvasViewMaterialSectionPdkeSkhAssimFeetureToohHeQ

-J-

n

-5-

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進(jìn)行了上述選擇后，點(diǎn)擊DONE按紐，就OK了。

至此我們己經(jīng)完成了給研究對象賦予其材料特性的任務(wù)了。由于我們是以一個(gè)平

面應(yīng)力的金屬薄板作為研究對象，所以PROPERTY步中還有一些子選項(xiàng)沒有使

用，在此作簡要的介紹。

Profile:適用于研究對象為桿的情況，在此可定義與桿的截面有關(guān)的各種信息，比

如橫截面的形狀，面積，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等等。如下圖所示。

Skin:適用于研究對象為三維或軸對稱的情況。前者用于面，后者用于邊。Skin

的用途在于可以在三維物體的某一個(gè)面或者是軸對稱物體的一條邊上skin附上

一層皮膚，這種皮膚可以是異于物體原來的材料（如鋁等）的各種其他材料，在

Crcat之前，首先要按照上面所講的步驟再定義一個(gè)或多個(gè)Material和Section,

然后才能執(zhí)行Creatskin命令。為了定義skin,在定義Section的時(shí)候必須選擇

Shell（必須是均勻的）,Membrane或者Gasket這些適合于skin的類型。一般來講，

定義完成skin以后，在大多數(shù)情況下，不能直接從Viewpoint里直接選取skin

面，這時(shí)就需要執(zhí)行Toolfset命令，選取所需要的skin面作為set。從而點(diǎn)擊右

下方的set即可選取所需要的skin面。需要注意的是，如果將shell,membrane或

gasket單元賦給skin,那么在Mesh步中就必須對應(yīng)的賦予其shell,membrane或

gasket單元。另外，對于三維物體，在Mesh步中可以產(chǎn)生面和線單元以對其進(jìn)

行網(wǎng)格劃分，對于軸對稱物體也是類似的。當(dāng)我們對三維物體的面和線進(jìn)行劃分

時(shí)，位于其上方的皮膚加強(qiáng)層也相應(yīng)的被網(wǎng)格剖分了，而不能單獨(dú)的對皮膚加強(qiáng)

層進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

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Offset:該選項(xiàng)可以對皮膚附加邊和皮膚附加面進(jìn)行定位，Offset值可以為正，也

可以為負(fù)。例如，在殼體和軸對稱物體中應(yīng)用負(fù)的Offset值，表明其上的皮膚邊

被定位；在實(shí)體中應(yīng)用負(fù)的Offset值，則表明皮膚層被實(shí)體所包含。

在PART和PROPERTY步中，我們建立了所研究對象的模型，并且賦予了其材

料特性。注意到整個(gè)過程是在局部坐標(biāo)系下進(jìn)行，這對于由單一形狀構(gòu)成的模型

尚可，但對于由多個(gè)部分構(gòu)成的物體來說，其中的每個(gè)部分都具有其獨(dú)立的局部

坐標(biāo)系，為此，我們必須將其劃歸到一個(gè)統(tǒng)一的整體坐標(biāo)系中，使其成為一個(gè)整

體。

3.ASSEMBLY步：統(tǒng)一坐標(biāo)系

執(zhí)行Instance-*Create

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點(diǎn)擊OK即可。下面簡單介紹一下Instance的其他幾個(gè)命令和Constraint用法。

Create:用于將所選的部分置于全局坐標(biāo)系下。

Translate:用于剛體的平行移動(dòng)，移動(dòng)的距離通過坐標(biāo)來選定。

Rotate:將所選的物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

Replace:用于組成對象的各個(gè)部分之間的相互轉(zhuǎn)換。

ConvertConstraints:重新定位所選的部分。

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Constraint命令適合于物體的組成部分多于一個(gè)的情況。用于各個(gè)部分之間的定

位。在此不祥述。

4.STEP步：用于定義分析的步驟，可以是一步，也可以是多步，視具體情況而

定。同時(shí)給出輸出要求，Step分為initial,step-1,step-2淇中initial為ABAQUS

自動(dòng)給出，其余為作者自定義。在上述例題中，我們給出一個(gè)分析步：initial中

賦予邊界條件，step-1中賦予集中力荷載。如下所示：

(1)Step-*Creat

口日p曰eRs0ties?仔仔UB臂i-

ModUe：[vcp—VMoacrjstep8czm

Proceduretype:①General:全稱為Generalnonlinearperturbation,與Linear

perturbation相對應(yīng)。此分析步定義了一個(gè)連續(xù)的事件，即前一個(gè)General步的結(jié)

束是后一個(gè)General步的開始。②Linearperturbation:此分析步定義了在General

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nonlinear步結(jié)束時(shí)的一個(gè)線性擾動(dòng)響應(yīng)。

在沒有線性繞動(dòng)的情況下，一般選擇General步。由于是靜態(tài)問題，此處下選static,

general.

點(diǎn)擊continue進(jìn)入編輯狀態(tài)。

WodUe:33PjjMmSetjJSlefK』yl

在Basic欄中，定義了時(shí)間步長，并用文字對此步進(jìn)行了描述。Nigcom狀態(tài)由

物體的形變或位移大小而定。在靜態(tài)問題中，一股為小位移形變，ABAQUS的

默認(rèn)值為OFF；在動(dòng)態(tài)問題中，一般形變較大，默認(rèn)值為ON。其后的兩個(gè)復(fù)選

框均用于熱傳遞，在此不作敘述。

口金◎己日昌聞。日①乙口*

MOdU*耳卜因品.『/?："TSWp|Initial苗

OK]Cancel]

Incremenlalion欄中，通過選擇增量尺寸來確定所輸出的禎（frame）的數(shù)量。增

量的尺寸越小，所輸出的禎的數(shù)量就越多；顯然，禎的數(shù)量不能無限的多，可以

通過Maximumnumberofincrements選項(xiàng)來確定禎的最大值。ABAQUS/CAE給

出了增量尺寸的最小值1。005,如果出現(xiàn)結(jié)果不收斂的情況，可以減少增量尺寸

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的最小值。另外，為了避免結(jié)果不收斂的情況，可以通過選擇Atomatic選項(xiàng)讓

系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)增量尺寸。有的時(shí)候，在確保所選的增量尺寸能夠收斂的情況下,

選擇Fixed,這樣可以加快系統(tǒng)運(yùn)算速度，減少內(nèi)存，但此項(xiàng)一般不建議使用。

由于我們將要給物體加載集中力，由于我們把加載的過程分成了100步，所以加

載力從第一步開始由零遞增。因此，在Defaultloadvariationwithtime欄中，選

擇后者。前者代表加載力為瞬時(shí)力。另外，在首項(xiàng)中還可以設(shè)置求解器類型，

般情況下，我們選擇系統(tǒng)默認(rèn)的求解器。

(2)Output-*FieldOutputRequests—Create:創(chuàng)建一個(gè)輸出要求。

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ABAQU5使用手舟-----周若來

Domain:選擇wholemodel代表將整個(gè)模型的場數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫中，

選擇Setname代表將所選定的已經(jīng)命名區(qū)域的場數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫

中，選擇Boltloadname代表將已命名的螺栓荷載的場數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)輸出到數(shù)

據(jù)庫中。

OutputVariable:可以輸出應(yīng)力，應(yīng)變，位移等變量。

Usedefaults:將系統(tǒng)默認(rèn)的截面點(diǎn)的場數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫中，此時(shí)的系統(tǒng)默認(rèn)值

即為在PROPERTY步中定義的截面點(diǎn)。

Specify:將自定義的截面點(diǎn)的場數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)庫中，自定義的截面點(diǎn)只能用于

已選擇的輸出要求中（如上述stresses,strains,displacenient/velocity/acceleration中

的被選項(xiàng)），而對于其中的未選項(xiàng)仍使用默認(rèn)的截面點(diǎn)。

Saveoutputat:用于定義結(jié)果的輸出?頻率。

設(shè)置完畢，點(diǎn)0K鍵。

至此，step設(shè)置完成。主菜單中的Other選項(xiàng)只適用于ABAQUS顯示分析

（Explicit）,例如象沖擊和爆炸這樣短暫、瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)事件。前兩項(xiàng)主要是選擇一

個(gè)區(qū)域，適時(shí)改變其網(wǎng)格劃分，以適合沖擊和爆炸這樣短暫、瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)事件。

第三選項(xiàng)也只適用于ABAQUS顯示分析（Explicit）,用于對接觸進(jìn)行控制。最后

一項(xiàng)用于設(shè)置各種參數(shù)，一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)值，不需要改變其值。

5.INTERACTION步：用于組成物體的各個(gè)部分之間的交互。這里引用的例子

是單個(gè)金屬板的平面應(yīng)力，故不使用交互命令。只作簡單的介紹。

通過INTERACTION步我們可以做以下幾件事：①定義一個(gè)模型的各個(gè)區(qū)域之

間或模型的一個(gè)區(qū)域與其周圍區(qū)域之間的力學(xué)和熱學(xué)的交互特性（接觸特性，傳

動(dòng)特性等）②定義一個(gè)模型的各個(gè)區(qū)域之間的關(guān)聯(lián)性（如錢結(jié)等）③定義一個(gè)模型

的兩個(gè)點(diǎn)之間或模型的一個(gè)點(diǎn)與地面之間的聯(lián)結(jié)痔性。

（1）interaclionfproperlyfcreate（定義交互特性）

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IAQnS/CAEVersion6.3-1-lodclDatabuse:C:\TEIP1J?l2S

FileModelCanvasView[nteractbnConstraintConnectorFeatureToolsHelp

6多口呂+e蝮AMii=?0i3?°DS而

Module：|InteractionjjModel：|Nodel-lJjStep：|Initialjj

Viewport:1Model:ModeG1Step:IniUai

>、CreateInteractionPropertyIxJ

0Name:|contact!

Type

Filmcondition

□alActuator/sensor

SContinue...ICancel

R

3

l

Applicationrestartedafter90minutesofidletime;thelicensewillbecheckedwithinthenext3minutes.

Th?interactionproperty"IntProp-1?'hasbooncraatod.

口多胃鳥座目昌?0i3①°DGR?

Module：(interactionV]Model：|KodeL-l▼IStep：|Initial

Applicatiorwillbecheckedwithinthenext3minutes.

Th。intera<

開始使用手冊..**7?Dyn.Tat3Il-P*BMUSCAE\ABAQVS/CAIV?rsuW，￡1052

Contact:①M(fèi)echanica上TangentialBehavior用于定義區(qū)域之間的摩擦和彈性滑動(dòng)

（系數(shù)）；NormalBehavior用于定義垂直方向的接觸狀況（硬接觸，軟裝觸

等）;Damping用于定義區(qū)域之間的阻尼系數(shù)（動(dòng)態(tài)）.②Thermal:用于定義區(qū)域之間

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的熱學(xué)交互包括(熱傳導(dǎo)，放熱，熱輻射等).

FilmCondition:用于定義溫度場及其他場的表面散熱系數(shù)，僅適用于薄膜表面的

情況。

Actuator/sensor：用于定義區(qū)域之間的傳動(dòng)和傳感特性。

定義完交互特性，接下來就要?jiǎng)?chuàng)建交互了。

(2)Interaction-*Create

Surface-to-suefacecontact:用于創(chuàng)建兩個(gè)可變形面之間或一個(gè)可變形面與一個(gè)剛

度面之間的交互。

Sefconlaci:用于創(chuàng)建位于一個(gè)獨(dú)立面內(nèi)的兩個(gè)不同面積之間的交互。

Elasticfoundation:是一種便捷的設(shè)置交互方式，只能在initial步中設(shè)定，一旦設(shè)

定，則在以后的step中交互特性均為彈性，而不再需要對其交互細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)置,

也不需要進(jìn)行重復(fù)設(shè)置。

當(dāng)然，如果組成模型的各個(gè)部分是緊密相連的，就需要使用Connector復(fù)選框了。

Connector復(fù)選框是和Interaction復(fù)選框并列的，創(chuàng)建方式也與其類似，即先定

義聯(lián)結(jié)特性，再創(chuàng)建聯(lián)結(jié)。在此不再詳細(xì)敘述。

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一舊|x

FileModelCanvasViewInteractionConstraintConnectorFeatureToolsHelp

□日6J呂又Mil蹙目昌?0l3①R?

Module：|InteractionModel：|ModeL-lVjStep:IInitial

Viewport:1Model:Model-1Step:IniUai

4*]><]AnouttheCreateConstraintd?alog

ThemodeldatabaseHC:\TEMP\nl.cae"hasbeenopened.

滅始3AKMVS使用手冊rO(yn<T?t3.1.1pABWUSC應(yīng)\ABAAV5/CAEVtr

Constrain:這里的Constrain與Assembly步中的Constrain有所不同，前者限制了

模型分析的自由度，而后者僅僅限定了模型中各個(gè)部分的相對位置，前者是對后

者進(jìn)一步的限制。

①Tie:用于定義兩個(gè)獨(dú)立面之間的連接，使它們之間沒有相對移動(dòng)。Tie命令可

以使兩個(gè)區(qū)域緊密的融合在一起，甚至可以連接兩個(gè)網(wǎng)格劃分截然不同的區(qū)

域。

②Rigidbody:通過選定一個(gè)參考點(diǎn)和集合中的一個(gè)區(qū)域，從而限定這個(gè)區(qū)域與

參考點(diǎn)之間的相對位移，但在整個(gè)分析過程中，集合中各區(qū)域之間的相對位

置保持不變。

③DisplayBody:這種類型的限制適用于在力學(xué)和多體動(dòng)態(tài)問題中剛體之間經(jīng)由

聯(lián)結(jié)(connector)交互的情況。具體的例子見ABAQUS/CAEUsersManual

24.2.1

④Coupling:用于限制一個(gè)面相對于一個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。

⑤Equation:用系數(shù)和各結(jié)點(diǎn)自由度組成的等式進(jìn)行限制，如下所示：

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Anequationisdefinedbyspecifyingitsterms,

whichconsistofacoefficientappliedtoadegree

offreedomofeverynodeintheset.

Forexample,todefinetheequation

Set1:DOF3-Set2:DOFl+2*Set3:DOF3=0

youwouldenterthesevaluesinthetable:

CoefficientSesDOFCSVSID

1Sezl3(global)

-1Sez21(global)

2Sec3312

Thefirstsetmayhaveoneormorepoints/nodes;the

secondandallsubsequentsetsmusthaveonlyonemember.

Theuseoflocalcoordinatesystemsisoptional.Tomakethe

coordinatesofonetermappearintheequationinalocal

system,entertheIDofthatsysteminthelastcolumn.

Select"Tools->Query->Feature"tofindaCSYSID.

下面將進(jìn)行的是邊界條件和力的加載。

6.LOAD步：加載邊界條件和力

(I)BCfCreale:首先在initial步中創(chuàng)建邊界條件。

相應(yīng)于Mechanical欄，總共有七種可供選擇的邊界條件類型。

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Symmetry/Anlisymmetry/Encastre:此選項(xiàng)給出了對稱，反對稱，較接，固結(jié)等四

種邊界條件的設(shè)定情況。可以根據(jù)具體的約束情況進(jìn)行選擇。

Displacement/Rotation:其功能與上述命令的功能大致相同，但除了上述功能外，

還適用于非對稱的情況。例如有些約束只需要限定其中的一個(gè)或兩個(gè)自由度，在

這種情況下，就只能使用Displacement/Rotation命令了。若是要改變約束所在的

坐標(biāo)系統(tǒng)，單擊位于CSYS右側(cè)的EDIT按鈕，在右下方的LIST欄中選擇一個(gè)

預(yù)先定義的坐標(biāo)系，或者直接從viewpoint中選擇坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的默認(rèn)值是

GLOBALo

Velocity/AngularVelocity:用來為你所定義的區(qū)域結(jié)點(diǎn)的自由度提供速度或角速

度。同樣，如果想改變約束所在的坐標(biāo)系，如上所示選擇所需要的坐標(biāo)系。，此

時(shí)在編輯菜單中會(huì)出現(xiàn)Distribution,點(diǎn)擊此命令右側(cè)的箭頭，就會(huì)出現(xiàn)Uniform

和User-defined兩個(gè)復(fù)選項(xiàng)，前者定義了一個(gè)均布的邊界條件，后者則表示可在

用戶子程序DISP中定義邊界條件。

Acceleration/AngularAcceleration:用來為你所選定的區(qū)域結(jié)點(diǎn)的自由度提供加速

度或角加速度。其他與上類似。

以上三個(gè)選項(xiàng)適用于模型各部分之間無聯(lián)結(jié)的情況，而對于各個(gè)部分通過較接，

固結(jié)等方式連接起來的模型，則需要使用Connectordisplacement.Connector

Velocity以及ConnectorAcceleration這三個(gè)選項(xiàng)了，其功能與上述三個(gè)基本類似,

在此不再敘述。

在平面應(yīng)力問題中，通過對邊界條件的選擇，我們限定了三個(gè)結(jié)點(diǎn)，如下圖所示:

當(dāng)然，BC復(fù)選框還可以定義聲學(xué)，電學(xué)等不同形式的邊界條件、在此只做出說

明。

我們已經(jīng)在initial步中定義了模型的邊界條件，下面我們將在step-1中定義荷載。

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在此，我們僅介紹力學(xué)加載（Mechanical）,在所有的13種加載類型中，也僅介紹幾

種常用荷載，以供大家參考。

Concentratedforce:代表集中力，其表示方法有CF1,CF2,CF3,分別表示三個(gè)

方向的力。

Moment:代表力矩，其表示方法有CM1,CM2,CM3,分別表示三個(gè)方向的力矩

值。

Pressure:有兩種類型的壓力，可以在此后的Distribution選項(xiàng)中進(jìn)行選擇。選擇項(xiàng)

中Uniform代表等壓力，Hydrostatic代表靜水壓力。

PipePressure:用于定義管狀或肘狀模型中的內(nèi)外壓強(qiáng)。在其中還可以定義管的類

型（封閉管還是通管），也可以定義壓強(qiáng)的類型（等壓還是靜水壓力），在此不詳

述。

Bodyforce:用于定義單位體積的受力。

Lineload:用于定義單位長度的受力。

Graviiy:用于定義一，個(gè)同定方向的加速度。通過在GravityLoad中所鍵入的加速

度值以及先前所定義的區(qū)域的材料密度，ABABQUS可以計(jì)算出施加在這個(gè)區(qū)域

中的荷載。用于動(dòng)態(tài)。

Generalizedplanestrainload:定義一個(gè)軸向荷載，將其應(yīng)用于具1fcT平面應(yīng)變區(qū)域內(nèi)

的參考點(diǎn)上。在其復(fù)選框內(nèi)，需要選擇力的大小，力關(guān)于X軸的轉(zhuǎn)矩，力關(guān)于Y

軸的轉(zhuǎn)矩，并將其應(yīng)用于參考點(diǎn)。

Rotationalbodyforce：此項(xiàng)定義了一個(gè)施加在整個(gè)模型上的旋轉(zhuǎn)的體力。

在金屬板平面應(yīng)力的例子當(dāng)中，我們使用的是集中力，大小為6000。如下圖：

-18-

ABAQUS使用手舟------周若未

Follownodalrotation:默認(rèn)為toggeloff,因?yàn)榇藭r(shí)模型為小變形，可以認(rèn)為力的方

向不隨模型變形方向的改變而改變。而在大變形中，則不可以忽略這種改變，應(yīng)

選toggelon.

下面簡單介紹Field復(fù)選框的用法。

Field-*Create

-19-

ABAQU5使用手舟------周若來7^?~七

在Field復(fù)選框中可以定義兩種場變量：速度場和溫度場。

速度場在起始步中定義，用以定義所選區(qū)域的起始速度。

溫度場在分析步中定義，用以定義所選區(qū)域溫度場在數(shù)值和時(shí)間上的變化。

ABAQUS將把所定義的溫度場賦給所選的對象。

Loadcase:用于各種不同條件下的加載，多用于動(dòng)態(tài)，在此不再詳述。

7.MESH步：在這一步當(dāng)中你可以產(chǎn)生一個(gè)集合的網(wǎng)格劃分，根據(jù)分析的需要，

你可以對網(wǎng)格劃分的方式進(jìn)行控制，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生不同的網(wǎng)格劃分。當(dāng)你修改

PART步和ASSEMBLY步中的參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)在此步會(huì)自動(dòng)生成適合于這個(gè)模型

的網(wǎng)格劃分。當(dāng)然，由于ABAQUS在網(wǎng)格劃分方面的功能還不夠強(qiáng)大，不能夠

完全按照作者的意圖隨心所欲的進(jìn)行劃分，因此，可以用Patran或Hypermesh

等軟件生成網(wǎng)格，然后導(dǎo)入至CAE中。

(l)Mesh-*controls:對網(wǎng)格單元的形狀以及網(wǎng)格劃分的方式進(jìn)行定義。

FileModelCanvasViewSeedMeshFeatureToolsHelp

6喜啟昌一1e或遍nW目區(qū)涼仔、①乙以江一

Module:|Me,hV]Model:[sodeiajjStep：(initialJ

Model:Model-1St

><leshControls

ElementStiape

八Quad~Quad-domiiatedyTri

TechniqueAlgorthm

yA5is八h/edlalaxis

□CMinimizethemeshtransitionTip./

yStructured]yAdvancingfront

ySweep口

DefaultsCancel

MeshControls6aloo

lOError:C:\ABAQUS\6.3-l\sajnples\job_archive\clajnp.cae:Permissiondenied

Then>od?ldatabase"C:\tomp\nl.cn。”hasboonop?nad.

??；開始手用…i>3IIABAQUSCAE，.-KxeH'、於成…，v”：uR79155

Elementtype:①Q(mào)uad:完全使用四邊形網(wǎng)格單元，而不使用任何的三角形單元。此

項(xiàng)為系統(tǒng)默認(rèn)值。如下所示：

-20-

③Tri:完全使用三角形網(wǎng)格單元，而沒有四邊形單元。不再舉例了。

當(dāng)然，以上是對平面圖形進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如果是對立體圖形進(jìn)行網(wǎng)格劃分，那么

相應(yīng)的選項(xiàng)如下：

①Hex:完全使用立方體（六面體）網(wǎng)格單元。

②Hex-dominated:主要使用六面體網(wǎng)格單元，在過度區(qū)域允許使用三棱錐（四面

體）網(wǎng)格單元。

③Tct:完全使用三棱錐（四面體）網(wǎng)格單元。

-21-

ABAQUS使用手舟------周若未

Technique:①free:自由劃分網(wǎng)格，也就是說，在這種網(wǎng)格生成之前，不可能對所

劃分的網(wǎng)格模式進(jìn)行預(yù)測。這種劃分方法具有很強(qiáng)的靈活性。適用于模型區(qū)域的

結(jié)構(gòu)形態(tài)非常復(fù)雜的情況。對于二維區(qū)域，可以使用三角形，四邊形或者二者混

合的單元形狀；對于三維區(qū)域可以使用三棱錐單元。下面分別介紹這兩種情況:

Freemeshingwithquadrilateralandquadrilateral-dominatedelements：用四邊形或以

四邊形為主的單元自由剖分。如下圖所示：

在含有四邊形單元的剖分方式中，ABAQUS還提供了一個(gè)復(fù)選框，即算法復(fù)選

框，其中有兩個(gè)選項(xiàng)：1.中間軸算法：當(dāng)使用這種算法的自由剖分方法時(shí)，系

統(tǒng)先將整個(gè)區(qū)域分割成規(guī)則的網(wǎng)格區(qū)域，然后再對更小的部分進(jìn)行劃分。對于虛

擬結(jié)構(gòu)(VirtualTopology)和不精確部分(imprecisepart),最好不要使用中間軸算

法。但是，如果將中恒軸算法與固定布.種(fixedseed)結(jié)合起來時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的

選擇最佳的布種數(shù)量和布種的最佳位置。如下所示：

Fixedandmovableseedsandthemedialaxismeshingalgorithm.

需要注意的是，使用中間軸算法自由剖分的時(shí)候，四邊形和三角形兼有的網(wǎng)格單

元模式與完全四邊形網(wǎng)格單元模式實(shí)質(zhì)上是相同的。但是，前者在區(qū)域中插入了

一些獨(dú)立的三角形，使之得以與種子更好的匹配，因此，前者比后者能夠產(chǎn)生一

個(gè)更快的網(wǎng)格劃分。2.進(jìn)階算法：當(dāng)使用這種算法的自由網(wǎng)格剖分時(shí)，系統(tǒng)首先

在區(qū)域的邊界上產(chǎn)生了四邊形的網(wǎng)格單元，然后逐步的在區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生四邊形網(wǎng)

-22-

ABAQUS使用手舟------周若未

格單元，使之真正的與網(wǎng)格種子相匹配。如下圖所示:

Fixedandmovableseedsandtheadvancingfrontmeshingalgorithm.

Advancingfront選項(xiàng)的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)格的過渡，這是我們所需要的。然

而，在較窄區(qū)域內(nèi)匹配每粒種子會(huì)影響網(wǎng)格劃分的質(zhì)量。相對于中間軸算法而言,

進(jìn)階算法適用于那些具有不精確部分（對于一個(gè)被導(dǎo)入的模型部分，如果必須使

用一個(gè)更寬松的公差才能在CAE創(chuàng)建一個(gè)與這個(gè)模型部分相似的模型的話，那

么這個(gè)被導(dǎo)入的模型部分就被認(rèn)為是不精確的）和虛擬結(jié)構(gòu)（忽略了小邊，小面等

不重要部分的結(jié)構(gòu)，以后將在TOOLSET部分講到）的模型。

說明：；當(dāng)使用中間軸算法進(jìn)行自由剖分時(shí)，通過系統(tǒng)默認(rèn)，ABAQUS使得網(wǎng)格

的過度最小化，網(wǎng)格過度的最小化可以更快的生成更好的網(wǎng)格。然而，這種方法

生成的結(jié)點(diǎn)很容易偏離種子。下圖列舉了使用和不使用網(wǎng)格過度最小化的中間軸

算法以及使用進(jìn)階算法所構(gòu)筑的網(wǎng)格劃分的不同：

-23-

ABAQU5使用手舟------周若未

Theeffectofmeshtransitionandthemeshingalgorithm.

medialaxis

algorithm

minimizemeshtransitionminimizQmeshtransition

toggledon(default)toggledoff

advancingfront

algorithm

中間軸算法(medialaxisalgorithm)和進(jìn)階算法(advancingfrontalgorithm)不同:

我們注意到，當(dāng)使用四邊形或主導(dǎo)四邊形單元的自由剖分方法MESH一個(gè)面

的時(shí)候，ABAQUS會(huì)讓你選擇不同的算法。如果模型被分成了一個(gè)以上的區(qū)域,

你也可以對不同的區(qū)域選擇不同的算法。

中間軸算法：這種算法首先把將被網(wǎng)格劃分的區(qū)域分解成一組更簡單的區(qū)域。然

后使用結(jié)構(gòu)化劃分方法(一種不同于自由劃分方法的劃分方式)將單元充填至這

些簡單區(qū)域中。對于完全四邊形元素而言，這種算法被設(shè)置為系統(tǒng)的默認(rèn)值。如

果將被網(wǎng)格劃分的區(qū)域相對的簡單，并且包含了很大數(shù)目的單元，那么這種算法

所用的時(shí)間要少于進(jìn)階算法。使用中間軸算法下屬的minimizethemeshtransition

選項(xiàng)(即網(wǎng)格過渡最小化)可以提高網(wǎng)格質(zhì)量，但這個(gè)選項(xiàng)只用于四邊形單元網(wǎng)格

劃分。

進(jìn)階算法：這種算法實(shí)現(xiàn)的方法在前面已經(jīng)介紹過。它首先在區(qū)域的外邊界部分

生成四邊形單元，然后四邊形單元在隨著由區(qū)域表面向區(qū)域內(nèi)部的逐步移動(dòng)中繼

續(xù)被生成。對于主導(dǎo)匹邊形網(wǎng)格而言，系統(tǒng)的默認(rèn)值為進(jìn)階算法。而且，用進(jìn)階

算法所產(chǎn)生的主導(dǎo)四邊形網(wǎng)格都可以很好的與種子相匹配。對于其它的網(wǎng)格而

言，用進(jìn)階算法生成的元素比用中間軸算法生成的元素能更好的與種子相匹配。

進(jìn)階算法支持虛擬結(jié)構(gòu)和不精確模型，而中間軸算法則不支持。下面是用兩種算

法的四邊形主導(dǎo)單元進(jìn)行的網(wǎng)格劃分的例子：

-24-

ABAQUS使用手冊周若未

MedialAdvancing

從圖中可以看出，兩種算法產(chǎn)生的網(wǎng)格都令人滿意。

如下圖所示，由于進(jìn)階算法所產(chǎn)生的元素總是與種子相對應(yīng)，因此由此導(dǎo)致的較

窄區(qū)域的網(wǎng)格元素可能會(huì)有歪斜。

MedialAdvancing

通過下面的例子，我們可以看出進(jìn)階算法更能夠產(chǎn)生具有統(tǒng)一面比率的均勻的單

元尺寸。

Medial

均勻的單元尺寸在分析中會(huì)扮演很重要的角色。例如，如果你在

ABAQUS/Explicit中創(chuàng)建了一個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)格中的小單元會(huì)限制時(shí)間的步長。除此

之外，如果必須要求單元和結(jié)點(diǎn)的對應(yīng)，那么優(yōu)先選擇進(jìn)階算法。

下面講一下使用三角單元進(jìn)行的自由網(wǎng)格劃分_

Freemeshingwithtriangularandtetrahedralelements：用三角或三棱錐網(wǎng)格單元進(jìn)

-25-

ABAQU5使用手舟----周若來

行網(wǎng)格劃分。它使用于任何平面或曲面，模型可以是精確的也可以是不精確的。

三角單元的自由劃分可以處理變動(dòng)很大的單元尺寸，這在對已經(jīng)劃分完畢的模型

中的某一部分進(jìn)行細(xì)化時(shí)是非常有用的。系統(tǒng)用來計(jì)算三角自由劃分的時(shí)間隨著

單元和結(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加而線性增長。下圖就是三角單元的一個(gè)自由剖分：

Afreemeshgeneratedwithtriangularelements.

三角單元的自由網(wǎng)格劃分幾乎可以應(yīng)用于任何三維的區(qū)域；下圖顯示了一個(gè)三棱

錐網(wǎng)格劃分的例子，在這里不可以使用立方體單元。

Afreemeshgeneratedwithtetrahedralelements.

對于形狀較復(fù)雜的模型，在應(yīng)用三角單元自由剖分時(shí)，應(yīng)該先用Query中的

GeometryDiagnostics檢查部分或集合的幾何狀況，以確保固體內(nèi)沒有自由邊，

短邊，小平面以及沒有具有小平面的頂角。實(shí)體的三角單元的網(wǎng)格自由劃分由兩

個(gè)階段組成：首先是在固體區(qū)域的外表面生成三角形的邊界網(wǎng)格，然后使用三角

形生成三棱錐網(wǎng)格作為外部的三棱錐單元的面。

如果你的模型是復(fù)雜的，那么生成三棱錐網(wǎng)格是很耗時(shí)的。為了節(jié)約時(shí)間，我們

可以在網(wǎng)格劃分的第一階段查看以下邊界面上的三角形單元，如果看起來可以接

受，我們可以繼續(xù)對區(qū)域內(nèi)部進(jìn)行剖分；如果不行，則可以試著設(shè)定更細(xì)的種子。

系統(tǒng)會(huì)突出的顯示網(wǎng)格劃分失敗的任何邊界上的面。失敗的原因經(jīng)常是因?yàn)榉N子

分布太疏或者是將種子賦給了微小的邊和面。如果微小的邊或面使得系統(tǒng)不能產(chǎn)

生一個(gè)令人滿意的四面體網(wǎng)格，我們可以使用修理工具去除多余的邊或點(diǎn)，也可

以去除面或空隙處的縫?？梢杂胻oolset中的VirtualTopology命令來忽略微小的

邊或面。第三種方法是使用partitions分割又長又窄的面或晶胞以減少其面比率。

Technique:②Structured:結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法，它使用簡單的，預(yù)先定義的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

來產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。

-26-

ABAQUS使用手舟------周若未

口曰曰目又Mil蹙目昌?0l3①R?

Module：|MPethVjModel：|Mo(teHV]Step：IInitialJ

—3—Model:ModG-lrr

1><leshControls

DementSltape

八QuadyQuad-dorrnnatedvTri

回

BAigorilhniOptions

匚kiclmlzethemeshtransitionTip,1

ByFree□

八Stnjctured[

DySweepRedefineRegionComers…|

nOKDefaults|Cancel|

WIB

典

X|SetthedatausingtheMeshControlsc5?alog

ThemodeldatabaseHC:\TEMP\nl.cae"hasbeenopened.

Applicationr?start?d250minutesofidletiM；th，1ic?ns?willb?ch?ck?dwithinth*n，xt3minutei.

F/二「6UMtat3//ABMWSCAI.>.-Bxe??d、、好,3AXAfiUS使用手冊erQf16.32

在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法中，只適用于四邊形或主導(dǎo)四邊形單元，ABAQUS/CAE

將規(guī)則形狀的網(wǎng)格（例如正方形或正方體）應(yīng)用于將要被網(wǎng)格劃分區(qū)域的表面。下

圖說明了三角形，正方形和五邊形的網(wǎng)狀模塊是如何被應(yīng)用到更加復(fù)雜的形狀

的。（這個(gè)更加復(fù)雜的形狀指的是由這些平面的三角形，正方形，五角形經(jīng)過變

形或彎曲后所相應(yīng)形成的彎曲的三邊形，四邊形和五邊形）

_Two-dimensionalstructuredmeshpatterns.

結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法適用于那些已經(jīng)被賦予了四邊形或主導(dǎo)四邊形單元的二維

區(qū)域以及賦予了立方體或主導(dǎo)立方體單元的三維區(qū)域。

如果使用其他的網(wǎng)格劃分方法，那么網(wǎng)格邊界的結(jié)點(diǎn)總是位于模型幾何區(qū)域的表

面上。然而，當(dāng)使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法創(chuàng)建網(wǎng)格的時(shí)候，網(wǎng)格內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)有可

能游離于模型的幾何區(qū)域之外，從而導(dǎo)致一個(gè)扭曲，無效的網(wǎng)格。這個(gè)問題一般

發(fā)生在具有中凹特性的曲面上。例如，下面所示的圖形是一個(gè)五邊形的平面結(jié)構(gòu),

-27-

ABAQU5使用手舟------周若來

如果使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法，那么四邊形網(wǎng)格元素將被均勻的分布其中，從而

形成了一個(gè)網(wǎng)格劃分規(guī)則的五邊形區(qū)域。如下示：

Themeshpatternforaregularpentagonisappliedtotheregion.

（圖2）

我們可以這樣理解“網(wǎng)格內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)可能游離于模型的幾何區(qū)域之外”這句話：

首先，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法的特點(diǎn)在于這種方法可以將簡單的規(guī)則區(qū)域的網(wǎng)格劃

分轉(zhuǎn)變到我們想要的網(wǎng)格劃分的幾何區(qū)域上。以正方形為例，如上圖1所示，中

間是一個(gè)已經(jīng)被劃分好的平面正方形區(qū)域，彎曲后，就變成了我們所需要的二維

圖形（箭頭所示），此時(shí)就自然形成了這個(gè)彎曲平面圖形的網(wǎng)格劃分，原來正方形

區(qū)域的正方形網(wǎng)格元素就變成了彎曲后的四邊形網(wǎng)格元素，不再是正方形元素

了。我們也可以用同樣的方式解釋圖1中的三角形和五邊形區(qū)域的轉(zhuǎn)變。正是因

為結(jié)構(gòu)化劃分的上述特點(diǎn)，才使得所有被結(jié)構(gòu)劃分的區(qū)域中的網(wǎng)格分布都盡可能

的趨于對稱。圖2是一個(gè)規(guī)則的五邊形中凹區(qū)域，保持其它邊的種子不變，減少

位于最內(nèi)層的高弧度邊上的種子數(shù)目（圖3所示），然后用結(jié)構(gòu)化劃分方法重新劃

分，得出的結(jié)果如圖4,我們從圖中可以看出，位于網(wǎng)格線（任選一條，用紅色標(biāo)

記）內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)（用實(shí)心小圓球標(biāo)記）已經(jīng)不在五邊形區(qū)域之中了，而是游離于其

外。而位于網(wǎng)格線邊界的結(jié)點(diǎn)則仍然屬于這個(gè)五邊形區(qū)域。

Seedsprescribingacoarsermesh.Nodesfromtheinteriorofthemeshfalloutsidetheregion'sgeometry

-28-

ABAQU5使用手冊周若未

圖3圖4

上述情況可以通過下列方法解決：①改變網(wǎng)格的種子，重新進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對于

上例就要將圖4中的高弧度邊上的種子數(shù)增加到圖2的情形。②將模型劃分成更

小的且更規(guī)則的區(qū)域。下圖就將模型劃分成三個(gè)規(guī)則的區(qū)域。

Partitiontheregion.

④可以選擇不同的網(wǎng)珞劃分方法。這種方法最適合二維模型區(qū)域，可以將原來

的結(jié)構(gòu)化劃分方法轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂删W(wǎng)格劃分方法，而且在網(wǎng)格中仍然可以保留四

邊形元素。三維模型自由網(wǎng)格劃分限于四面體元素。將上述模型轉(zhuǎn)化成自由

網(wǎng)格劃分的效果圖如下：

Meshtheregionusingthefeemeshingtechnique.

上圖中的網(wǎng)格是不對稱的，是典型的自由網(wǎng)格劃分。

上面我們對結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分有了初步的了解，接下來我們分別講述二維和三維結(jié)

構(gòu)化網(wǎng)格劃分。

㈠二維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分

具有以下特征的二維區(qū)域才可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分：