ABAQUS 6.6基础教程与实例详解

  ABAQUS被广泛认为是功能最强的有限元分析软件之一，特别是在非线性分析领域，其技术和特点更是独树一帜，它融结构、传热学、流体、声学、电学以及热固耦合、流固耦合、热电耦合、声固耦合于一体，可以分析复杂的固体力学、结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场分析，同时可以做系统级的分析研究，这一特点相对于其它的分析软件来说是独一无二的。正是由于ABAQUS优秀的分析能力并能模拟复杂系统的可靠性，其在北美、欧洲、亚洲等许多国家获得了广泛的应用，应用领域遍及机械、土木、石油化工、汽车、冶金、水利水电、材料成形、航空航天、船舶、电子、核工业、兵器等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用做出了巨大的贡献。

  本书全面系统地介绍了ABAQUS 6.6的使用。本书分为两部分，第一部分为ABAQUS基础，介绍ABAQUS 6.6各功能模块的基础知识和一些使用技巧，在每个功能模块的介绍中都包含一些小例题，便于读者练习；第二部分以实例详解的方式说明线性静力学分析、非线性静力学分析、动力学分析、接触分析、显式动力学分析等的具体操作和关键技术，每个实例都以图文并茂的形式详细介绍ABAQUS/CAE的操作流程，并对inp文件进行细致的解释，满足各层次读者的需求。本书重点讲解ABAQUS在分析工程问题时所用的方法和详细步骤，对每个工程实例，从问题描述、方案规划、模型建立、分析计算到结果处理等一系列过程均有明确的思路和详细的操作步骤，在关键地方还会给出相应的操作技巧和提示。通过本书的学习，读者不但能够迅速掌握ABAQUS软件的操作方法，而且能够对具体的工程问题进行独立分析。

读者对象

  本书可作为理工科院校相关专业的高年级本科生、研究生学习ABAQUS软件的教材，也可作为广大工程技术人员和科研工作者使用ABAQUS软件的参考书。

本书特色

  本书以基础和实例详解并重，既是ABAQUS初学者的学习教材，也可作为对ABAQUS有一定了解的用户制定工程问题分析方案、精通高级前后处理与求解技术的参考书。

  本书图文并茂，帮助读者快速入门，降低学习难度，读者可将本书作为菜单系统的操作指南。本书详细介绍了ABAQUS各功能模块的常用设置和使用技巧，帮助读者全面了解ABAQUS 6.6。

  理论结合实际。有限元分析实现的最后载体是有限元分析软件（商业化或非商业化的），但是仅仅能够使用和操作软件并不意味着掌握了有限元分析这一复杂的工具，因为对同一问题使用同一种有限元分析软件，不同的人会得出完全不同的计算结果。如何判断有限元模型以及最后的分析结果的有效性和准确性，是人们不得不面临的重要问题。只有在掌握了有限元分析基本原理的基础上，才能真正理解有限元方法的本质。因此本书在每章的开始都会介绍与本章内容相关的有限元理论知识，用以指导后面的分析。

  重点突出ABAQUS的非线性分析功能。目前线性分析技术已经相当成熟，非线性分析技术逐渐成为有限元分析研究的重点，同时也是一个难点。ABAQUS在非线性分析方面有着独特的优点，本书的重点也在于讲解ABAQUS的非线性分析功能。

  难易结合，由浅入深。本书从软件的基本操作到复杂的工程实例，从基本的线性分析到复杂的非线性分析，循序渐进，一步步把读者引入有限元分析的殿堂。

  每章后面附有专题参考内容，列出与本章内容相关的知识、方法或理论，可以作为本章内容的重要补充，以期为读者提供一些有益的参考和启示。

  对每个实例，以图文并茂的方式给出操作流程，并对关键部分进行解释，使读者能参照本书完成每个实例。

  列出每个实例的输入文件（.inp文件）并进行解释，使读者对ABAQUS的常用关键词有一定的了解。本书提供所有实例的模型文件（.cae文件）和输入文件（.inp文件），可以从中国水利水电出版社网站（http://www.waterpub.com.cn/softdown/）下载。

分工与致谢

  本书由四川大学生物力学工程实验室的刘展任主编，具体分工为：刘展负责本书的框架构思及第1～9章的编写和统稿工作；赵腾伦编写第11章；祖景平编写第12和13章；周华樟编写第10章。另外，钱英莉承担本书部分章节编写和统稿工作。全书的审校工作由姚新军完成。

衷心感谢北京航空航天大学樊瑜波教授对本书的大力支持。

  在本书的编写过程中，参与具体工作的还有张代全、李琦、万雷、王斌、厉剑梁、殷世钦、江广顺、李强、吴志俊、杜长城、余松、刘羽宇、郭敏、董茜、陈鲲、王晓、陈洪军、余伟炜、王呼佳、许志清、张赛桥、刘军华、夏惠军。还要感谢中国水利水电出版社编辑的辛苦努力，正是因为他们辛苦的付出，才使本书能在第一时间与读者见面。

  由于时间仓促，加上作者水平有限，书中错误、纰漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

前言
第1章  ABAQUS基础 1
1.1  ABAQUS简介 1
1.2  ABAQUS的主要模块及新功能 1
1.3  ABAQUS的文件系统 3
1.4  ABAQUS 6.6的新功能 5
第2章  ABAQUS操作入门 7
2.1  ABAQUS/CAE的启动 7
2.2  ABAQUS/CAE的用户界面 8
2.3  ABAQUS中鼠标的使用 9
2.4  ABAQUS的相关约定 9
2.5  ABAQUS分析的入门实例 10
2.5.1  问题的描述 11
2.5.2  创建模型数据库 11
2.5.3  创建部件 11
2.5.4  设置材料和截面特性 13
2.5.5  定义装配件 14
2.5.6  设置分析步和变量输出 14
2.5.7  施加载荷与边界条件 16
2.5.8  划分网格 17
2.5.9  运行分析 19
2.5.10  结果后处理 20
2.5.11  保存模型数据库并退出ABAQUS/CAE 23
第3章  几何建模 24
3.1  部件模块（Part）和草图模块（Sketch） 24
3.1.1  在ABAQUS中创建部件 24
3.1.2  导入部件 35
3.1.3  模型的修复与修改 38
3.2  特性模块（Property） 42
3.2.1  定义材料属性 43
3.2.2  创建并分配截面特性 47
3.2.3  设置梁的截面特性和方向 49
3.2.4  Special菜单的功能 52
3.3  装配模块（Assembly） 53
3.3.1  创建部件实体 53
3.3.2  部件实体的定位 55
3.3.3  合并/剪切部件实体 58
3.3.4  装配实例 59
第4章  定义分析步和输出 65
4.1  设置分析步 65
4.1.1  Static, General（静力学分析）分析步 67
4.1.2  Dynamic, Implicit（隐式动力学分析）分析步 70
4.1.3  Dynamic, Explicit（显式动力学分析）分析步 71
4.1.4  Static, Linear perturbation（线性摄动静力学分析）分析步 72
4.2  定义输出 73
4.2.1  变量输出要求管理器 73
4.2.2  编辑输出要求 74
4.3  Step模块的其他功能 76
第5章  定义相互作用 77
5.1  定义相互作用 77
5.1.1  设置接触属性 77
5.1.2  定义接触 81
5.1.3  定义接触控制 90
5.1.4  接触实例 90
5.2  定义约束 92
5.2.1  绑定约束 92
5.2.2  刚体约束 94
5.2.3  显示体约束 95
5.2.4  耦合约束 96
5.3  定义连接器 97
5.3.1  设置连接器的截面特性 97
5.3.2  创建代表连接器的特征线 101
5.3.3  定义连接单元 102
5.4  Special和Tools菜单的功能 104
第6章  定义载荷与边界条件 105
6.1  定义载荷 105
6.2  定义边界条件 110
6.3  设置预定义场 113
6.4  定义工况 115
第7章  划分网格 117
7.1  撒种子定义网格密度 117
7.2  网格控制 121
7.2.1  选择单元形状 122
7.2.2  选择网格划分技术和算法 122
7.3  设置单元类型 127
7.4  网格划分 130
7.5  检查网格 136
7.6  提高网格质量的方法 137
7.6.1  划分网格前的参数设置 137
7.6.2  编辑几何模型 138
7.6.3  编辑网格模型 141
第8章  分析和后处理 145
8.1  分析作业模块（Job） 146
8.1.1  创建和管理分析作业 146
8.1.2  创建和管理网格自适应过程 150
8.2  可视化模块（Visualization） 152
8.2.1  显示无变形图和变形图 153
8.2.2  显示云图 160
8.2.3  显示矢量/张量符号图和材料方向图 167
8.2.4  显示剖面图 170
8.2.5  显示X-Y图表 172
8.2.6  输出数据表格 181
8.2.7  显示动画 185
第9章  线性静力学分析实例 189
9.1  轴承座的线性静力学分析 189
9.1.1  问题的描述 189
9.1.2  创建部件 190
9.1.3  定义材料和截面属性 196
9.1.4  装配部件 196
9.1.5  设置分析步和变量输出 197
9.1.6  创建显示体约束 198
9.1.7  定义载荷和边界条件 199
9.1.8  划分网格 202
9.1.9  分析 205
9.1.10  结果后处理 206
9.2  inp文件及说明 208
9.3  专题：inp文件格式的简要理解 213
第10章  非线性分析实例 214
10.1  非线性分析简介 214
10.1.1  非线性分析的特点 214
10.1.2  非线性分析的类型 216
10.1.3  非线性分析的基本步骤和涉及的一些术语 216
10.2  非线性分析的常见问题 221
10.2.1  材料非线性 221
10.2.2  几何非线性 224
10.2.3  状态非线性 225
10.3  轴承支座的塑性应力分析 226
10.3.1  问题的描述 226
10.3.2  导入模型及划分网格 226
10.3.3  创建材料属性及分析步 230
10.3.4  定义载荷和边界条件 233
10.3.5  分析和后处理 234
10.3.6  inp文件及说明 237
10.3.7  不同材料属性的结果比较（弹、塑性的对比） 240
10.4  橡胶垫圈的受压分析 242
10.4.1  问题的描述 242
10.4.2  创建部件 243
10.4.3  定义材料属性 243
10.4.4  定义截面属性 247
10.4.5  装配部件 247
10.4.6  设置分析步 248
10.4.7  定义载荷和边界条件 248
10.4.8  划分网格 250
10.4.9  分析 252
10.4.10  结果后处理 254
10.4.11  inp文件及说明 256
10.5  圆盘受均布压强和周期载荷 260
10.5.1  问题的描述 260
10.5.2  创建部件 260
10.5.3  定义材料和截面属性 261
10.5.4  装配部件 262
10.5.5  设置分析步 262
10.5.6  定义载荷和边界条件 263
10.5.7  划分网格 266
10.5.8  分析 268
10.5.9  结果后处理 269
10.5.10  inp文件及说明 273
10.6  专题：用户子程序UMAT基础 275
10.6.1  ABAQUS中用户子程序的调用和注意事项 276
10.6.2  UMAT子程序的功能 276
10.6.3  UMAT子程序的接口 276
10.6.4  UMAT子程序的实例 278
10.6.5  应用UMAT子程序的实例 286
第11章  结构动力学分析 289
11.1  动力学分析简介 289
11.1.1  动力学有限元法的基本原理 289
11.1.2  动力学分析的类型 292
11.2  结构模态分析 293
11.2.1  模态分析的步骤 293
11.2.2  联轴器的模态分析 294
11.3  瞬态动力学分析 305
11.3.1  瞬态动力学分析的基本原理 305
11.3.2  钢球对钢板的侵彻模拟分析 306
11.4  专题：ABAQUS单元选择原则 317
第12章  接触工程分析实例 324
12.1  接触分析的特点 324
12.2  接触分析的基本概念 325
12.3  接触分析中需要注意的问题 326
12.3.1  单元类型的选择和质量控制 327
12.3.2  网格密度的考虑 327
12.3.3  稳定的接触关系的建立 327
12.3.4  接触问题中点的相对滑动 327
12.3.5  接触主从面的定义 328
12.4  铰链连接强度模拟仿真分析 328
12.4.1  案例背景 328
12.4.2  案例分析 329
12.4.3  案例求解 329
12.4.4  案例回顾与总结 344
12.4.5  inp文件说明及分析 344
12.5  销钉过盈装配失效预测分析 351
12.5.1  案例背景 351
12.5.2  案例分析 352
12.5.3  案例求解 353
12.5.4  案例回顾与总结 359
12.5.5  inp文件说明及分析 360
12.6  专题：接触工程分析的关键技术 367
12.6.1  定义接触面之间的距离或过盈量的主要方法 367
12.6.2  构造接触面的主要方法 368
12.6.3  通用接触算法 369
 
第13章  ABAQUS显式非线性动态分析 370
13.1  动态分析简介 370
13.1.1  动态问题的产生及其形式 370
13.1.2  动态分析的主要方法 371
13.1.3  隐式和显式的比较 372
13.2  手机跌落过程中电池盖的失效分析 373
13.2.1  案例背景 373
13.2.2  案例分析 374
13.2.3  案例求解 375
13.2.4  案例回顾与总结 385
13.2.5  inp文件说明及分析 386
13.3  弹丸侵蚀靶体的分析 391
13.3.1  案例背景 391
13.3.2  案例分析 392
13.3.3  案例求解 392
13.3.4  案例回顾与总结 405
13.3.5  inp文件说明及分析 406
13.4  专题：材料累进破坏和失效 413
参考文献 415

1. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
2. 表演基础教程 [主编 肖跃英 李志 曾明]
3. 公安信息化应用基础教程 [主编 徐衍微 万雪勇]
4. 大学计算机基础教程（Windows 10+Office 2016） [主编 吴志攀 刘 利]
5. 计算机应用基础教程（Windows 10+Office 2019） [主编 聂长浪 贺秋芳 李久仲]
6. 大学计算机基础教程实验指导与测试题集 [主编 饶拱维 吴华光 巫满秀]
7. 大学计算机基础教程（Windows 10+Office 2016） [主编 饶拱维 郭其标 房宜汕]
8. 大学计算机基础教程（第二版） [主编 安志远 崔岩]
9. 新编计算机应用基础教程 [主编　戴毅　吴瑞芝　贾姗姗]
10. 计算机应用基础教程（Windows 10+Office 2019） [主编 石利平 副主编 田辉平 ]
11. 计算机应用基础教程 [主 编 王蒙田 于康娟]
12. Access数据库基础教程实验指导与习题集 [主 编 饶拱维 杨贵茂 吴华光]
13. 大学计算机基础教程（第四版） [隋庆茹 刘晓彦 韩智慧]
14. Access 数据库基础教程 [主编 饶拱维 杨贵茂 郭其标]
15. 计算机应用基础教程（第三版）（Windows 7+Office 2010） [主编 聂长浪 贺秋芳 李久仲]
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21. 程序设计基础教程（第二版） [主 编 丁亚涛 胡继礼]
22. Android应用开发基础教程 [主编 巫湘林]
23. 大学计算机应用基础教程实验指导 [主编 訾永所 舒望皎]
24. 大学计算机应用基础教程 [主编 舒望皎 訾永所]
25. Java Web应用开发基础教程 [张立敏 曾绍庚]
26. C++程序设计基础教程 [主编 刘志宝 朱伟华 谢利民]
27. 软件测试基础教程（第二版） [主编 杜文洁 王占军 高芳]
28. 大学计算机基础教程 [主编 吴登峰 晏愈光]
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30. 程序设计基础教程 [丁亚涛 杜春敏]