1、Abaqus 基本操作中文教程节点有限元分析技术内部标准目录1 Abaqus 软件基本操作 .31.1 常用的快捷键 .31.2 单位的一致性 .31.3 分析流程九步走 .31.3.1 几何建模（Part） .41.3.2 属性设置（Property） 51.3.3 建立装配体（Assembly） .61.3.4 定义分析步（Step） 71.3.5 相互作用 （Interaction ） 81.3.6 载荷边界（Load） .101.3.7 划分网格 （Mesh） 121.3.8 作业（Job） 151.3.9 可视化（Visualization ） 16节点有限元分析技术内部标准1 Ab
2、aqus 软件基本操作1.1 常用的快捷键旋转模型 Ctrl+Alt+鼠标左键平移模型 Ctrl+Alt+鼠标中键缩放模型 Ctrl+Alt+鼠标右键1.2 单位的一致性CAE 软件其实是数值计算软件，没有单位的概念，常用的国际单位制如下表 1 所示，建议采用 SI (mm)进行建模。国际单位制 SI (m) SI (mm)长度 m mm力 N N质量 kg t时间 s s应力 Pa (N/m2) MPa (N/mm2)质量密度 kg/m3 t/mm3加速度 m/s2 mm/s2例如，模型的材料为钢材，采用国际单位制 SI (m)时，弹性模量为2.06e11N/m2，重力加速度 9.800 m
3、/s2，密度为 7850 kg/m3，应力 Pa；采用国际单位制 SI (mm)时，弹性模量为 2.06e5N/mm2，重力加速度 9800 mm/s2，密度为 7850e-12 T/mm3，应力 MPa。1.3 分析流程九步走几何建模（Part） 属性设置（Property） 建立装配体（Assembly） 定义分析步（Step） 相互作用 （Interaction）载荷边界（Load）划分网格 （Mesh）作业（Job）可视化（Visualization）节点有限元分析技术内部标准1.3.1 几何建模（Part）关键步骤的介绍： 部件（Part）导入Pro/E 等 CAD 软件建好的模型后
4、，另存成 iges、sat、step 等格式；然后导入 Abaqus 可以直接用，实体模型的导入通常采用 sat 格式文件导入。 部件（Part）创建简单的部件建议直接在 abaqus 中完成创建，复杂的可以借助 Pro/E 或者Solidworks 等专业软件进行建模，然后导入。常用按键的说明：以上给出的是软件常规的建模和分析的流程，用户可以根据自己的建模习惯进行调整。另外，草图模块可以进行参数化建模，建议用户可以参考相关资料进行学习。节点有限元分析技术内部标准1.3.2 属性设置（Property）节点有限元分析技术内部标准1.3.3 建立装配体（Assembly）部件实例的显示控制：替换
5、：在区域 1 选择部件后，点击此按钮，则仅显示选中的部件；添加：在区域 3 选择部件后，点击此按钮，则选中的部件被显示，已经显示的部件仍显示。删除：在区域 3 选择部件后，点击此按钮，则选中的部件被隐藏。可以选择多个部件进行装配其中：实例类型中的独立（网格在实例上） ，耗用内存较多，生成的 inp 文件也较大。编号 1 和 2 分别是线性阵列和辐射阵列，可以对实例进行批量生成；编号 3 和 4 分别是平移和旋转；编号 5 是平移到，该命令只能用于实体模型； 编号 6 是定位，常用：面平行，面匹配，边平行；边共线，共轴，点重合；坐标系平行；编号 7 为合并/剪切来生成新的部件，这个命令可以将导入
6、的多个部件合并成一个整体。节点有限元分析技术内部标准1.3.4 定义分析步（Step）关键点：在静力，通用的基本设置中，有是否打开几何非线性的选项。几何非线性的特点是结构在载荷作用过程中产生大的位移和转动。如板壳结构的大挠度，此时材料可能仍保持为线弹性状态，但是结构的几何方程必须建立于变形后的状态，以便考虑变形对平衡的影响。增量选项中，类型通常使用自动；初始增量步大小可选为：0.01，建议不要太大。节点有限元分析技术内部标准1.3.5 相互作用 （Interaction ）首先需要定义相互作用的属性，主要包括法向接触属性和切向的摩擦属性，关键步骤如下所示：然后创建相互作用，定义接触，包括主面、
7、从面、滑动公式、从面位置调整、接触属性、接触面距离和接触控制等，需要注意的关键点有以下几个：通常遇到的接触问题，在定义接触属性定义中，将接触面的法线行为定义为“硬”接触，切线行为的摩擦公式定义为“罚” ，钢材之间的摩擦系数取 0.15，钢材与混凝土之间的摩擦系数取 0.5。 接触分析建模主要包括以下几个步骤：（1）定义接触面；（2) 定义接触属性；接触面主要分为主面和从面，在选择时，有着比较严格的主从关系，需要满足如下条件：1） 选择刚度大、网格粗的为主面；2）主面发生接触部位不能有尖角或较大的凹角；3）主面不能是由节点构成的面，并且必须是连续的。 单元类型选为六面体一阶单元 C3D8I 时，
8、能够很好的解决接触问题。当无法划分六面体单元网格，可以使用修正的四面体二次单元(C3D10M)。节点有限元分析技术内部标准 主面和从面定义的接触对由主面和从面构成，在接触模拟中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越主面，但主面上的点可以穿越从面。主次面的选择原则如前面文本框所示。 有限滑移和小滑移有限滑移：两个接触面之间可以有任意的相对滑动，在分析中需要不断的判定从面的节点和主面的哪一部分发生接触，因此计算的代价较大，同时要求主面是光滑的，即每个节点有唯一的法线方向。小滑移：两个接触面之间只有很小的相对滑动，滑动量的大小只是单元尺寸的一小部分，在分析的开始就确定了从面节点和主面的哪
9、一部分发生了接触，在整个分析过程中这种接触关系不会再发生变化。因此，小滑移的计算代价小于有限滑移。离散化方法：主要有点对面和面对面两种算法。其中面对面的应力结果此处的含义是：如果从面节点与主面的距离小于此数值，Abaqus将调整这些节点的初始坐标，使其与主面的距离为 0。节点有限元分析技术内部标准的精度较高，并且可以考虑板壳和膜的初始厚度，但在有些情况下计算代价比较大。 谨慎地定义摩擦系数对摩擦的计算会增大收敛的难度，摩擦系数越大，就越不容易收敛，因此，如果摩擦对分析结果的影响不大，例如摩擦面之间没有大的滑动，可以尝试令摩擦系数为 0。 abaqus 提供了自动查找接触对的功能，在工具栏中，选
10、择以下按键：【相互作用】【查找接触对】 。常用的约束类型有：绑定、刚体、耦合和 MPC 约束。1.3.6 载荷边界（Load）注意的关键点： 在对计算模型进行荷载施加的时候，要注意荷载的施加方向，通常需要建立局部坐标系，荷载的数值大小应该与前面章节的单位制吻合； 绑定约束：模型中的两个面被牢固的粘结在一起，在分析过程中不再分开，被绑定的两个面可以有不同的几何形状和网格。 刚体约束：在模型的某个区域和一个参考点间建立刚性连接，此区域变为一个刚体，各节点之间相对位置在分析过程中保持不变。 耦合约束：在模型的某个区域和一个参考点间建立约束。 MPC 约束：用来定义多点约束，类似主要包括：梁、绑定、链
11、接、铰接和关节等类型，在实体模型施加荷载和边界的时候，常用的是刚性梁类型。创建参照点，通过参照点与施加荷载或约束的面或线建立约束。节点有限元分析技术内部标准 为了能够与 sap2000、midas 这类有限元软件更好的衔接，建议荷载和边界约束都施加在杆件的截面中心位置。通过在截面中心位置建立参照点RP，将参考点 RP 与杆件截面建议耦合约束或者 MPC 刚性梁约束。 采用整个截面施加约束与建立参考点施加约束相比，当约束为固结时，以上两种方法是相同的；当边界约束为铰接时，在截面划分网格后的多个节点上施加铰接约束，则截面的转动会受到限制，实际产生了刚接的效果。因此建议采用第二种方法对截面进行约束的
12、施加。节点有限元分析技术内部标准1.3.7 划分网格 （Mesh）网格划分需要注意的关键点： 单元的形状，四边形单元（二维区域）和六面体单元（三维区域）可以用较小的计算代价得到较高的精度，因此尽可能选择这两种单元；拆分几何元素的方法有以下六种：（1）定义切割平面 一点一法线；三点；一点一边。（2）用基准平面切割（3）用延伸面切割 （4）拉伸或扫掠边进行切割 （5）选定边界边形成切割面 （6）对体的表面进行草绘切割 节点有限元分析技术内部标准 如果某个区域的显示为橙色，表明无法使用目前赋予它的网格划分技术来生成网格。当模型复杂时，往往不能直接采用结构化网格或扫略网格，这是可以首先把实体模型分割为
13、几个简单的区域，然后再划分结构化网格或扫略网格。当某些区域过于复杂，不得不采用自由网格（即四面体单元）时，一般应选择带内部节点的二次单元来保证精度； 通过分割还可以更好地控制单元的位置和密度，对所关心的区域进行网格细化，或者为不同的区域赋予不同的单元类型。这样可以节省计算所花费的成本，得到更为理想的计算结果。 在模型进行初算或者计算机配置不高时，可以选用大一些的网格，这样可以节约计算所需的时间，同时可以快速的了解模型的应力分布情况。 对模型中存在的一些小的倒角面，可以运用虚拟拓扑中的合并面才进行修改，保证模型在该区域网格划分的顺利进行。组装后的模型中，不同颜色代表该区域可以采用哪种网格划分技术
14、。具体可参考abaqus 有限元分析实例详解 第二章网格划分部分。节点有限元分析技术内部标准 选择三维实体单元类型的基本原则： 对于三维区域，尽可能采用结构化网格划分或扫掠网格划分技术，从而得到六面体单元网格，减小计算代价，提高计算精度。当几何形状复杂时，也可以在不重要的区域使用少量楔形单元。 如果使用了自由网格划分技术，Tet 单元类型应选择二次单元，可以选择 C3D10，但如果有大的塑性变形，或模型中存在接触，而且使用的是默认的硬接触关系，则也应选择修正的 Tet 单元 C3D10M。 对于应力集中问题，尽量不要使用线性减缩积分单元，可使用二次单元来提高精度。 对于弹塑性分析，如果材料是不
15、可压缩性的（例如金属材料） ，使用二次完全积分单元（C3D20）容易产生体积自锁。建议使用的单元：线性减缩积分单元（C3D8R ） 、非协调单元（ C3D8I） ，以及修正的二次四面体单元（C3D10M） 。如果使用二次减缩积分单元（C3D20R） ，当应变大于 20%40%时，需要划分足够密的网格。如果模型中存在接触或大的扭曲变形，则应使用当进行钢节点实体的弹塑性分析时，建议采用 C3D10M、C3D8R和 C3D8I；当存在接触时，建议采用 C3D10M 和 C3D8I。节点有限元分析技术内部标准线性六面体单元以及修正的二次四面体单元，而不能使用其它的二次单元。 对于以弯曲为主的问题，如果
16、能够保证在所关心的部位的单元扭曲较小，使用非协调单元可以得到非常精确的结果。：分别是全局网格尺寸指定和指定边上网格数量。：部件网格划分、局部网格划分、删除网格。1.3.8 作业（Job）在网格划分结束后，需要进行检查网格，其中橙色区域为错误网格，黄色区域为警告网格。点高亮按钮可以在模型中显示错误和警告网格，要保证错误网格数量为 0，警告的网格数量越少越好。 创建作业，为了加快计算的速度，可以将内存选项中，用于预处理和分析的最大内存比例调大（比如 95%） ；并行选项中可以使用多个处理器进行参与结构模型的计算分析。节点有限元分析技术内部标准其中，监控用于查看预算的状况，结果用于进入后处理模块，查看计算结果。1.3.9 可视化（Visualization ）剖切面查看截面的应力分布情况节点有限元分析技术内部标准云图输出设置：可以设置输出为应力云图、应变云图、位移云图、能量云图等。图标数据相关：以上给出的是绘制荷载-挠度曲线时常用到的操作步骤，建议将得到的数据点复制到 excle 中进行处理得到样式比较美观的曲线图。在以下的例子中会详细进行介绍。
