Abaqus

随着设备性能要求的不断提高，对设备性能提出了更高的要求，现有的应用关注产品的性能包括结构力学性能、热性能、电磁性能，而且这种多学科、多属性的要求正在变得越来越重要，相关仿真分析的需求也越来越大。

仿真技术是通过数字化手段，分析验证产品的性能、安全性和可靠性，是产品研发和制造数字化技术的核心。仿真作为研发前期的重要手段能够有效规避设计中存在的风险，降低后期整改的成本。目前仿真技术已经成熟，仿真软件的可用性、可靠性和计算效率问题已经基本解决。在提高工程/产品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期方面发挥了重要作用，成为实现工程/产品创新的支撑技术。

仿真的重要性决定了需要有一款功能强大且易用的仿真软件用于非线性问题的结构分析、热仿真、疲劳仿真，以及多物理场耦合分析，并需要有优化软件能够快速对复杂分析流程进行迭代优化，从而有效支持前期研发，缩短研发周期，提高企业竞争力。

 

 

Abaqus全模块介绍

• Abaqus/CAE前后处理模块：

Abaqus/CAE是Abaqus的前后处理器，具有几何体建模、模型装配、定义材料性质、定义约束和接触、网格划分、载荷和边界条件的施加，可视化后处理过程等功能，能满足有限元分析的基本前后处理需求。具备与Patran、Hypermesh等专用前后处理程序相同有限元模型创建功能。此外，提供相应功能，便于开发流程化环境。

Abaqus/CAE能够快速有效地创建、编辑、监控、诊断和后处理先进的Abaqus有限元分析。Abaqus/CAE将建模、分析、工作管理以及结果显示集成于一个一致的、使用方便的环境中，这使得初学者易于学习，使得经验丰富的用户工作效率会更高。利用公开发布的用户自定义工具包， Abaqus/CAE提供强大的流程自动化解决方案，从而专业技术人员能够将已经成熟的分析流程向单位里更广泛的工程人员里推广。

1. Abaqus/CAE提供基于特征的、参数化几何建模方法，使得几何建模过程更加高效率和机动性。用户能够创建参数化几何体如：拉伸、旋转、扫略、倒角和放样。同时也能够由工程中各种流行的 CAD软件导入几何体，并运用上述建模方法进行进一步编辑。

2. Abaqus/CAE支持广泛的Abaqus分析功能，为用户有限元建模过程（如分析步、接触、约束和预设条件等）提供简便的人机交互使用环境。强大的后处理和可视化功能，即使最大规模的Abaqus分析结果也可以高速、高质量地进行绘图。

3. Abaqus/CAE支持混合建模（几何模型与有限模型）方法的使用，能很方便处理分析过程中，几何体和网格体共同存在于模型中的问题。用户可以处理基于几何体的数据，同时也可以处理导入的纯的节点和单元数据，这些数据没有任何几何拓扑关系。接触、载荷及边界条件能够施加在几何体上或者直接施加在单元的节点、边或面上。

4. CAE提供一个内容丰富的交互式诊断工具包，它能帮助您找到分析过程中出现的问题并提出相应的解决方案，该功能极大地提高了用户的工作效率。

5. Abaqus/CAE提供了一个丰富的工具包来自动化处理各种任务和流程，并容易将 Abaqus的有限元分析功能向更广阔的用户群推广。从基本的宏功能和重放文件到完全集成的企业级应用，都建立在一个开放的可拓展的平台之上，这使得用户可以对成熟的工作流程进行二次开发。

Python是一种强大的面向对象的脚本语言，Abaqus/CAE内嵌了该语言，并拥有丰富的命令集。使用Abaqus Scripting Interface，通过编写脚本就能够实现各种自动化功能，包括几何建模、划分网格、提交分析工作或者自动进行后处理。

GUI Toolkit 是脚本界面的重要补充，它提供编程工具让用户对Abaqus/CAE图形界面进行自定制。GUI Toolkit 使用户能够添加和删除各种用户界面的元素，例如，创建新的菜单和对话框。从而可以让更多的用户熟悉和使用已经成熟的工作流程和分析方法。

 

 

• 求解器模块：

从线性静态、动态分析到复杂的非线性耦合物理场分析。结合使用 Abaqus/Standard 与Abaqus/Explicit，利用两者的隐式和显式求解技术，可以让更多实际问题获得求解。Standard（隐式）与Explicit（显式）可以实现无缝对接，一个分析的特定步骤的结果会被自动地传递到后面的分析里，可以循环交替求解稳态和瞬态耦合问题。Explicit与 Standard 有机的结合， 使求解能力更加强大和灵活。Abaqus/Explicit 和 Abaqus/Standard 可以互相结合并用于同一问题的分析，为有限元求解提供了无以匹敌的力量和机动性。

常见的分析要求对有显著差别的求解体系进行处理，而这些体系的特征时间尺度是不同的。ABAQUS 允许以一种分析开始，结束后以另一种分析继续进行。在 ABAQUS/Standard 运行中任何时间点的结果，分析皆能被当 作 初 始 条 件 导 入 到ABAQUS/Explicit 中继续运行，反之 亦 然 。 此 外 ， ABAQUS 对ABAQUS/Explicit 与 ABAQUS/Standard 之间的这种互相导入的次数是没有限制的。

ABAQUS/Explicit 与 ABAQUS/Standard 集成进行混合运算所带来的灵活性，使 ABAQUS/Standard能够运用于整个分析过程中那些非常适合用隐式方法求解的部分，例如静力学、低速动力学或稳态传输分析；同时 ABAQUS/Explicit 可用于高速、非线性、瞬态响应占主导地位的分析部分 。

ABAQUS/Explicit 与ABAQUS/Standard 的相互结合使之功能异常的强大和灵活，在大多数的情况下它们拥有相同的单元和材料模型。
需要集成两种求解器进行有限元分析的例子是很常见的。

先使用ABAQUS/Standard 进行分析，然后再使用 ABAQUS/Explicit 分析的例子有：

1.先考虑初始预应力作用，再承受短暂的瞬态载荷作用，例如：带有充气轮胎的汽车平衡重力的作用， 考虑预应力的悬架系统，轮胎与地面的接触。

2.先考虑初始稳态动力响应，再承受突加的极限载荷，例如：滚动着的轮胎与路沿碰撞，旋转的涡轮发动机叶片突然发生叶片剥离事故。

先使用 Explicit 进行分析， 然后再使用 Standard 分析的例子有：

1.高速成形之后静态形状的预测，例如：钣金冲压时会产生大量的塑性变形，移开冲头后会有很大的弹性回弹。

2.爆炸载荷引起局部响应，预测此后长时时间的结构响应，例如潜水艇在承受水下爆炸（UNDEX）载荷作用后，会产生长时间、大幅度的抖动。

 

 

• Abaqus/standard 隐式分析模块：

Abaqus的隐式分析求解器，可以求解线性问题和非线性问题，包括求解静态、动态、热和电磁响应问题；集成了线性、非线性、机构（非线性柔性机构）求解功能。

提供各种类型的分析程序，从常见的线性问题分析到复杂多步非线性问题都能高效、可靠地解决。分析程序的丰富多样性使运用变得十分方便，一个单一的模拟可以包括多种分析类型。例如，可以包括一个非线性静态分析，接着进行非线性动态分析或者一系列线性摄动分析来获得在初始预应力状态下结构的固有频率和微振动响应。

可以模拟大量的物理现象，例如除了应力/位移分析之外还有：热传导，质量扩散，和声学现象以及不同物理现象间的相互作用， 如热固耦合，热电耦合，压电耦合，多孔介质的流固耦合， 压力作用下的流体和结构耦合，声固耦合等分析，也能够进行模拟。对于以上或其它非线性分析， ABAQUS/Standard 会自动调整收敛准则和时间步长来确保解的精确性。

ABAQUS/Standard 除了内置功能外，还通过用户子程序来加强它处理问题的能力。例如，用户自定义的材料、单元或者接触特性都可以由用户子程序来实现。

ABAQUS/Standard的求解技术：

1. 提供一个动态载荷平衡的并行稀疏矩阵求解器，这个求解器很大程度上扩大了模型尺寸的范围，并且能够实现多至 16 个处理器的并行运算。该求解器可以被应用于各种类型的分析，无论使用什么单元类型，约束条件，接触定义或其他模型特征。此外，这个求解器对于子结构的生成和非对称刚度矩阵问题的求解也是很有效的。

2. 提供一个基于域分解的并行迭代求解器，这个求解器为特定种类问题——如汽车动力传动系统中的问题，提供附加的便利功能。

3. 提供一个并行的 Lanczos 特征值求解器，在大规模模型中可以快速有效提取多阶特征值。它是线性动力学分析的重要工具，包括瞬态响应，谐波响应，随机响应，和地震 响 应 谱 分 析 。

4. 提供一个复特征值求解器，可以实现对非对称系统或带阻尼的对称系统的复特征值提取。此外， ABAQUS/Standard可以运用直接积分或高效的子空间投影法（对弱的非线性问题）来解决瞬态和谐波载荷下非线性结构的动态响应。

5. 提供几种开创性的求解技术以减少分析时间。例如直接循环求解过程，它能够经
   济有效的对循环加载下的结构稳态响应进行求解。该技术对高温疲劳问题（例如汽车动力传动系统中的热疲劳问题）的求解非常有效。

6. 稳态传输分析功能能够对轮胎稳态滚动问题进行高精度模拟，包括所有和摩擦、惯性和粘弹性材料性能相关的非线性。

7. 多工况处理能力可以对承受各种不同载荷情况（载荷和边界条件集合）的结构快速有效地计算其线性响应。载荷和边界条件还可以从一种情况改成另外一种情况， 也可以在进行多工况分析前考虑非线性影响。

8. 提供了一个通用的子结构功能， 在很多情况下它能为计算带来显著的便利， 如汽车的动力学分析，汽车的许多变形部件可以用子结构来模拟。子结构功能是“组件模态合成方法”中的一个特例，该方法的扩展允许子结构有大的转动和平动。子结构能够在静态和动态分析中使用，并且可以运用于应力/唯一与声固耦合分析中。

9. 子模型方法允许用户根据原始的粗网格模型的计算结果，应用细化的网格分析局部结构。该方法可以得到局部区域的精确结果，而不需要用同样的细化网格来重复整个全场分析。建立子模型可以和 ABAQUS/Standard 中断裂力学功能结合使用来研究结构裂纹扩展问题。断裂力学功能包括方便地计算裂纹参数 J 积分和Ct ,应力强度因子和 T 应力。

10. 提供重启动功能，支持在分析的任何断点继续分析，甚至分析是在多处理器进行并行运算的情况下。这个功能在一些情况下可以大大节省时间和开销，比如由于缺乏磁盘空间引起的分析失败或用户需要修改一个已经执行了一段时间的分析的输出要求。重启动功能还能有效地模拟在同一预应力状态下不同载荷条件的影响。

 

 

• Abaqus/Explicit 显式分析模块：

Abaqus/Explicit是功能齐全的高级显式非线性有限元软件求解器。是一个通用分析模块，能够求解广泛的高度非线性动力学问题，如：爆炸、碰撞、跌落、冲压、水下爆炸等瞬态、高度大变形非线性等，具有极强的结构分析能力；另外，其集成线性、非线性、机构（非线性柔性机构）求解功能；不但支持应力/位移分析而且还支持完全耦合的瞬态温度－位移分析、声固耦合分析。

1.适用于模拟高度非线性动力学和准静态分析（可以考虑绝热效应）、完全耦合瞬态温度－位移分析、声固耦合分析；还可以进行退火过程模拟，从而适用于多步骤成形的模拟。

2.适用于分析瞬态动力学问题，例如：手机和其他电子产品的跌落实验、弹道冲击和汽车子系统的冲击等。基于表面的流体空腔可用于模拟填充了流体或气体的结构，包括结构变形与内部液体或气体压力的耦合分析，如安全气囊展开分析。

3.高效处理接触问题和其他非线性问题的能力使之成为求解许多非线性准静态问题的有效工具，如制造过程（如高温金属轧制和钣金冲压）和能量吸收装置缓慢挤压过程的模拟。

4.自适应网格功能使之能够模拟大量材料发生严重变形的问题，例如金属成形问题。使用任意的拉格朗日欧拉（ ALE）算法，网格的移动独立于其所属的材料，从而在整个变形过程中保持高质量的网格，并和初始网格有一致的拓扑结构。欧拉网格域适用于模拟材料在固定网格中的流动，该功能对稳态成形问题特别有效，例如挤压成形。

5.声学功能提供瞬态声固耦合分析，例如潜水艇在冲击载荷作用下的响应分析以及冲击载荷在水下传播的分析。声学分析的功能与模拟气泡载荷、流体的空化和有无海床对液体表面的影响等功能有机结合 ， 使之成为水下爆炸分析中最全面和精确的有限元工具。

 

 

• Abaqus/Aqua 海洋平台模块：

Abaqus/Aqua是用于海洋工程的一个附加模块，附加在Abaqus/Standard上应用。

Abaqus/Aqua可用于海洋工程结构领域，其目的是模拟海上结构，可以解决：

1.海上石油平台或船体，能够完成海洋平台导管架和立管的分析、J形管的拖曳模拟、底部弯曲计算和漂浮结构的研究；

2.结构可以承受由稳定流和波效应引起的拖曳力、浮力和流体惯性载荷；

3.自由水面以上的结构施加风载。

另外，Abaqus/Aqua可记录自由表面的高度，而且允许部分结构的浸没，同时为部分或全部浸没的结构提供特定的载荷库。Abaqus/Aqua还提供了锚链、各向异性海床摩擦、桩脚连接单元、筒体结构的滑动线、缆绳单元等附加特征。

 

 

• Abaqus/CFD流体分析模块：

纯计算流体动力学求解器Abaqus/CFD基于混合间断有限元法/有限体积法（FVM）和有限单元法（FEM），可以解决与层流和湍流相关的流体力学问题，不用通过第三方软件即可以在Abaqus/CAE里方便地实现Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit与Abaqus/CFD的耦合，实现真正意义上的流固耦合或耦合传热。

 

 

• Abaqus/ATOM优化分析模块：

集成Topo和Shape优化分析模块，提供Abaqus/cae界面下的优化分析能力。拓扑优化是通过不断修改最初模型中指定优化区域的单元材料属性， 然后从分析模型中删除/增加单元而获得满足设计目标的最优结构轮廓。

形状优化是在已有的结构基础上对零件的局部特征进行修改，从而减小结构应力集中等。

与其它优化分析软件相比，其便捷和人性化的操作界面使学习更加的快速，同时其继承了Abaqus 的算法优点，考虑接触，几何非线性以及材料非线性以及加工制造的约束，最大程度满足用户的需求。

 

 

• ABAQUS/CM专业的复合材料建模工具:

ABAQUS/CM是专业的复合材料建模工具，可在建模初始阶段考虑铺层的工艺性能，确保复合材料铺层在工艺上的可行性。避免在后期的研发周期上因重新设计而增加的成本。

目前，由CMA得到的空间不断变化的纤维方向和铺层厚度可直接提供给非线性隐式算法和显示求解器，实现真实地仿真计算。因而在每个单元产生铺层角度，真实反映了仿真和实际纤维结构，确保计算中可达到前所未有的真实性。

另外，CMA使复合材料结构的分析、设计和制造完美的结合在一起。使用Abaqus/CAE创建的模型可直接导入CATIA V5中进行细节设计，也可将CATIA CPD中设计的复合材料以及铺层直接导入Abaqus/CAE中。通过精确的模型转换，快速实现设计上的反复，提高了整个研制过程的效率。

 

 

• Abaqus/WCM缠绕复合材料模块：

Abaqus的缠绕丝建模器（WCM），用户可以创建拥有详细规范结构外形和缠绕设计参数的模型，可进行沿纤维方向应力和应变的后处理。应用连续体或壳单元可创建轴对称或三位模型。用户可自定义界面来快速定义缠绕外形，进行几何和网格的创建。

WCM模块允许用户定义椭圆形、球形、测地形状，或通过表建立独立点。另外，还可通过已有的部件来创建缠绕基体的几何模型。可选择生成整体或局部模型、对称或不对称压力容器形状。

 

 

• Abaqus/Design设计灵敏度分析模块：

Abaqus/Design为Abaqus/Standard的补充附加模块，主要用于设计灵敏度分析（SDA）。设计灵敏度对于理解空间变化及预测设计改变的影响非常有用。设计灵敏度可作为再设计和基于梯度的优化提供基础。

默认的敏感性算法可精确的计算敏感性，不需要客户指定任何的控制数据。用户可直接指定数值差分方法（向前或中心差分）和参数扰动的大小，在半解析的设计灵敏性分析的求解精度和求解费用之间权衡。在大位移分析的敏感性计算中，可考虑非线性几何效应。模型可包含较小的有限滑移接触，其中摩擦系数可同设计参数相关。敏感性分析可被重启动。

Abaqus/Design提供全量和增量的设计灵敏度分析工时。增量公式适合于分析路径相关的解。设计灵敏性分析的结果可用于Abaqus/View查看。

 

 

• Abaqus电磁分析模块：

Abaqus6.12开始可进行电磁分析。Abaqus/CAE支持电磁场建模功能，电磁场分析模型的信息可在Abaqus/CAE界面中创建，例如材料、截面属性、载荷、边界条件、分析步、输出请求、单元选择及结果可视化处理。并且可进行电-热-结构分析。

 

 

• Abaqus/Parallel并行计算模块：

随着并行有限元分析的发展，Abaqus的并行计算日益成熟。Abaqus支持Threads和MPI两种模式的并行，Threads模式只能在SMP 系统上运行，而MPI模式则在SMP或者集群系统上都可以运行。

Abaqus/Standard的并行求解器包括：具有动态负载均衡功能的并行直接稀疏矩阵求解器、基于区域分解的并行迭代求解器、并行Lanczos特征值求解器和并行AMS特征值求解器；Abaqus/Explicit的并行求解器也是基于区域分解的。

 

 

结构仿真培训

一、 基础培训（基础培训2部分，共5天）

• ABAQUS基础培训/CAE介绍：2天

1.  ABAQUS软件概况介绍

2．ABAQUS/CAE简介

3．在ABAQUS/CAE中操作几何体

4．操作ABAQUS之外创建的模型

5．ABAQUS/CAE中的材料属性和装配件

6．ABAQUS/CAE中的分析步、接触和载荷

7．网格划分

8．作业管理和结果的可视化处理

 

• ABAQUS基础培训/求解器介绍：3天

1. 定义ABAQUS模型

2. 线性静力学分析

3. 非线性静力学分析

4. 多步骤分析

5. 接触问题

6. ABAQUS/Standard中的接触问题

7. 动力学简介

8. 使用ABAQUS/Explicit

9．ABAQUS/Explicit中的接触问题

10．使用ABAQUS/Explicit进行准静态分析

11．合并ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit

 

二、高级培训（高级培训8部分）

• 高级课程/ ABAQUS非线性动力学：3天

1．ABAQUS/Explicit概述

2．单元

3．材料

4．接触

5．准静态分析

6．自适应网格划分和单元扭曲控制

7．各种约束和连接

8．冲击和后屈曲分析

9．材料损伤和失效

10．超大模型的分析技巧

 

• 高级课程/ ABAQUS如何获得收敛解：3天

1． 非线性FEA概述

2． 非线性FEA和ABAQUS/Standard

3． 求解不稳定问题

4． ABAQUS为什么不能收敛

5． 收敛问题：接触模拟

6． 收敛问题：单元

7．收敛问题：约束和载荷

8．收敛问题：材料

 

• 高级课程/ ABAQUS线性动力学：3天

1. 动力学问题概述

2. 特征值提取

3. 模态叠加法

4. 阻尼

5. 稳态动力学

6. 瞬态模态动力学

7．基础运动激励

8．加速度运动的基线校准

9．响应谱分析

 

• 高级课程/ ABAQUS/Standard接触分析：3天

1．概述

2．在ABAQUS中定义接触

3．有限滑移

4．小滑移

5．附加特征

6．ABAQUS/Standard接触公式

7．摩擦接触的局部模型

8．接触逻辑

9．接触输出和后处理

10．接触分析中的常见难点

11．接触单元选择

12．热/应力耦合

13．渗流表面

14．隐式动力学中的接触

 

• 高级课程/ ABAQUS断裂分析：3天

1. 断裂力学基本概念

2. 裂缝建模

3. 断裂分析

4. 材料失效和磨损

5. 基于单元的内聚行为

6. 基于表面的内聚行为

7. 虚拟裂缝闭合技术(VCCT)

8. 低周疲劳

9. 扩展有限元(XFEM)

 

• 高级课程/ ABAQUS热传导/热分析：3天

1.传热导论

2.材料特性与元件技术

3.热分析程序

4.热负荷和边界条件

5.热界面

6.热应力分析

7.顺序耦合热应力分析

8.完全耦合热应力分析

9.绝热分析