"Abaqus详细教程.pdf: 前处理、模拟计算和后处理全解析"

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US/Viewer，ABAQUS/CAE）在后处理阶段，使用ABAQUS/Viewer或ABAQUS/CAE来查看模拟计算的结果。这些结果包括应力、应变、位移、温度等物理量的分布情况，以及对应的云图、曲线图等展示。通过后处理过程，我们可以深入理解模型的行为，并做进一步的分析与优化。以上三个步骤中，前处理和后处理主要由ABAQUS/CAE完成，模拟计算则由ABAQUS/Standard或其他求解器处理。在本章中，我们将详细介绍ABAQUS/CAE的使用方法，以及前处理、模拟计算、后处理的具体步骤。在介绍具体步骤之前，首先要明确一个概念——分析模型。什么是分析模型？分析模型是对物理问题的数学描述和数值求解。它包括几何形状、材料性质、加载条件等内容。在ABAQUS中，几何和边界条件等信息由输入文件描述，材料性质由材料库给出，加载条件由步和边界条件定义。尤其重要的是，“部件”和“实例”的概念。在ABAQUS中，“部件”用于描述几何和边界条件，而“实例”用于定义材料、截面和非均匀网格划分等。将“部件”和“实例”组合起来构成了一个完整的分析模型。--------Abaqus-详细教程.pdf" 以上内容概括了ABAQUS的基础知识和分析过程的三个步骤：前处理、模拟计算和后处理。前处理阶段需要定义物理问题的模型并生成ABAQUS输入文件，模拟计算阶段使用ABAQUS/Standard求解数值问题，后处理阶段使用ABAQUS/Viewer或ABAQUS/CAE查看模拟计算的结果。其中，前处理和后处理主要由ABAQUS/CAE完成，模拟计算由ABAQUS/Standard或其他求解器处理。在介绍具体步骤之前，需要明确分析模型的概念，包括几何形状、材料性质、加载条件等内容。在ABAQUS中，部件用于描述几何和边界条件，实例用于定义材料、截面和非均匀网格划分等。将部件和实例组合起来构成一个完整的分析模型。

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位于整体的 1－2 平面内。

2.3.6 分析进程的配置

在生成组件后，就可切换到 Step 模块来配置分析进程，本例是吊架的静力

分析，它在进程中只是单个事件，只需要单一的分析步进行模拟。分析由两步组

成：

· 初始步，施加边界条件即框架结构的约束。

· 分析步，在框架结构的中心施加集中力。

ABAQUS/CAE 会自动产生初始步，但用户必须用 Step 模块来生成分析步。

Step模块允许用户规定分析中任一步中的输出数据。

ABAQUS中有两类分析步：

一般分析步用来分析线性或非线性响应；线性摄动分析步只用于分析线性问

题。

在本例中要定义一个静态线性摄动步，摄动的进一步讨论见第十章的多步分

析。

生成分析步

用 Step 模块在初始分析步之后生成一个静态的线性摄动步的步骤如下：

1. 在 Module 表中点击 Step，进入 Step 模块。

2. 从主菜单条中选 Step→Create，弹出 Create Step 对话框。对话框中所

列各项为一般性操作顺序，默认的分析步名为step－1。

3. 把分析步名改为 Apply load.

4. procedure type 选 Linear perturbation.

5. 在 Create Step 对话框的线性摄动顺序表里选 Static 、 Linear

Perturbation。点击 Continue 弹出 Edit Step 对话框，对话框中是静态线性摄

动分析步的各默认设置项。

6. 取省缺的 Basic 键，在 Description 域里输入 10KN Central load。

7. 点击 Other 键来观看其内容，接受分析步提供的省缺值。

8. 点击 OK 生成分析步，并且退出 Edit Step 对话框。

数据输出要求

有限元分析会输出大量数据。ABAQUS 允许用户控制和管理输出数据，从而只

输出理解计算结果所必需的数据。共有四种输出类型：

· 二进制输出文件，它用于 ABAQUS/CAE 的后处理，这种文件称为 ABAQUS

输出数据库文件，文件后缀为.odb。

·列表形式，输出为ABAQUS 数据文件（.dat）。

·用于后续分析的数据形式，输出为ABAQUS 重启动文件（.res）

·输出为 ABAQUS 结果文件（.fil），是用于第三方软件后处理的二进制文件。

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本例只用到前二种输出类型。

每生成一个分析步，ABAQUS/CAE 就会产生一个省缺的输出要求。省缺情况为

输出.odb 文件。ABAQUS/Standard 用户手册中给出了预选变量表作为输出数据库

的省缺变量。用户不需要作任何事情，接受这些省缺选择即可。用户在使用

Field output Requests Manager 来请求变量输出时，这些变量是对整个模型或

模型的很大的一部分起作用的。它们以相对较低的频率写入输出数据库。而用户

在使用 History output Requests Manager 来请求变量输出时，这些变量是针对

模型的很少的局部如某个节点的位移的，它们以很高频率写入输出数据库。

计算结果也可以用 ABAQUS 数据文件（.dat）的列表形式给出。

在本例中，我们感兴趣的是位移（输出变量 u）。约束处的反力（输出变量

RF）和杆件应力（输出变量S）。在 ABAQUS/Standard用户手册的 4.2.1 节中给出

了有效的输出变量表。目前还不能在 ABAQUS/CAE 里直接要求打印列表结果此时

可以用 Keyword Editor来添加必要的输出请求。

它是一个特别的文本编辑器，允许在提交作业前修改 ABAQUS/CAE 所产生的

输入文件。这样它增加了 ABAQUS/Standard 或 ABAQUS/Explicit 的功能，而这些

功能是当前的 ABAQUS/CAE 版本所不支持的，Keyword Editor 的详情可参考

ABAQUS/CAE用户手册的第13.8.1节。

对本例，用户将检验对.Odb文件的输入请求并接受省缺的配置。用户也可利

用 Keyword Edilor 把位移反作用力和应力的输出要求写入数据文件（.dat）以

作为今后在 Job 模块中讨论的内容。

检查.Odb 文件的输出请求

1. 从主菜单条中选 Output→Field Output Requests→Manager。则 Field

Output Requests Manager 窗口弹出。沿着窗口的左边，按字母排列着输出请求。

窗口顶部是按执行次序排列的所有分析步名字。以这样的方式给出了每一分析步

的输出要求。利用这个对话框，可做以下事情：

·选择将写入输出数据库的变量。

·选择产生输出数据的截面点。

·选择产生输出数据的区域。

·改变写入数据库的数据的次数。

2. 检查所生成的静态、线性摄动分析步的省缺输出请求，并命名它为Apply

load。

点击标有 Created 的小盒，小盒立即变为高亮度，相关的信息在对话框底部

出现：

·所在列对应的分析步类型。

·输出变量表。

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·输出要求的状态。

3.点击窗口右边的 Edit 可看到输出请求的更多细节，此时字符输出编辑窗

弹出，在它的 Output Variables 区列出了所有要输出的变量，若改变了输出请

求，点击 Preselected defaults项就可回到省缺输出设置。

4. 点击输出变量类型旁的箭头可看到究竟是哪些变量输出。从每个类型标

题边的小方框可看到该类型的变量是否都会输出。

若变量充满了小方框，则所有变量都要输出，若变量未充满小方框，则只输

出部分变量。

基于对话框显示的选项，会生成模型中每一个省缺截面点的数据，分析过程

中每一增量步的数据都会写入输出数据库。

5. 若不想修改省缺的输出要求，点击Cancel 键即可关闭字符输出编辑框。

6. 点击 Dismiss 键关闭 Field output Requests Manager对话框。

注：Dismiss 键与 Cancel 键是有区别的，Dismiss 键只出现在不可直接修改

数据的对话框里。如 Field Output Requests Manager对话框允许阅读输出要求，

但不能直接去修改，只能在字符输出编辑框里才能修改输出要求。反之 Cancel

键出现在允许直接修改数据的对话框里，点击 Cancel 键关闭对话框时不存贮修

改内容。

7. 从主菜单条中选 Output→History→Output Requests→Manager 就打开

了进程输出编辑器，可以用类似的方式可看到输出要求的进程记录。

2.3.7 施加边界条件和荷载

边界条件和载荷跟分析步是独立设置的，这意味着必须规定边界条件和载荷

是对哪个分析步起作用的。现在，分析步已被定义，就应当用 Load 模块定义边

界条件和载荷。

施加边界条件

在结构分析中，边界条件加在已知位移处，已知位移为零时就称为约束，已

知位移亦可不为零。

本例中结构的左端是完全约束的，右端垂直方向约束，水平方向可自由移动，

运动方向称为自由度。在 ABAQUS 中平移自由度和旋转自由度的正方向规定如下：

1. 方向 1 的平移：U1

2. 方向 2 的平移：U2

3. 方向 3 的平移：U3

4. 绕轴 1 的旋转：UR1

5. 绕轴 2 的旋转：UR2

6. 绕轴 3 的旋转：UR3

施加边界条件的步骤：

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1. 在 Module 表中点击 Load，进入 Load 模块。

2. 从主菜单条中选 BC→Create，弹出 Create Boundary condition 对话框。

3. 在对话框中做以下操作：

a. 给边界条件起名为 Fixed。

b. 从分析步表中选 Initial 作为激活边界条件步。在 Initial 步中的所有

力学边界条件的大小必须是零。这是由 ABAQUS/CAE 自动强制给定的。

c. 接受 Category 表中的默认选项 Mechanical。

d. 在 Types for Selected Step 表中选 Displacement/Rotation 然后点击

Continue。

提示区会提示用户进一步该做什么，此时会问在何处施加边界条件。用户可

以直接在图形上选择载荷施加点，也可以选择“集”。（模型的一个部分被命名后

称为集。）

对于大型复杂模型，集是十分方便的管理工具，因本例较简单，无需用到集

的概念。

4. 在图形上选左下端作为加载点。

5. 按鼠标中间键或点击提示区中的 Done，表示完成了选择。Edit Boundary

Condition 对话框弹出。在定义初始步的边界条件时，所有的自由度的默认状态

是尚未施加约束。

6. 在对话框中做以下操作：

a. 因为左下端所有的平移自由度均要约束，所以要选中U

和 U

。

b. 点击 OK 即施加边界条件并退出对话框。此时，在左下端出现两个箭头表

示自由度被约束。

7. 重复上述步骤，在右下端加U

约束，该边界条件被命名为Roller。

8. 从主菜单条中选 BC→Manager，则 Boundary Condit Manager窗弹出，从

中可以看到，初始步的边界条件状态是 create， Apply load 步的状态是

propagated。

9. 点击 Dismiss 键关闭 Boundary Condition Manager。

在本例中，所有的约束是整体坐标轴 1 或轴 2 方向的。在许多情况下，约束

方向并不是整体坐标轴方向，此时可定义一个局部坐标系来施加边界条件，在第

5 章用一个斜板例子说明如何做。

施加载荷

在加完约束后就应当在结构的底部加载荷。在 ABAQUS 里，载荷通常是指从

初始状态下使结构响应发生变化的各种因素，如：

·集中力

·压力

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·非零边界条件

·体力

·温度（材料热膨胀特性被定义后）

有时候载荷是专门指力这一类量的（比如 Load 模块的 Load Manager 中的载

荷），即载荷专指集中力、压力和体力而不包括边界条件和温度。这个词汇的实

际含意在讨论的内容中看是十分清楚的。在本例中，在线性扰动步于结构底部的

中点加 10kN 的集中力，其方向是负的 2 方向。当然实际上是不存在集中载荷或

点载荷这样的东西的，载荷总是加在有限大小区域上的，只是当这个有限区域很

小而理想化处理为集中力。

加集中力的步骤：

1. 从主菜单条中选 Load→Manager，则 Load Manager窗口弹出。

2. 在窗口的底部，点击 Create，则 Create Load对话框弹出。

3. 在对话框中做以下操作：

a. 命名载荷为 Force.

b. 选 Apply load 作为载荷施加步。

c. 接受 Category 表中的 Mechanical 默认项。

d. 接受 Type for Seceded Step表中的 Concentrated force默认选项。

e. 点击 Continue.

提示区信息提示用户选择加载处。同施加边界条件一样，既可在图形上直接

选择，也可以从已有集的表上选择加载集。

4. 直接在图形上选结构底部的中点作为加载点。

5. 按鼠标中间键或点击 Done 完成选择。Edit Load 对话框弹出。

6. 在对话框中做以下操作：

a. 在 CF2 处输入－10000。

b. 点击 OK 即完成加载，退出对话框。

7. 在 Load Manager 窗口可观察到 Apply load 步的载荷状态是 Created（被

激活）。

8. 点击 Dismiss 关闭 Load Manager窗口。

2.3.8 网格剖分

本节的任务是用 Mesh 模块剖分有限元网格，用户用 ABAQUS/CAE 的网格生成

技术来剖分网格，确定单元形状和类型。一维问题的网格生成技术只有一种，不

能选择。对二维/三维问题，ABAQUS/CAE 有一系列方法可用。省缺的方法由进入

Mesh 模块时模型的颜色给定。若为桔红色，则没有用户的干预不能剖分。

单元类型配置

单元配置的操作在网格剖分前后均可。

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