abaqus-cae 运用总结

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Abaqus/cae 使用日记
Abaqus标准版共有“部件（part）”、“材料特性（propoterty）”、“装配（assemble）”、“计算步骤（step）”、“交互（interaction）”、“加载（load）”、“单元划分（mesh）”、“计算（job）”、“后处理（visualization）”、“草图（sketch）”十大模块组成。
建模方法：
一个模型（model）通常由一个或几个部件（part）组成，“部件”又由一个或几个特征体（feature）组成，每一个部分至少有一个基本特征体（base feature），特征体可以是所创建的实体，如挤压体、切割挤压体、数据点、参考点、数据轴，数据平面，装配体的装配约束、装配体的实例等等。
1．首先建立“部件”
（1）根据实际模型的尺寸决定部件的近似尺寸，进入绘图区。绘图区根据所输入的近似尺寸决定网格的间距，间距大小可以在edit菜单sketcher options选项里调整。
（2）在绘图区分别建立部件中的各个特征体，建立特征体的方法主要有挤压、旋转、平扫三种。同一个模型中两个不同的部件可以有同名的特征体组成，也就是说不同部件中可以有同名的特征体，同名特征体可以相同也可以不同。部件的特征体包括用各种方法建立的基本特征体、数据点（datum point）、数据轴（datum axis）、数据平面（datum plane）等等。
（3）编辑部件可以用部件管理器进行部件复制，重命名，删除等，部件中的特征体可以是直接建立的特征体，还可以间接手段建立，如首先建立一个数据点特征体，通过数据点建立数据轴特征体，然后建立数据平面特征体，再由此基础上建立某一特征体，最先建立的数据点特征体就是父特征体，依次往下分别为子特征体，删除或隐藏父特征体其下级所有子特征体都将被删除或隐藏。××××特征体被删除后将不能够恢复，一个部件如果只包含一个特征体，删除特征体时部件也同时被删除×××××
2．建立材料特性
（1）输入材料特性参数弹性模量、泊松比等
（2）建立截面（section）特性，如均质的、各项同性、平面应力平面应变等等，截面特性管理器依赖于材料参数管理器
（3）分配截面特性给各特征体，把截面特性分配给部件的某一区域就表示该区域已经和该截面特性相关联
3．建立刚体
（1）部件包括可变形体、不连续介质刚体和分析刚体三种类型，在创建部件时需要指定部件的类型，一旦建立后就不能更改其类型。采用旋转方式建立部件，在绘制轴对称部件的外形轮廓时不能超过其对称轴。
（2）刚体是不能够施加质量、惯性轴等特性的，建立刚体后必须给刚体指定一个参考点（reference point）。在加载模块里对参考点施加约束和定义其运动，对参考点施加的荷载或运动就相当于施加给了整个刚体。
4．模型装配
（1）在装配（assemble）模块里首先建立部件实例（part instance），一个部件实例可以看作部件的代表，但并不是原部件的拷贝。实例一直和原部件保持关联，当原部件几何形状发生变化时，实例也发生相应变化。不能对部件实例直接编辑，一个装配模型可以包含一个部件的多个实例。所有装配模型中的实例都是该装配模型的特征体，在创建第一个实例时所生成的装配模型总体坐标系也是该装配模型的一个实例。
同一个部件中所有特征体在装配模块中对该部件建立实例时会形成一个整体，也即形成了装配模型中一个特征体。选择该实例时，该实例在装配之前原部件中所有特征体都被选择了，原部件中所有特征体在装配后形成了一个整体。
对于各部件的实例，可以在view菜单assembly display options选项里选择instance标签对现有的各实例决定其是否显示在当前视窗中，这一功能对选择视窗中的对象很有帮助。
所有建立的部件实例组成了装配模型新的特征体，在特征体管理器中查看。后续所有模块的操作对象就是所生成的部件实例，也即装配模型中的特征体，而不是原来的部件。
『65』：部件实例有独立的和非独立的两种，缺省状态是非独立实例。独立的实例划分网格时独立划分，与源部件不相关，非独立实例划分网格时和源部件相关联。
（2）在部件模块里定义部件，在材料特性模块来赋予部件材料参数，然而，在使用装配模块将各个部件装配成一个模型时，所操作的对象仅仅是部件实例，而不是部件本身。在交互模块、加载模块和单元划分模块里所操作的对象都是装配集合模型中各个部件的实例。
（3）创建了一个部件实例后，ABAQUS需要生成一个装配体的总体坐标系定位该实例，该装配体的总体坐标系与创建部件时的总体坐标系是两个不同的坐标系。在创建部件基特征体时的绘图（sketch）坐标原点与装配体的总体坐标系原点重合，并且xy坐标平面和装配体总体坐标系xy平面平行。创建了第一个实例后，装配模块会在当前视图中显示出整体坐标系的原点和方向，ABAQUS定位该实例的方法就是将该实例基特征体的坐标原点（绘制平面草图的坐标原点）与装配体总体坐标系原点重合。
（4）定位各个部件实例
除了移动和旋转方法外，装配模块提供了定位各个部件实例的工具集，通过选择实例的面或边来定位。可以选择部件实例的面或边移动，成为移动部件实例，也可以选择面或边固定，成为固定部件实例。常见的定位标准包括：平行面、面对面、平行边、边对边、共轴、点重合、坐标系平行、接触。各定位标准之间互不影响，可以用新的定位标准替换原定位标准使实例重新定位。
平行面：两个选择的面相互平行
面对面：选择的两个面相互平行并且有一个给定的间距
平行边：所选择的两个边相互平行
边对边：所选择的两个边相互平行并且有一个给定的间距或者两个边共线
共轴：两个选择的面轴线重合
每一个定位标准都作为装配模型的特征体而保存，可以在特征体管理器里进行编辑，也即用来定位的面、边、点、轴、坐标系都成为了装配体的特征体。
5．定义分析步骤：
（1）对模型施加荷载和边界条件之前或者定义模型的接触问题之前，必须定义不同的分析步骤。然后可以指定在哪一步施加荷载，在哪一步施加边界条件，哪一步去定相互关联。
创建了分析步骤后，CAE会选择分析过程相应的输出变量，选择变量写入输出结果文件数据库的频率。
(2)CAE缺省地创建初始步（initial）
分析步骤创建完成后自动生成了输出结果管理器
(3)输出结果要求
ABAQUS求解器通常计算每一个增量步许多变量值，而往往我们只对其中某一小部分计算数据感兴趣，软件提供了指定要输出到计算结果数据库中的某些变量结果的功能。输出要求包括一下一些信息：
（a）所需要的变量或者变量分量；
（b）模型中某一特定区域和积分点的计算结果；
（c）写到计算结果数据库中各变量值的写入频率；
建立了第一分析步后，CAE缺省地选择和相应的分析过程中输出变量集。缺省的情况下，CAE输出模型中每个节点或积分点的计算值。
●场变量输出（field）和历程输出（history）
（a）场变量输出：
在通常情况下，后处理模块采用变形形状、等直线或矢量图来看实时输出结果，由ABAQUS生成的实时输出结果数据库文件都很大，因此可以通过输出要求来限制结果数据库的大小。
（b）历程输出：
ABAQYUS对模型中指定点产生历程输出数据。在大多数情况下可以使用后处理模块在XY坐标系中查看历史输出结果。结果的输出频率依赖于如何使用计算生成的各种数据，输出频率可以很高。可以建立历史输出要求，通过该要求限制历史输出频率。在建立历史输出要求时可以指定某一个独立的变量写入输出结果数据库。
●输出要求的传递（propagate）
创建了第一个分析步后，ABAQUS自动创建一个缺省的场变量输出要求和历程输出要求，并将其传递给其后创建的分析步。
●通用分析步（general step）和线性干扰分析步（linear perturbation step）
分析步包括通用步和线性干扰步两大类，对第一个建立的通用步和线性干扰步ABAQUS自动建立一个缺省的实时输出结果要求和历史输出结果要求。这两种要求都可以传递给其后的分析步，当在已有的分析步中插入新的通用分析步或者线性干扰分析步时，其上一个分析步相应的输出结果要求会自动传递给该分析步。如果在所有已有分析步之前插入一个新的分析步，ABAQUS将不会建立一个缺省的结果输出要求给该新的分析步，这时可以创建一个新的结果输出要求，也可以在结果输出要求管理器中将该分析步的下一分析步输出结果要求移动到该分析步。
如果删除一个分析步，相应的结果输出要求以及其后由该步传递的各分析步的输出结果要求都将被删除。如果某一个分析步没有相应的结果输出要求，在计算模块（job）里生成输入文件时将会给出警告。
输出文件用于从计算结果中绘制变形形状，等直线。
输出文件管理器是依赖于步骤管理器而存在的，
6．选择监视自由度
可以定义模型中选定部分的特殊单元和节点集合，对这些集合可以在属性模块中分配断面特性、在交互模块中创建接触节点和表面集合的接触对、在加载模块中加载和施加边界条件、在步骤模块中指定输出文件要求、在显示模块中显示特定区域的计算结果。
7．在交互模块中创建接触表面用于相互作用的接触问题
在复杂的接触模型中首先要要用表面工具集创建接触接触表面集合供后面指定主从接触表面是选择方便，但是如果模型简单，接触表面很容易选择就无需创建接触表面，可以直接从模型中选择。当创建一个曲面接触面，必须指明是内表面还是外表面，可以通过所给出的矢量箭头确定。一个表面集合中可以有多个表面，从表面集合管理器中可以查看各表面集合。
8．建立交互作用特性
交互作用是用来建立模型中接触表面或相距很近的表面之间力学关系的对象。可以建立一系列交互作用特性，它和交互作用相互独立，每个交互作用都可以被分配到交互作用特性。交互作用特性共有三种：接触特性（contact）、膜条件特性（file condition）、激励和传导特性（actuator/sensor）
接触交互作用特性可以是切向接触和法向接触，接触面间可以是有摩擦、无摩擦和阻尼接触，还可以相互间分离。接触交互作用特性中通常包含阻尼、热传导、热辐射、摩擦生热等信息。接触交互作用特性可以被通用接触、面对面接触或自我接触等交互作用引用。
膜条件交互作用特性定义膜层传热系数为温度的函数。膜条件特性只能被膜条件交互作用引用。
9．建立交互作用
交互作用依赖于所建立的分析步。建立交互作用时必须指定主作用面和从作用面。对于主、从作用面可以从已经创建的作用面集合中选择，也可以从视窗中直接选择。
10．施加边界条件和荷载
在加载模块（load）中施加边界条件和荷载。施加边界条件也依赖于说建立的分析步。
实体单元（solid element）只有平动自由度，没有转动自由度，所以施加边界条件时只需约束起平动自由度即可。对于分析刚体来说，约束只能施加给分析刚体的参考点。
缺省的情况下，ABAQUS将边界条件传递给其后的每一个分析步。对每一个分析步中的边界条件可以进行编辑和修改。
11．网格划分
（1）进入单元划分模块后，ABAQUS的颜色代表该模型中不同区域适合用哪种方法就行单元划分。绿色表示可以可以采用结构法划分，黄色表示可以用旋转扫描法划分，橙色表示该区域不能用缺省的单元（实体单元缺省的单元为六面体单元hexahedral）形状进行单元划分，必须对该区域进行分解后才能用缺省的单元形状进行单元划分。当然，可以采用四面体单元（tetrahedral）利用只有网格技术对任何形状的模型区域进行单元划分。
（2）分解模型（partition）
可以对模型中的边（edge）、面（face）和体（cell）进行分解。用来将边、面、体分解成更小部分的点、边、面都成为模型中的特征体，这些特征体和其他特征体一样可以在特征体管理器中查看。（如：将一个体分解成两部分需要用一个面将体切割成两部分，这个面就成了模型中一个新的特征体。）
分解一个体的方法有五种，也即有五种分割特征体可以将一个特征体分解：定义切割面（define cutting plane）、使用数据平面（use datum plane）、延伸平面（extended face）、挤压或旋转边（extrude/sweep edges）、N-sided patch。
一次分解操作仅仅只是将被分解的对象分解成两部分，并不能改变被分解对象所在特征体（部件实例）的整体性，也即原特征体或其上的某一组成部分被分解一次，该特征体并不会被分解成两部分。
（3）单元划分控制
不能对刚体进行单元划分。在mesh control中指定单元类型（六面体单元、四面体单元等等）和单元划分方法（结构划分法（structured）、自由划分法（free）、旋转划分法（sweep）等等）。操作的对象是被分解后的边、面、和体，可以对同一实例（装配模型的特征体）分解后产生的不同边、面、体分别采用不同的单元划分方法，指定不同的单元类型。
（4）分配单元类型
选择单元库（standard、explicit）、确定线性单元（linear）或者二次单元（quadratic）、确定这两种单元的特性：杂交元（hybrid formulation）、缩步积分（reduced integration）、非协调单元模式（incompatible modes）。操作的对象是被分解后的边、面、和体，可以对同一实例（装配模型的特征体）分解后产生的不同边、面、体分别指定不同的单元库、单元特性等。
（5）指定单元大小
指定划分单元的近似尺寸。操作的对象是被分解后的边、面、和体。
（6）划分单元
操作对象是整个实例（装配体的特征体）
12．提交工作

13．画布对象
画布可以看作是一个无限的屏幕或黑板，在上面可以布置各种对象。
画布对象包括三大类：视窗、画布文字注释、画布箭头注释。
（1）视窗是画布上显示模型和分析结果的对象。可以画布上随意建立和删除视窗，控制其尺寸、位置和外观，但是画布上至少有一个视窗对象，不能全部删除所有的视窗对象。
（2）文字注释和箭头注释只能根据画布定位，与视窗无关，可以在视窗之内也可以在视窗之外，移动视窗对文字和箭头注释的位置没有任何影响，但是可以调整他们的位置使得他们处于视窗之中。

14．草图模块（sketch）
草图是二维的剖面图，可以用于生成三位部件。在草图模块中可以定义平面部件、梁、或者分割体用于挤压、平扫、旋转等方法形成三维部件。在草图模块中也可以定义与特征体无关的独立的二维平面断面图。
15．后处理文件输出
(1) *File Output：定义输出到结果文件
File Output选项可以输出节点、单元、整体数据到选定的文件。*EL FILE、*ENGERGY FILE和*NODE FILE 选项必须和*FILE OUTPUT选相联使用。

ABAQUS输入文件（input file）
ABAQUS输入文件包含模型数据和历史数据。模型数据定义有限元模型：单元、节点、单元特性、材料定义等等。模型数据用来组织生成部件，部件经过装配后生成各种模型。
历史数据定义对模型的操作，即求解模型响应所需要的时间顺序或加载情况等。在ABAQUS里将这个历史过程分解为不同的分析步。每一个分析步都是某一特定类型的响应，如静载、动力响应，土体瞬时固结等等。分析步的定义必须包括过程类型（静态应力分析、热传导分析等）、时间积分和非线性求解控制参数、荷载和输出控制。
非线性求解步和线性慑动分析步
ABAQUS中的非线性求解步和线性慑动分析步有着明显的差别。非线性分析步定义一系列事件，上一个非线性步必须为下一个非线性步提供初始条件。线性慑动分析步提供了系统基本状态（BASE STATE）的线性响应，基本状态也就是优先于线性慑动分析步的最后一个非线性分析步。
每一个非线性分析步都必须把前一个非线性分析步的状态作为自己的初始条件。例如，动力分析可以不加载，动力响应主要来自静力分析步中所储存应变能的释放。
（2）计算结果输出到data file或者results file
所给定的场变量或历程变量可以通过下面Keyword写入.dat文件，但是不能在CAE中实现。
*CONTACT PRINT *EL PRINT *ENERGY PRINT *INTERACTION PRINT *MODAL PRINT *NODE PRINT *SECTION PRINT

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