石亦平ABAQUS 有限元分析实例祥解之读后小结

ttksd

第一章 ABAQUS 简介
[1] (pp7)在[开始] →[程序] →[ABAQUS 6.5-1]→[ABAQUS COMMAND]，DOS 提示符下输入命令
Abaqus fetch job = <file name>
可以提取想要的算例input 文件。
第二章 ABAQUS 基本使用方法
[2](pp15)快捷键：Ctrl+Alt+左键来缩放模型；Ctrl+Alt+中键来平移模型；Ctrl+Alt+右键来旋转模型。
②(pp16)ABAQUS/CAE 不会自动保存模型数据，用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外
丢失。
[3](pp17)平面应力问题的截面属性类型是Solid（实心体）而不是Shell（壳）。
ABAQUS/CAE 推荐的建模方法是把整个数值模型（如材料、边界条件、载荷等）都直接定义在几
何模型上。
载荷类型Pressure 的含义是单位面积上的力，正值表示压力，负值表示拉力。
[4](pp22)对于应力集中问题，使用二次单元可以提高应力结果的精度。
[5](pp23)Dismiss 和Cancel 按钮的作用都是关闭当前对话框，其区别在于：前者出现在包含只读数
据的对话框中；后者出现在允许作出修改的对话框中，点击Cancel 按钮可关闭对话框，而不保存
所修改的内容。
[6](pp26)每个模型中只能有一个装配件，它是由一个或多个实体组成的，所谓的“实体”（instance）
是部件（part）在装配件中的一种映射，一个部件可以对应多个实体。材料和截面属性定义在部件
上，相互作用（interaction）、边界条件、载荷等定义在实体上，网格可以定义在部件上或实体上，
对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。
[7](pp26) ABAQUS/CAE 中的部件有两种：几何部件（native part）和网格部件（orphan mesh part）。
创建几何部件有两种方法：（1）使用Part 功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样等特征来直
接创建几何部件。（2）导入已有的CAD 模型文件，方法是：点击主菜单File→Import→Part。网
格部件不包含特征，只包含节点、单元、 面、集合的信息。创建网格部件有三种方法：（1）导入
ODB 文件中的网格。（2）导入INP 文件中的网格。（3）把几何部件转化为网格部件，方法是：进
入Mesh 功能模块，点击主菜单Mesh→Create Mesh Part。
[8](pp31)初始分析步只有一个，名称是initial，它不能被编辑、重命名、替换、复制或删除。在初
始分析步之后，需要创建一个或多个后续分析步，主要有两大类：（1）通用分析步（general analysis
step）可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包含以下类型：
—Static, General: ABAQUS/Standard 静力分析
—Dynamics, Implicit: ABAQUS/Standard 隐式动力分析
—Dynamics, Explicit: ABAQUS/ Explicit 显式动态分析
（2）线性摄动分析步（linear perturbation step）只能用来分析线性问题。在ABAQUS/Explicit 中
不能使用线性摄动分析步。在ABAQUS/Standard 中以下分析类型总是采用线性摄动分析步。
—Buckle: 线性特征值屈曲。

—Frequency: 频率提取分析。
—Modal dynamics: 瞬时模态动态分析。
—Random response: 随机响应分析。
—Response spectrum: 反应谱分析。
—Steady-state dynamics: 稳态动态分析。
[9]（pp33）在静态分析中，如果模型中不含阻尼或与速率相关的材料性质，“时间”就没有实际的物
理意义。为方便起见，一般都把分析步时间设为默认的1。每创建一个分析步，ABAQUS/CAE 就
会自动生成一个该分析步的输出要求。
[10] （pp34）自适应网格主要用于ABAQUS/Explicit 以及ABAQUS/Standard 中的表面磨损过程
模拟。在一般的ABAQUS/Standard 分析中，尽管也可设定自适应网格，但不会起到明显的作用。
Step 功能模块中，主菜单Other→Adaptive Mesh Domain 和Other→Adaptive Mesh Controls 分别
设置划分区域和参数。
[11]（pp37）使用主菜单Field 可以定义场变量（包括初始速度场和温度场变量）。有些场变量与分
析步有关，也有些仅仅作用于分析的开始阶段。使用主菜单Load Case 可以定义载荷状况。载荷状
况由一系列的载荷和边界条件组成，用于静力摄动分析和稳态动力分析。
[12]（pp42）独立实体是对部件的复制，可以直接对独立实体划分网格，而不能对相应的部件划分
网格。非独立实体是部件的指针，不能直接对非独立实体划分网格，而只能对相应的部件划分网格。
由网格部件创建的实体都是非独立实体。
[13]（pp45）Quad 单元（二维区域内完全使用四边形网格）和Hex 单元（三维区域内完全使用六
面体网格）可以用较小的计算代价得到较高的精度，因此应尽可能选择这两种单元。
[14]（pp45）结构化网格和扫掠网格一般采用Quad 单元和Hex 单元，分析精度相对较高。因此优
先 选用这两种划分技术。使用自由网格划分技术时，一般来说，节点的位置会与种子的位置相吻
合。使用结构化网格和扫掠网格划分技术时，如果定义了受完全约束的种子，划分可能失败。
[15]（pp45）划分网格的两种算法：
中性轴算法（Medial Axis）：
（1）中性轴算法（Medial Axis）更易得到单元形状规则的网格，但网格与种子的位置吻合得较差。
（2）在二维区域中，使用此算法时选择Minimize the mesh transition（最小化网格的过渡）可提
高网格质量，但更容易偏离种子。当种子布置得较稀疏时，使用中性轴算法得到的单元形状更规则。
（3）如果在模型的一部分边上定义了受完全约束的种子，中性轴算法会自动为其他的边选择最佳
的种子分布。
（4）中性轴算法不支持由CAD 模型导入的不精确模型和虚拟拓扑。
Advancing Front 算法
（1） 网格可以与种子的位置很好地吻合，但在较窄的区域内，精确匹配每粒种子可能会使网格
歪斜。
（2） 更容易得到单元大小均匀的网格。有些情况下， 单元均匀是很重要的， 例如在
ABAQUS/Explicit 中，网格中的小单元会限制增量步长。

（3） 容易实现从粗网格到细网格的过渡。
（4） 支持不精确模型和二维模型的虚拟拓扑。
[16]（pp50）网格划分失败时的解决办法
网格划分失败的原因：
（1） 几何模型有问题，例如模型中有自由边或很小的边、面、尖角、裂缝等。
（2） 种子布置得太稀疏。
如果无法成功地划分Tet 网格，可以尝试以下措施：
（1） 在Mesh 功能模块中，选择主菜单Tools→Query 下的Geometry Diagnostics，检查模型中
是否有自由边、短边、小平面、小尖角或微小的裂缝。如果几何部件是由CAD 模型导入的，
则应注意检查是否模型本身就有问题（有时可能是数值误差导致的）；如果几何部件是在
ABAQUS/CAE 中创建的，应注意是否在进行拉伸或切割操作时，由于几何坐标的误差，出
现了上述问题。
（2） 在Mesh 功能模块中，可以使用主菜单Tools→Virtual Topology（虚拟拓扑）来合并小的边
或面，或忽略某些边或顶点。
（3） 在Part 功能模块中，点击主菜单Tools→Repair，可以修复存在问题的几何实体。
（4） 在无法生成网格的位置加密种子。
[17]（pp51）网格质量检查
在Mesh 功能模块中，点击主菜单Mesh→Verify，可以选择部件、实体、几何区域或单元，检查其
网格的质量，获得节点和单元信息。在Verify Mesh 对话框，选择Statistical Checks（统计检查）
可以检查单元的几何形状，选择Analysis Checks（分析检查）可以检查分析过程中会导致错误或
警告信息的单元。单击Highlight 按钮，符合检查判据的单元就会以高亮度显示出来。
[18]（pp51）单元类型
ABAQUS 拥有433 种单元，分8 大类：连续体单元（continuum element，即实体单元solid
element）、壳单元、薄膜单元、梁单元、杆单元、刚体单元、连接单元和无限元。
（1） 线性单元（即一阶单元）；二次单元（即二阶单元）；修正的二次单元（只有Tri 或Tet 才有
此类型）。
（2） ABAQUS/Explicit 中没有二次完全积分的连续体单元。
（3） 线性完全积分单元的缺点：承受弯曲载荷时，会出现剪切自锁，造成单元过于刚硬，即使
划分很细的网格，计算精度仍然很差。
（4） 二次完全积分单元的优点：（A）应力计算结果很精确，适合模拟应力集中问题；（B）一般
情况下，没有剪切自锁问题。但使用这种单元时要注意：（A）不能用于接触分析；（B）对
于弹塑性分析，如果材料不可压缩（例如金属材料），则容易产生体积自锁；（C）当单元发
生扭曲或弯曲应力有梯度时，有可能出现某种程度的自锁。
（5） 线性减缩积分单元在单元中心只有一个积分点，存在沙漏数值问题而过于柔软。采用这种
单元模拟承受弯曲载荷的结构时，沿厚度方向上至少应划分四个单元。优点：（A）位移计
算结果较精确；（B）网格存在扭曲变形时（例如Quad 单元的角度远远大于或小于90o），

分析精度不会受到明显的影响；（C）在弯曲载荷下不易发生剪切自锁。缺点：（A）需要较
细网格克服沙漏问题；（B）如果希望以应力集中部位的节点应力作为分析目标，则不能选
用此单元。
（6） 二次减缩积分单元不但保持线性减缩积分单元的上述优点，还具有如下特点：（A）即使不
划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题；（B）即使在复杂应力状态下，对自锁问题也
不敏感。使用这种单元要注意：（A）不能用于接触分析；（B）不能用于大应变问题；（C）
存在与线性减缩积分单元类似的问题，即节点应力的精度往往低于二次完全积分单元。
（7） 非协调模式单元可克服线性完全积分单元中的剪切自锁问题，仅在ABAQUS/Standard 有。
优点：（A）克服了剪切自锁问题，在单元扭曲比较小的情况下，得到的位移和应力结果很
精确；（B）在弯曲问题中，在厚度方向上只需很少的单元，就可以得到与二次单元相当的
结果，而计算成本却明显降低；（C）使用了增强变形梯度的非协调模式，单元交界处不会
重叠或开洞，因此很容易扩展到非线性、有限应变得位移。但使用这种单元时要注意：如
果所关心部位的单元扭曲比较大，尤其是出现交错扭曲时，分析精度会降低。
（8） 使用Tri 或Tet 单元要注意：（A）线性Tri 或Tet 单元的精度很差，不要在模型中所关心的
部位及其附近区域使用；（B）二次Tri 或Tet 单元的精度较高，而且能模拟任意的几何形状，
但计算代价比Quad 或Hex 单元大，因此如果能用Quad 或Hex 单元，就尽量不要使用Tri
或Tet 单元；（C）二次Tet 单元(C3D10)适于ABAQUS/Standard 中的小位移无接触问题；
修正的二次Tet 单元(C3D10M)适于ABAQUS/Explicit 和ABAQUS/Standard 中的大变形和
接触问题；（D）使用自有网格不易通过布置种子来控制实体内部的单元大小。
（9） 杂交单元 在ABAQUS/Standard 中，每一种实体单元都有其对应的杂交单元，用于不可压
缩材料（泊松比为0.5，如橡胶）或近似不可压缩材料（泊松比大于0.475）。除了平面应力
问题之外，不能用普通单元来模拟不可压缩材料的响应，因为此时单元中的应力士不确定
的。ABAQUS/Explicit 中没有杂交单元。
[19]（pp57）在混合使用不同类型单元时，应确保其交界处远离所关心的区域，并仔细检查分析结
果是否正确。对于无法完全采用Hex 单元网格的实体，还可采用以下方法：（A）对整个实体划分
Tet 单元网格，使用二次单元C3D10 或修正的二次单元C3D10M，同样可以达到所需精度，只是计
算时间较长；（B）改变实体中不重要部位的几何形状，然后对整个实体采用Hex 单元网格。
[20]（pp60）三维实体单元类型的选择原则
（1）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Hex 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。
（2）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。在ABAQUS/Explicit 中应选择
修正的Tet 单元C3D10M，在ABAQUS/Standard 中可以选择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。
（3）ABAQUS 的所有单元均可用于动态分析，选取单元的一般原则与静力分析相同。但在使用
ABAQUS/Explicit 模拟冲击或爆炸载荷时，应选用线性单元，因为它们具有集中质量公式，模拟应
力波的效果优于二次单元所采用的一致质量公式。

如果使用的是 ABAQUS/Standard，在选择单元类型时还应该注意：
（1） 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。如果
在应力集中部位进行了网格细化，使用二次减缩积分单元与二次完全积分单元得到的应力
结果相差不大，而二次减缩积分单元的计算时间相对较短。
（2） 对于弹塑性分析，如果材料是不可压缩性的（例如金属材料），则不能使用二次完全积分单
元，否则会出现体积自锁问题，也不要使用二次Tri 或Tet 单元。推荐使用的是修正的二次
Tri 或Tet 单元、 非协调单元以及线性减缩积分单元。
（3） 如果模型中存在接触或大的扭曲变形，则应使用线性Quad 或Hex 单元以及修正的二次Tri
或Tet 单元，而不能使用其它的二次单元。
（4） 对于以弯曲为主的问题，如果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。
（5） 除了平面应力问题之外，如果材料是完全不可压缩的（如橡胶材料），则应使用杂交单元；
在某些情况下，对于近似不可压缩材料也应使用杂交单元。
[21]（pp61）壳单元类型及选择原则
如果一个薄壁构件的厚度远小于其典型结构整体尺寸（一般为小于1/10），并且可以忽略厚度
方向的应力，就可以用壳单元来模拟此结构。壳体问题可分两类：薄壳问题（忽略横向剪切变形）
和厚壳问题（考虑横向剪切变形）。对于单一各向同性材料，一般当厚度和跨度的比值小于1/15 时，
可以认为是薄壳；大于1/15 时，则可以认为是厚壳。对于复合材料，这个比值要更小一些。
按薄壳和厚壳分为：通用壳单元和特殊用途壳单元。前者对薄壳和厚壳均有效；
按单元定义方式可分为：常规壳单元和连续体壳单元。前者通过定义单元的平面尺寸、表面法向何
初始曲率来对参考面进行离散，只能在截面属性中定义壳的厚度，不能通过节点来定义壳的厚度。
后者类似于三维实体单元，对整个三维结构进行离散。
选择原则：
（1） 对于薄壳问题，常规 壳单元的性能优于连续体单元；而对于接触问题，连续体壳单元的计
算结果更加精确，因为它能在双面接触中考虑厚度的变化。
（2） 如果需要考虑薄膜模式或弯曲模式的沙漏问题， 或模型中有面内弯曲， 在
ABAQUS/Standard 中使用S4 单元可获得很高的精度。
（3） S4R 单元性能稳定，适用范围很广。
（4） S3/S3R 单元可以作为通用壳单元使用。由于单元中的常应变近似，需要划分较细的网格来
模拟弯曲变形或高应变梯度。
（5） 对于复合材料，为模拟剪切变形的影响，应使用适于厚壳的单元（例如S4、S4R、S3、S3R、
S8R），并要注意检查截面是否保持平面。
（6） 四边形或三角形的二次壳单元对剪切自锁或薄膜自锁都不敏感，适用于一般的小应变薄壳。
（7） 在接触模拟中，如果必须使用二次单元，不要选择STRI65 单元，而应使用S9R5。
（8） 如果模型规模很大且只表现几何线性，使用S4R5 单元（线性薄壳单元）比通用壳单元更
节约计算成本。
石亦平ABAQUS 有限元分析实例祥解之读后小结
第 6 页共 6 页
（9） 在ABAQUS/Explicit 中，如果包含任意大转动和小薄膜应变，应选用小薄膜应变单元。
[22] 梁单元类型的选择
如果一个构件横截面的尺寸远小于其轴向尺度（一般的判据为小于1/10），并且沿长度方向的应力
是最重要的因素，就可以考虑梁单元来模拟此结构。ABAQUS 中的所有单元都是梁柱类单元，即可
以产生轴向变形、弯曲变形和扭转变形。Timoshenko 梁单元还考虑了横向剪切变形的影响。B21
和B31（线性梁单元）以及B22 和B32 单元（二次梁单元）是考虑剪切变形的Timoshenko 梁单
元，它们既适用于模拟剪切变形起重要作用的深梁，又适用于模拟剪切变形不太重要的细长梁。这
些单元的截面特性与厚壳单元的横截面特性相同。
ABAQUS/Standard 中三次单元B23 和B33 被称为Euler-Bernoulli 梁单元，它们不能模拟剪切变形，
但适合于模拟细长的构件（很截面的尺寸小于轴向尺度的1/10）。由于三次单元可以模拟沿长度方
向的三阶变量，所以只需划分很少的单元就可以得到很精确的结果。
选择原则：
（1） 在任何包含接触的问题中，应使用B21 或B31 单元（线性剪切应变梁单元）。
（2） 如果横向剪切变形很重要，则应采用B22 或B32 单元（二次Timoshenko 梁单元）。
（3） 在ABAQUS/Standard 中的几何非线性模拟中，如果结构非常刚硬或非常柔软，应使用杂交
单元，例如B21H 或B32H 单元。
（4） 如果在ABAQUS/Standard 中模拟具有开口薄壁横截面的结构，应使用基于横截面翘曲理论
的两单元，例如B31OS 或B32OS 单元。

ttksd

第三章 线性静力分析实例
[23] (pp78) 在划分网格之后，我们需要检验网格质量：在主菜单中选择Mesh →Verify，画一个矩形
框来选中所有单元，在弹出的Verify Mesh 对话框中，将Type 设为Analysis Checks, 然后点击
Highlight。在模型中没有单元显示为黄色或红色，这说明网格划分没有问题。窗口底部信息区中显示
了所选区域的单元总数。
[24] (pp80) 如果当前的功能模块是Assembly、Interaction、 Load 或Mesh（处在为装配件划分网
格的状态下），则使用主菜单Tools 定义的面或集合是属于整个装配间的； 而如果当前的功能模块式
Part 或Mesh（处在为部件划分网格的状态下），则使用主菜单Tools 定义的面或集合只是属于此部
件，不能在Assembly、Interaction 或Load 功能模块中使用。因此，创建集合或面时，要注意首
先选择正确的功能模块。
[25] (pp82) 默认情况下，所有在前一个分析步中定义的载荷都会延续到后面的分析步。根据载荷所遵
循的幅值类型，有两种可能：（1）如果载荷所遵循的幅值是基于单个分析步时间的，或者遵循默认的
Ramp 幅值，那么此载荷将保持上一分析步结束时的大小；（2）如果载荷所遵循的幅值是基于所有分
析步的总体时间，那么此载荷将继续遵循此幅值的定义。
[26] (pp82) 在一般分析步中，载荷必须以总量而不是以增量的形式给定。Shear 类型的面载荷方向总
是作用面的切线方向。如果面载荷类型为General，则会完全遵循面载荷向量所定义的方向。
[27] (pp86) 在提交分析作业时，可能会遇到内存超出上限的问题。解决方法：（1）在Job 功能模块
中，点击Create → Continue，在弹出的Edit Job 对话框中，点击Memory 标签页；（2）还可在
ABAQUS 环境文件abaqus_v6.env 中修改，这样就不必在每次创建分析作业时都重新设定这个参数
了。
[28] (pp87) 完成ABAQUS 安装后，可以修改默认的工作目录：点击[开始] →[程序] →[ABAQUS
6.5-1]，在ABAQUS CAE 上点击右键，选择[属性]，然后就可以把[起始位置]修改为所希望的工作目
录（这同时也是ABAQUS/CAE 打开文件时的默认路径）。同样地，可以对ABAQUS Command 和
ABAQUS Viewer 进行类似修改。
[29] (pp89) 通过切面视图来观察模型内部的分析结果 在主菜单中选择Tools→View Cut→
Manager，在View Cut Manager 对话框中可以看到，ABAQUS/CAE 已经建立了三个基于全局坐标
系得切面视图：x-plane、 y-plane 和z-plane，点击其中的某个切面视图前面的小方框，视图
石亦平《ABAQUS 有限元分析实例详解》之读后小结（第二部分）
第 2 页共 4 页
区中会相应地显示出切面的效果。拖动View Cut Manager 对话框中底部的滚动条，可看到切面的位
置会随之移动。点击次对话框中的Create，可以创建新的切面视图。
[30] (pp92) 定义节点路径在主菜单中选择Tools → Path → Create，在Create Path 对话框中点
击Continue， 然后在Edit Node List Path 对话框中点击Add After。在视图区中依次点击所希望
路径上的各个节点，最后点击鼠标中键，在在Edit Node List Path 对话框中点击OK。
[31] (pp92) 沿路径显示分析结果 在主菜单中选择Tools → XY Data → Manager，点击Create，
在Create XY Data 对话框中选择Path，然后点击Continue。在随后弹出的XY Data from Path 对
话框中，设置适当的参数后，点击Plot，视图区中显示节点位移随路径变化的曲线图。点击Save As，
在弹出的Save XY Data As 对话框中点击OK，可将此路径保存。
[32] (pp93) 生成数据报告 在主菜单中选择Report → XY, 在弹出的Report XY Data 对话框中拖
动鼠标，选中所有曲线。点击Setup 标签页，在Name 后面输入报告文件名，然后点击OK。在工作
目录下可以找到生成的报告文件，可用文本编辑器（如Notepad、UltraEdit、EditPlus 等）打开。
[33] (pp94) 在修改部件几何形状时，尽量修改顶点位置或编辑尺寸，而不要创建或删除线段，这样可
以减少对已定义的部件特征、集合和面的影响。
[34] (pp95) 在修改几何模型后，必须对原模型的截面属性、面、集合、载荷、边界条件和约束进行全
面检查，以便确定原模型是否受到影响。
第四章 ABAQUS 的主要文件类型
[35] (pp102) INP 文件格式规则：（1）注释行以**开头；（2）整个文件中不能有空行；（3）除用户子
程序用到的集合或面外，关键词、参数、集合名称和面的名称都不区分大小写；（4）在一行的结尾使
用逗号作为续行符；（5）在关键词和各个参数之间，以及数据行中的各个数据之间都要用逗号隔开。
如果一个数据行中只包含一个数据项，也要在结尾处加上一个逗号；（6）浮点数表示方法：5，5.0，
5.，5.0E+0，.5E+1，50E-1。
[36] (pp105) 如果在定义载荷、边界条件或约束时需要引用节点编号，需要加上相应得实体名称作为
前缀。
[37] (pp105) 所有单元必须被赋予截面属性，因此一般每个单元都会属于至少一个定义在Part 或
Instance 数据块中的集合。
石亦平《ABAQUS 有限元分析实例详解》之读后小结（第二部分）
第 3 页共 4 页
[38] (pp105) 节点集合 和单元集合的名称不得超过80 个字符，且必须以字母（包括下划线）开头。
材料名称也不得超过80 个字符，且必须以字母（不包括下划线）开头。 参数INTERNAL 不是必需
的，它只是表明此集合是在ABAQUS/CAE 中生成的。
[39] (pp107) 对于定义在Assembly 数据块中的集合，其表示方法与定义在Part 或Instance 数据块中
的集合基本相同，只是需要加上参数INSTANCE=<实体名称>。
[40] (pp107) 对于以下列出的分析类型，需要使用关键词*DENSITY 来定义密度：
（1）使用进行特征频率提取分析、瞬态动力学分析、瞬态热传导分析、绝热应力分析或声学分析。
（2）在ABAQUS/Standard 中使用重力载荷、离心力载荷或旋转加速度载荷。
（3）所有使用ABAQUS/Explicit 的分析（流体静力学问题除外）。
[41] (pp108) 边界条件既可以被创建在初始分析步中，也可以被创建在后续分析步中；而载荷不能被
创建在初始分析步中，只能被创建在后续分析步中。
[42] (pp115) 修改和运行INP 文件的几种方法：
（1）使用文本编辑器修改
使用EditPlus 或UltraEdit 等文本编辑软件可以很方便地修改INP 文件。但注意，这种修改不会影响模
型数据库(.cae)文件。有三种方法可以将修改后的INP 文件提交分析：
（a） 在ABAQUS/CAE 中具体方法：在Job 功能模块中，点击Job Manager 对话框中的Create，
在Create Job 对话框中将Source 设为Input file，然后点击Select，选中修改后的INP 文件，
点击Continue，再点击OK。点击Submit 来提交分析，然后点击Monitor 来监控分析过程。
（b） 将INP 文件导入ABAQUS/CAE，创建一个新模型。具体方法：在任何一个功能模块下，点击
主菜单File→Import→Model，选择要导入的INP 文件。在窗口顶部环境栏的Model 下拉列
表中，就会出现与此INP 文件同名的模型。注意：若INP 文件不包含模型的几何信息，则由
INP 文件生成的模型也同样不包含集合信息。
（c） 使用 ABAQUS 菜单命令具 体方法： 点击[ 开始] → [ 程序] → [ABAQUS 6.5-1]
→[ABAQUS Command]，然后在ABAQUS Command 窗口中输入命令
Abaqus job = <INP 文件名称>
（2）使用Edit Keywords 功能修改
在ABAQUS/CAE 任何一个功能模块下，点击主菜单Model→Edit Keywords→<模型名称>，在弹出
的Edit Keywords 对话框中就可以修改INP 文件。但注意：应谨慎使用这种方法，尽量避免模型数
石亦平《ABAQUS 有限元分析实例详解》之读后小结（第二部分）
第 4 页共 4 页
据库与 INP 文件的不一致，尽量使用ABAQUS/CAE 直接修改。
[43] (pp17)用户提交分析作业后，ABAQUS 对各个文件的处理过程：
（1）首先对INP 文件进行预处理，此时按下Ctrl+Alt+Del 键，打开Windows 任务管理器，可看到名
为pre.exe 的进程。预处理过程中出现的错误信息和警告信息会显示在DAT 文件中。
（2）如果在DAT 文件中出现了错误信息，说明在INP 文件中存在严重的错误，ABAQUS 不会开始
分析计算。用户必须修改相应的错误，然后重新分析计算。
（3）如果INP 文件中没有错误，ABAQUS 就会开始分析。在Windows 任务管理器出现相应的进程，
对于ABAQUS/Standard，进程名为Standard.exe；对于ABAQUS/Explicit，进程名为Explicit.exe。
如果希望在分析完成前中止它，可以直接在Windows 任务管理器中点击“结束进程”。
（4）如果ABAQUS/Standard 在分析过程中出现问题，会在MSG 文件中显示相应得错误信息或警告
信息。另外，各个时间增量步的迭代过程也将显示在MSG 文件中。
[43] (pp118) 查看分析过程信息 用户提交分析作业后，在分析过程中生成的STA 文件、MSG 文件
和DAT 文件包含着完整的分析信息。（1）ABAQUS/Explicit 会在STA 文件中列出详细的分析过程信
息，而ABAQUS/Standard 只是简要列出已完成的分析步和迭代收敛的情况。（2）ABAQUS/Standard
会在MSG 文件中详细列出与迭代收敛有关的参数设置和分析过程信息。（3）DAT 文件的前半部分显
示了ABAQUS 对INP 文件进行预处理所生成的信息以及相应的错误信息和警告信息。在提交分析后，
可在此文件中搜索’error’，如果发现这样的错误信息，必须首先根据提示来更正相应的错误，才能顺
利完成分析。ABAQUS/Standard 会在DAT 文件后半部分显示用户所要求输出的分析结果以及模型的
规模、求解所占用的内存和磁盘空间、分析所用时间等内容。
[44] (pp123) 建议读者在环境文件abaqus_v6.env 中添加参数Split_dat=ON，这可将对INP 文件预
处理所生成的信息写入PRE 文件，而不再显示在DAT 文件的开始部分。这样，DAT 文件只用于存放
分析结果数据，可以大大减小DAT 文件的规模，使用户更方便地看到所需要的结果。

ttksd

第五章 接触分析实例
[46] (pp126) 非线性问题分为三种类型：
（1）材料非线性，即材料的应力应变关系为非线性，如弹塑性问题。
（2）几何非线性，即位移的大小对结构的响应发生影响，包括大位移、大转动、初始应力、几何港
性化和突然翻转（snap through）等问题。
（3）边界条件非线性，即边界条件在分析过程中发生变化，如接触问题。
[47] (pp128) 解析刚体截面的图形中只能包含线段、小于180o的弧和抛物线。
[48] (pp129) 对于解析性刚体部件，不需要为其划分网格和设置单元类型，也不需在Property 功能
模块中为其指定材料和截面属性。
[49] (pp129) 在接触分析中，如果在第一个分析步就把全部载荷施加到模型上，有可能分析无法收敛。
建议先定义一个只有很小载荷的分析步，让接触关系平稳地建立起来，然后在下一个分析步中再
施加真实的载荷。
[50] (pp132) 在后处理中，CPRESS 和COPEN 都显示在从面上。
[51] (pp133) 如果法线方向错误，接触分析就无法得到正确的结果。因此当接触分析出现收敛问题时，
可以查看接触面的法线方向是否正确。
[52] (pp136) 在ABAQUS/Standard 中可以通过定义接触面或接触单元来模拟接触问题。接触面分为
三类：(a)由单元构成的柔体接触面或刚体接触面；(b)由节点构成的接触面；(c)解析刚体接触面。
在ABAQUS/Explicit 提供两种算法来模拟接触问题。(a)通用接触算法；(b)接触对算法。提示：
目前的6.8 版本中，ABAQUS/Standard 也具有通用接触算法。
[53] (pp136)在ABAQUS/Standard 模拟接触过程中，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，但主面上的节点可以穿越从面。定义主面和从面的一般规则为：
（1）选取刚度大的面作为主面。这里的“刚度”指材料特性和结构刚度。解析面或由刚性单元构成
的面必须作为主面，从面则必须是柔体上的面（可以是施加了刚性约束的柔体）。
（2）若两接触面刚度相似，则选取粗糙网格的面作为主面。
（3）如果能使两接触面的网格节点位置一一对应，则能使结果更精确。
（4）主面必须是连续的，由节点构成的面不能作为主面。如果是有限滑移，主面在发生接触的部位
必须是光滑的，即不能有尖角。
（5）若主面在发生接触的部位存在尖锐的凹角或凸角，应该在此尖角处把主面分为两部分来分别定
义，即定义为两个面。对于有单元构成的主面，ABAQUS 会自动进行平滑处理。
（6）若是有限滑移，则在整个分析过程中，都尽量不要让从面节点落到主面之外（尤其不要落在主
面的背面），否则容易出现收敛问题。
（7）一对接触面的法线方向应该相反。一般来说，对于三维柔性实体，ABAQUS 会自动选择正确的
法线方向，而在使用梁单元、壳单元、膜单元、绗架单元或刚体单元来定义接触面时，用户往往
需要自己制订法线方向，就容易出现错误。
[54] (pp138) 小滑移也可用于几何非线性问题，并考虑主面的大转动和大变形，更新接触力的传递路
径。小滑移有两种算法：点对面和面对面。后者的应力计算结果精度较高，并且可以考虑板壳

和膜的初始厚度，但有些情况下代价较大。
[54] (pp139) 小滑移问题的接触压强总是根据未变形时的接触面积来计算的，有限滑移问题的接触压
强则是根据变化的接触面积来计算。
[55] (pp139) 设定接触面之间的距离或过盈量有三种方法：
（ 1 ） 根据模型的几何尺寸位置和ADJUST 参数 进入Interaction 模块， 点击主菜单
Interaction→Create，在Edit Interaction 对话框中选中Specify tolerance for adjustment
zone，在其后输入位置误差限度值。
（ 2 ） 使用关键词*CONTACT INTERFERENCE 进 入 Interaction 模块， 点击主菜单
Interaction→Create，点击Edit Interaction 对话框底部的Interference fit。
提示：这种方法类似于施加载荷，不能在initial 分析步中定义，而只能在后续分析步中定义，并
且可以在分析步中改变大小、被激活或被去除。用户需要自己定义一条幅值曲线使之在整个分析
步中从0 逐渐增大到1。位置误差限度必须略大于两接触面间的缝隙。
（3）使用关键词*CLEARENCE 它只适用于小滑移，并且不需要ADJUST 参数来调整从面节点的位
置。ABAQUS/CAE 不支持此关键词，只能手工修改INP 文件。
提示：如果过盈接触是通过节点坐标或*CLEARENCE 来定义的，在分析的一开始全部过盈量就
会被施加在模型上，而且无法在分析过程中改变过盈量的大小。
[56] (pp140) ABAQUS 中接触压力和间隙默认关系是“硬接触”，即接触面之间能够传递的接触压力
的大小不受限制；当接触压力变为零或负值时，两个接触面分离，并且去掉相应节点上的接触
约束。
[57] (pp140) 在对分析步的定义中可以使用下面关键词*CONTACT PRINT 将接触信息输出到DAT 文
件（ABAQUS/CAE 不支持）。CPRESS 和CFN 的区别是：CPRESS 是从面各个节点上各自的
接触压强，而CFN 代表接触面所有节点接触力的合力，它包含四个变量：CFNM、CFN1、CFN2
和CFN3。接触面所有节点在垂直于接触面方向上接触力的合力称为法向接触力。如果接触面是
曲面，就无法由CFN 直接得到法向接触力，这时可以通过各个从面节点的CPRESS 来计算法
向接触力
法向接触力=从面上所有节点的CPRESS 之和 X 从面的面积/从面上的节点数
由法向接触力可以计算库伦摩擦力
摩擦力=法向接触力X 摩擦系数
[58] (pp141) 利用MSG 文件可以查看分析迭代的详细过程，从面节点有开放和闭合两种接触状态。
如果在一次迭代中节点的接触状态发生了变化，称为“严重不连续迭代（SDI）”。
如果分析能够收敛，每次严重不连续迭代中CLOSURES 和OPENINGS 的数目会逐渐减少，最
终所有从面节点的接触状态都不再发生变化，就进入平衡迭代，直至收敛。
如果 CLOSURES 和OPENINGS 的数目逐渐减少，但最终不断重复出现“0 CLOSURES，1
OPENINGS”和“1 CLOSURES，0 OPENINGS”（此处的数字也可以大于1），即所谓“振颤”。
如果 CLOSURES 和OPENINGS 的数目逐渐减少，但减小的速度很慢，达到第12 次严重不连
续迭代后，ABAQUS 就自动减小增量步长，重新开始迭代。如果增大这个最大次数，允许
ABAQUS 多进行几次迭代，就有可能达到收敛。操作方法：进入Step 模块，主菜单Other→
General Solution Controls→Edit，选择相应的分析步，点击Continue，选中Specify，点击
Time Incrementation 标签页，点击第一个More，把Is 由默认的12 改为适当的值，然后点击
OK。
如果希望在 MSG 文件中看到更详细的接触分析信息，可以在Step 模块中选择菜单Output→
Diagnostic Print 然后选中Contact。其相应的关键词是*PRINT, CONTACT=YES。
[59] (pp145) 解决接触分析中的收敛问题：
（1）检查接触关系、边界条件和约束。
（2）消除刚体位移。表5-1 列出了各种模型类型可能出现的刚体位移。
模型类型 刚体位移
三维实体模型
U1、U2、U3（方向1、2、3 上的平移）
UR1、UR2、UR3（关于轴1、2、3 的转动）
轴对称模型
U2（方向2 上的平移）
UR3（关于轴3 的转动，只适用于轴对称刚体）
平面应力模型 U1、U2（方向1、2 上的平移）
平面应变模型 UR3（关于轴3 的转动）
出现刚体位移时，在MSG 文件中会显示Numerical Singularity（数值奇异）警告信息；有
些情况下，还会显示Negative Eigenvalue（负特征值）警告信息。具体操作方法：在
Visualization 功能模块的主菜单中选择Tools→Job Diagnostics，在弹出的对话框中选中
Highlight selections in viewport，可以显示出现了Numerical Singularity 的节点。
（3）一般来说，如果从面上有90o的圆角，建议在此圆角处至少划分10 个单元。
（4）如果接触属性为“硬接触”，应尽可能使用六面体一阶单元（C3D8）。如果无法划分六面
体单元网格，可以使用修正的四面体二次单元(C3D10M)。
（5）避免过约束，即节点的某个自由度上同时定义了两个以上的约束条件。可能造成过约束的
因素有：(a)接触：从面节点会受到沿主面法线方向的约束；(b)边界条件；(c)连接单元；
(d)子模型边界；(e)各种约束。
（6）摩擦系数越大，接触分析就越不容易达到收敛。
[60] (pp145) 解决振颤收敛问题5 种方法：
（1）主面必须足够大，保证从面节点不会滑出主面或落到主面的背面。如果无法在模型中直接
定义足够大的主面，可在关键词*CONTACT PAIR 中使用参数EXTENSION ZONE 来扩
大主面的尺寸。
*CONTACT PAIR, SMALL SLIDING, EXTENSION ZONE=<扩展尺寸>
（2）使用自动过盈接触限度会有助于解决振颤问题，其相应关键词为
*CONTACT CONTROLS, MASTER= <从面>, SLAVE= <主面>, AUTOMATIC TOLERANCES

具体操作：Interaction 模块，主菜单Interaction→Contact Controls→Create，然后点
击Continue，选中Automatic overclosure tolerance，再点击OK。在弹出的Edit
interaction 对话框中，将Contact Controls 设置为已定义的接触控制名称。
（3）主面应足够平滑，尽量使用解析刚性面，而不要用由单元构成的刚性面。对于解析刚性面，
可使用以下关键词来使其平滑
*SURFACE, FILLET RADIUS
对于由单元构成的刚性面，可可使用以下关键词来使其平滑
*CONTACT PAIR, SMOOTH
（4）若只有很少的从面节点和主面接触，则应细化接触面的网格，或将接触属性设置为“软接
触”。
（5）若模型有较长的柔性部件，并且接触压力较小，则应将接触属性设置为“软接触”。
[61] (pp150) 如果模型中有塑性材料，或分析过程中会发生很大的位移或局部变形，或施加载荷后会
使接触状态发生很大的变化，则应设置较小的初始时间增量步。
[62] (pp153) 在创建轴对称部件时，ABAQUS/CAE 要求旋转轴必须是竖直方向的辅助线，而且轴对
称部件的整个平面图都要位于旋转轴的右侧。
[63] (pp157) 在边界条件中给出的位移值是相对于模型初始状态的绝对位移值，而不是当前分析步中
的增量值。
第六章 弹塑性分析实例
[64] (pp166) ABAQUS 默认的塑性材料特性应用金属材料的经典塑性理论。在单向拉伸/压缩试验中
得到的数据是以名义应变nom ε 和名义应力nom σ 表示的，其计算公式
为了了准确地描述大变形过程中截面面积的改变，需要使用真实应力true ε （又称对数应变）和真
实应力true σ ：
( ) ( ) true nom true nom nom ε = ln 1+ε , σ =σ 1+ε
[65] (pp167) 在比例加载时（即加载过程中主应力方向和比值不变），大多数材料PEMAG 和PEEQ
相等。两个量区别：PEMAG 描述的是变形过程中某一时刻的塑性应变，与加在历史有关，而
PEEQ 是整个变形过程中塑性应变的累积结果。
[66] (pp167) 等效塑性应变PEEQ 大于0 表明材料发生了屈服。在工程结果中，等效塑性应变一般
不应超过材料的破坏应变（failure strain）。

[67] (pp169) 在设定关键词*PLASTIC 的塑性数据时，应尽可能让其中最大的真实应力和塑性应变大
于模型中可能出现的应力应变值。
[68] (pp170) 在不影响重要部位分析精度的前提下， 同一个模型中可以混合使用弹塑性材料和弹性
材料。可将关心的部位设置为弹塑性材料，而将不重要的部位设置为线弹性材料。
[70] (pp170) 尽量不要对塑性材料施加点载荷，而是根据实际情况来使用面载荷或线载荷。如果必须
在某个节点上施加点载荷，可以使用耦合约束来为载荷作用点附近的几个节点建立刚性连接，
这样这些节点就会共同承担点载荷。
[71] (pp171) 如果材料是不可压缩的（例如金属材料），在弹塑性分析中使用二次完全积分单元
（C3D20）容易产生体积自锁。如果使用二次减缩积分单元（C3D20R），但应变大于20%~40%
时，需要划分足够密的网格才不会产生体积自锁。因此建议使用单元： C3D8I、C3D8R 和
C3D10M。
[72] (pp173) 在ABAQUS 中进行弹塑性分析的方法非常简单，只需定义弹塑性材料数据，并选择适
当的单元类型即可。
[73] (pp186) 如果刚性部件的几何形状较复杂，无法用解析刚体来建模，就需要使用离散刚体。
[74] (pp186) 二维离散刚体部件只能是Wire 或Point，而三维离散刚体部件可以是Solid、Shell、Wire
或Point，但注意只有对Shell 和Wire 才能将单元类型设置为刚体单元。
[75] (pp186) 离散刚体部件和解析刚体部件一样，也要指定一个参考点，所有边界条件和载荷都要施
加在这个参考点上。
[76] (pp192) 查看诊断信息，判断分析结果的正确性 具体操作方法： 在 Visualization 功能模块
的主菜单中选择Tools→Job Diagnostics，在弹出的Job Diagnostics 对话框中，点击左侧区
域中的加号，可以看到整个分析过程。如果警告信息（如严重不连续迭代SDI）没有出现在各个
增量步的最后一次迭代，那么分析结果就是正确的。
[77] (pp193) 出现应力不连续现象的原因：ABAQUS 直接分析结果是单元积分点上的应力，在后处理
时对其进行外推和平均才得到节点应力。如果某个部位的应力变化剧烈，而网格又比较粗糙，
就可能出现节点应力不连续的现象。在Visualization 功能模块中， 点击主菜单
Result→Options，在弹出的Result Options 对话框中可以设置应力不变量的计算方法。先不
变量在平均方法（选择Compute scalars before averaging）得到的节点Mises 应力偏大，作
为工程分析的结果会更安全。此外，若在所关心的部位看到应力不连续现象，应在此处细化网
格。
[78] (pp198) 子模型是在全局模型的基础上，对局部进行网格细化，作进一步分析，子模型是从全局
模型上切分下来的一部分；子结构是将模型的局部作为一个整体来处理，缩聚其内部自由度，
只保留与外部有连接关系的自由度，从而减小刚度矩阵和质量矩阵的规模和计算量。子结构往
往用于具有相同特征和性质的重复性局部结构。
[79] (pp199) 子模型的驱动变量（driven variable）一般是位移。全局模型在子模型边界上的位移结
果，被作为边界条件来引入子模型。如果全局模型和子模型在子模型边界上的节点分布不同，
ABAQUS 会对全局模型在此处的位移结果进行插值处理。

[80] (pp200) 子模型分析的基本步骤：
（1）完成对全局模型的分析，并保存子模型边界附近的分析结果。
提示：全局模型在子模型边界上的位移结果是否准确，会在很大程度上影响子模型的分析结果
精度。因此要保证全局模型在子模型边界上有足够细化的网格，另外还要尽量选择位移变化不剧
烈的位置作为子模型边界。
（2）创建子模型，定义子模型边界。
（3）设置各个分析步中的驱动变量。
（4）设置子模型的边界条件、载荷、接触和约束。
（5）提交对子模型的分析，检查分析结果。
[81] (pp201) 对于同一个分析步，全局模型和子模型的增量步长可以不同，ABAQUS 会自动对其进行
插值处理（对于大变形分析也没有问题）。此外，选择子模型边界时，要注意避免发生过约束。
第七章 热应力分析实例
[82] (pp210) ABAQUS 可以求解的传热问题有：
（1）非耦合传热分析（uncoupled heat transfer analysis） 即模型温度场不受应力应变场或电场的
影响。可以使用ABAQUS/Standard 来求解。
（2）顺序耦合热应力分析（sequentially coupled thermal-stress analysis） 即应力应变场取决于
温度场，但温度场不受应力应变的影响。可以使用ABAQUS/Standard 来求解。
（3）完全耦合热应力分析（fully coupled thermal-stress analysis） 即应力应变场和温度场之间存
在着强烈的相互作用，需要同时求解。可以使用ABAQUS/Standard 或ABAQUS/Explicit 来求
解。
（4）绝热分析（adiabatic analysis） 即力学变形产生热，而且整个过程的时间极短暂，不发生扩散。
可以使用ABAQUS/Standard 或ABAQUS/Explicit 来求解。
（5）热电耦合分析（coupled thermal-electrical analysis） 即使用ABAQUS/Standard 来求解电流
产生的温度场。
（6）空腔辐射（cavity radiation） 即使用 ABAQUS/Standard 来求解非耦合传热问题时，除了边界
辐射外，还可以模拟空腔辐射。
[83] (pp213) 在ABAQUS 中进行热应力分析的方法非常简单，只需定义线胀系数、初始温度场和分
析步中的温度场即可。
第八章 多体分析实例
[84] (pp239) 刚体部件的4 种建模方法：
（1）创建解析刚体。
（2）创建离散刚体。
石亦平《ABAQUS 有限元分析实例详解》之读后小结
第 7 页共 8 页
（3）创建柔体，然后在此部件和一个参考点之间建立显示体约束（*DISPLAY BODY）。其位移完全
取决于参考点的位移，部件本身只起到图形显示的作用，不影响整个模型的分析结果。具体操作：
在Visualization 功能模块中，点击主菜单Constraint→Manager，点击Create，选择约束类
型为Display body。
（4）创建柔体，然后在此部件和一个参考点之间建立显示体约束（*RIGID BODY）。其位移完全取决
于参考点的位移。
提示：解析刚体和离散刚体的优点是建模过程简单，并且可以减小模型的规模。刚体约束和显
示体约束在本质上是相同的，其共同优点是：只要去掉刚体约束或显示体约束，部件就恢复为柔
体。
[85] (pp227) ABAQUS 模拟多体系统的基本思路是：使用2 节点的连接单元在模型个部分之间建立连
接，并通过定义连接属性来描述个部分之间的相对运动约束关系。
[86] (pp228) 连接点可以是模型中的参考点、网格实体的节点、几何实体的顶点或地面。
[87] (pp232) 对于平移连接属性，两个连接点之间的相对旋转运动分量都是不受约束的；对于旋转连
接属性，两个连接点之间的相对平移运动分量都是不受约束的。
[88] (pp237) 连接单元的作用不仅仅是在两个连接点之间施加运动约束，它还有另外一个重要的作用：
度量两个连接点的相对运动、力和力矩。
[89] (pp239) 应尽量选择参考点作为连接单元的连接点，而不要直接使用Solid 实体的节点，因为具
有旋转属性的连接单元会激活Solid 实体节点上的旋转自由度，如果这些旋转自由度没有得到充
分的约束，就会造成收敛问题。
[90] (pp239) 为整个实体施加刚体约束时，无论实体的类型是Solid、Shell 或Wire，都应将刚体约束
施加在实体的单元上，即选择Body(elements)。
[91] (pp250) 在多体分析中，如果连接属性或边界条件选择不正确，很容易出现过约束。如果ABAQUS
无法自动解决过约束问题，则可能出现以下结果：（1）分析过程无法达到收敛；（2）虽然能够
达到收敛，但出现远远超过正常数量级的刚体位移；（3）虽然能够达到收敛，位移结果也正确，
但某个连接单元反作用力或力矩远远大于应有的值。出现过约束时，在MSG 文件中会显示
Overconstraint Check 和Zero Pivot 等警告信息。提示：ABAQUS/Explicit 不会显示Zero Pivot
等警告信息，因此在进行显示分析前，应首先使用ABAQUS/Standard 进行分析，确保模型中没
有过约束。
[92] (pp250) 一个正确的多体分析模型应满足如下关系：
实体总数 x 6 = 位移边界条件所约束的自由度总数 + 连接单元中受约束的相对运动分量总数
[93] (pp265) 基准坐标系的原点不一定要在连接单元的连接点所在的位置上，只要坐标轴的方向正确
即可。
[94] (pp272) 标记棒（tick mark）是一种类似于弯矩图的显示方法。用标记棒可以显示梁单元分析结
果。对于一维单元，使用标记棒来显示分析结果要比云纹图更加直观。具体操作方法：首先显
示弯矩云纹图，然后点击窗口底部提示区右侧的Contour Plot Options，在Basic 标签页中选
中Show tick marks for line elements。

jiangwj

有电子版吗  我的哥

xww0.1

jiangwj 发表于 2017-2-3 14:29
有电子版吗  我的哥

复制粘贴不是就是电子版了