1、有限元分析软件ABAQUS介绍,安徽工业大学土木系 教师：司海宝,内容简介,数值模拟方法介绍 有限元软件介绍 软件分析的基本流程 ABAQUS的主要功能和特征 ABAQUS的热固耦合分析功能 冷却壁热性能分析的关键因素及解决方案,数值模拟方法介绍,数值模拟也叫计算机模拟。它以电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。 节约时间、成本,实验,数值,理论,数值模拟的基本步骤,（1）建立数学模型-基本守衡方程 （2）建立物理问题模型-前处理建模 （3）离散方程-选择离散方法和格式 （4）求解方程-选择求解算法 （5）编制、调试程序 （6）研
2、究结果-后处理 （7）改进模型或提出指导方案,x,二维热传导,y,1.0,0.5,A,B,C,D,E,0.2,Conductivity = 52W/m/oC Film coefficient = 750W/m2/oC Boundary conditions: = 100oC C along AB Heat flux = 0 along DA Convection to ambient temperature of 0oC along BC and CD Objective: Find q at E Target solution: 18.3oC at E,使用软件分析的优势,有限元软件的介绍,
3、三种数值分析方法：有限元方法，有限差分，有限体积方法 有限元分析是对结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。,有限元软件的对比,ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。 ABAQUS专注结构分析，目前没有流体模块。 MSC是比较老（1963）的一款软件目前更新速度比较慢。 ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。,有限元软件的对比,结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS
4、 流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：ADINA，ABAQUS、ANSYS、MSC,ANSYS与ABAQUS的对比,应用领域： 1. ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。2. ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可,ANSYS与ABAQUS的对比,求解器功能 （1）对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程
5、、计算时间等方面都较为接近。（2）ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势。其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态非线性等多个方面。,综合性能对比,综合性能对比1. ANSYS软件的命令流操作非常方便，对于结构 循环优化方面比较有优势，但目前还只是局限于线性方面，非线性方面功能很差而且基本没有； 2. ABAQUS软件则在显式非线性方面有些特色，但隐式非线性方面比不上ADINA，且不具备流体的功能 3. ADINA软件则在结构非线性及多物理场耦合方面非常出色，是全球非线性功能最强大的有限元软件之一，而且具有全球最好的流固耦合分析功能。,软件分析的基本流程,ABAQUS的组成,AB
6、AQUS分析的主要过程,ABAQUS/CAE,ABAQUS/CAE (Complete ABAQUS Environment) 交互式图形环境 生成或输入将要分析模型 模型结构分解并划分网格 设置材料属性、载荷及边界条件 提交和、监视、控制分析作业 可视化分析结果,ABAQUS /CAE 用户界面,1 可以用于建模、管理和监控分析过程，并进行结果的可视化处理。 2 类似CAD，基于部件装配实体的概念 3 可以从其它系统中导入模型或网格。,求解器,ABAQUS/STANDARD|ABAQUS/EXPLICIT 为用户提供两种互补的分析工具。 ABAQUS/STANDARD是一个通用分析模块，它能
7、求解广泛领域的线性和非线性问题，包括静力、动力、构件的热和电响应。 ABAQUS/EXPLICIT采用显示动力学有限元格式，适用于模拟短暂、瞬时的动态事件，如冲击和爆炸问题。,ABAQUS求解器的特点,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 Standard隐式算法（稳定，费用高）当每一个求解增量步结束的时候，隐式的有限元要解一组方程组。 Explicit显示方法（条件稳定，费用低）并不需要求解方程组，通过动态方法推进增量计算,ABAQUS主要功能,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 模拟典型工程材
8、料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料 其它工程问题：热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质分析。,ABAQUS主要功能,ABAQUS热固耦合分析,ABAQUS/Sandard的热分析功能： 静态的应力/位移分析粘弹性/蠕变模型 瞬态或稳态热传导分析 热力耦合（顺序或完全耦合） ABAQUS/Explicit的热分析功能 带有或不带有绝热升温效应的显示动力学响应 完全的热-固耦合分析,ABAQUS蠕变模型,在载荷作用下，混凝土、软岩及土都具有某种程度的变形随时间逐渐增加的特
9、性，即蠕变特性。 ABAQUS/Standard的蠕变模型是与塑性模型联系在一起的，可以通过定义蠕变流动势函数及相应的曲线点数据来给定用户定义的蠕变模型。 修正的Drucker-Prager模型中定义的蠕变行为只有在进行土的固结、耦合的热变形分析时才被激活。,ABAQUS蠕变模型,ABAQUS/Standard提供两种蠕变机理： （1）粘聚机理，属于剪切塑性失效型的（2）固结机理，它在帽盖塑性条件下发生；蠕变势函数决定了蠕变应变率，因此蠕变应变率的计算需要先定义势函数。,ABAQUS蠕变模型势函数,修正的Drucker-Prager模型中的蠕变应变率为剪切引起的应变率，由势函数决定由固结引起的
10、蠕变应变率的计算势函数为,ABAQUS蠕变模型蠕变律,ABAQUS内部使用两种蠕变律 （1）时间硬化的幂蠕变律，剪切蠕变其中，A，n, m为蠕变材料的参数 （2）应变硬化的幂律模型由于蠕变率的复杂性和多样性，可以采用用户子程序CREEP来定义蠕变率。,蠕变模型参数的选取,蠕变模型参数通常来源于实验或者实测资料。 参数取值合理，则解答的问题准确的可能性高；反之，结果的准确性就差一些。 可以根据实验曲线和数据进行拟合确定参数的取值。,冷却壁热性能模拟实施方案,简单的二维稳态热传导分析,x,1.0,0.5,A,B,C,D,E,0.2,Conductivity = 52W/m/oC Film coef
11、ficient = 750W/m2/oC Boundary conditions: = 100oC C along AB Heat flux = 0 along DA Convection to ambient temperature of 0oC along BC and CD Objective: Find q at E Target solution: 18.3oC at E,冷却壁热性能模拟实施方案,二维非稳态传热模拟,x,1.0,0.5,A,B,D,E,0.2,冷却壁热性能模拟实施方案,二维稳态冷却壁模型传热模拟 二维非稳态冷却壁模型传热模拟 三维稳态传热模拟 三维稳态冷却壁模型传热模拟 三维非稳态冷却壁模型传热模拟 （蠕变）,冷却壁热性能模拟关键问题,物理模型的构造 材料属性的设置 边界条件设置 分析步的设定 求解器的选择 蠕变模型的选择和参数估计 结果分析-后处理,谢谢指导！,
