有限元分析系统ABAQUS中的特征技术
ABAQUS简介
ABAQUS是一套功能强大的基于有限元方法的工程模拟软件ABAQUS是一套功能强大的基于有限元方法的工程模拟软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到极富挑战性的非线性模拟等各种问题。
ABAQUS具备十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库;ABAQUS也具有相当丰富的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩的弹性泡沫，以及地质材料，例如土壤和岩石等。
作为一种通用的模拟工具，ABAQUS不仅能够解决结构分析(应力/位移)问题。
而且能够模拟和研究包括热传导、质量扩散、电子部分的热控制(热电耦合分析)、声学分析、岩土力学分析(流体渗透/应力耦合分析)及压电介质分析等广阔领域中的问题。
ABAQUS为用户提供了广泛的功能，使用起来又非常简单。
即便是最复杂的问题也可以很容易地建立模型。
例如，对于复杂多部件问题，通过对每个部件定义合适的材料模型，然后将它们组装成几何构形。
对于大多数模拟，包括高度非线性问题，用户仅需要提供如结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况这些工程数据。
在非线性分析中，ABAQUS能自动选择相应载荷增量和收敛限度。
他不仅能够选择合适参数，而且能连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。
用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算结果。
ABAQUS 有两个主求解器模块— ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit。
ABAQUS 还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块— ABAQUS/CAE 。
ABAQUS 对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。
ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。
ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。
abaqus有限元分析过程
一、有限单元法的基本原理有限单元法（The Finite Element Method）简称有限元（FEM），它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。
它在工程技术领域中的应用十分广泛，几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问题都可用它求得满意的数值结果。
有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为整。
即应用有限元法求解任意连续体时，应把连续的求解区域分割成有限个单元，并在每个单元上指定有限个结点，假设一个简单的函数（称插值函数）近似地表示其位移分布规律，再利用弹塑性理论中的变分原理或其他方法，建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系，得到一组以结点位移为未知量的代数方程组，从而求解结点的位移分量. 进而利用插值函数确定单元集合体上的场函数。
由位移求出应变, 由应变求出应力二、ABAQUS有限元分析过程有限元分析过程可以分为以下几个阶段1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型――有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。
有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。
但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。
2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。
由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。
下列的功能模块在ABAQUS/CAE操作整个过程中常常见到，这个表简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块。
“Part（部件）用户在Part模块里生成单个部件，可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部件。
ABAQUS非线性分析
ABAQUS非线性分析简介ABAQUS是一种广泛使用的有限元分析软件，可以进行包括线性和非线性分析在内的各种工程问题的模拟和求解。
本文将重点介绍ABAQUS中的非线性分析方法和技术。
非线性分析概述在工程实践中，许多问题涉及到材料的非线性行为，如塑性变形、接触问题、接触力等。
非线性分析方法可以更准确地描述和处理这些问题。
ABAQUS中的非线性分析包括几个主要的方面：1.材料非线性：材料的非线性行为通常通过使用适当的本构模型来表示。
ABAQUS提供了多种材料本构模型，如弹塑性、细观弹塑性、强化材料等。
2.几何非线性：在分析中，结构的几何形状和尺寸可能发生较大变化，如大变形、大变位。
ABAQUS可以处理这些几何非线性问题。
3.接触非线性：在接触分析中，结构的不同部分可能接触或相互分离。
ABAQUS提供了多种接触算法和方法，如无限接触、有限接触等。
4.非线性动力学：对于动态分析问题，结构在振动、冲击或爆炸等外界作用下可能出现非线性响应。
ABAQUS支持非线性动力学分析。
非线性分析步骤进行ABAQUS非线性分析通常需要以下步骤：1.建立几何模型：使用ABAQUS的建模工具，如CAE或命令行，创建结构的几何模型，并定义边界条件和加载。
2.材料建模：选择适当的材料模型，并定义材料的弹性和非线性性质。
根据需要，可以设置材料的非线性行为，如屈服、硬化等。
3.加载和约束：定义结构的加载条件和边界约束。
可以应用静态、动态、温度等各种类型的加载。
4.网格划分：将结构网格化为有限元网格，ABAQUS提供了多种网格划分算法和工具。
5.求解和后处理：提交计算任务后，ABAQUS将解析结构的行为，并输出结果。
可以使用ABAQUS提供的后处理工具进行结果的可视化和分析。
非线性分析注意事项在进行ABAQUS非线性分析时，有一些注意事项需要特别关注：1.材料模型选择：选择适当的材料模型对于准确描述物体的非线性行为非常重要。
根据具体问题的特点，选择合适的材料模型。
abaqus软件介绍
数值模拟的基本步骤
（1）建立数学模型--基本守衡方程 （2）建立物理问题模型--前处理建模 （3）离散方程--选择离散方法和格式 （4）求解方程--选择求解算法 （5）编制、调试程序 （6）研究结果--后处理 （7）改进模型或提出指导方案
二维热传导
D C Conductivity = 52W/m/oC Film coefficient = 750W/m2/oC Boundary conditions: θ= 100oC C along AB Heat flux = 0 along DA Convection to ambient temperature of 0oC along BC and CD Objective: Find q at E Target solution: 18.3oC at E
ABAQUS /CAE 用户界面
1 可以用于建模、 管理和监控分析 过程，并进行结 果的可视化处理。 2 类似CAD，基 于部件装配实体 的概念 3 可以从其它系 统中导入模型或 网格。
求解器
ABAQUS/STANDARD|ABAQUS/EXPLICIT 为用户提供两种互补的分析工具。 ABAQUS/STANDARD是一个通用分析模 块，它能求解广泛领域的线性和非线性 问题，包括静力、动力、构件的热和电 响应。 ABAQUS/EXPLICIT采用显示动力学有限 元格式，适用于模拟短暂、瞬时的动态 事件，如冲击和爆炸问题。
1.0
E 0.5 y A x B 0.2
使用软件分析的优势
有限元软件的介绍
三种数值分析方法：有限元方法，有限 差分，有限体积方法 有限元分析是对结构力学分析迅速发展 起来的一种现代计算方法。 有限元分析软件目前最流行的有： ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比 较知名比较大的公司。
ABAQUS钢筋混凝土有限元分析
ABAQUS钢筋混凝土有限元分析钢筋混凝土作为一种常见的建筑材料，在建筑、交通、水利等领域得到了广泛应用。
然而，钢筋混凝土结构在服役期间会受到多种复杂荷载的作用，导致结构性能退化甚至破坏。
因此，对钢筋混凝土结构进行精确的分析和模拟至关重要。
ABAQUS是一款强大的工程仿真软件，能够模拟各种材料和结构的力学行为。
本文将介绍如何使用ABAQUS 对钢筋混凝土进行有限元分析。
ABAQUS是一款专业的有限元分析软件，它提供了丰富的材料模型库和边界条件设置功能，可以模拟各种复杂结构的力学行为。
ABAQUS具有强大的前后处理功能，用户可以通过直观的界面进行模型构建、材料属性设置、边界条件施加等操作。
同时，ABAQUS还提供了强大的数据分析和可视化工具，方便用户对模拟结果进行详细分析。
钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种材料组成的复合材料。
混凝土是一种抗压强度高、抗拉强度低的材料，而钢筋具有较高的抗拉强度和塑性。
将钢筋嵌入混凝土中，可以提高结构的抗拉强度、抗压强度和韧性。
钢筋混凝土还具有较好的耐久性和防火性能。
在有限元分析中，需要对钢筋混凝土的力学性能进行适当简化。
通常假定混凝土为各向同性材料，钢筋为弹塑性材料。
同时，还应考虑混凝土的裂缝、损伤以及钢筋与混凝土之间的粘结和滑移等因素。
在ABAQUS中，可以对钢筋混凝土结构进行详细的有限元分析。
需要建立合适的计算模型，包括几何模型、材料属性、边界条件和荷载等。
模型建立完成后，可以通过ABAQUS的求解器进行计算，得到各节点位移、应力、应变等结果。
通过对计算结果的分析，可以评价结构的性能和安全性。
例如，可以通过应力和应变分布情况，分析结构的整体和局部稳定性、裂缝分布及扩展等。
还可以观察钢筋与混凝土之间的粘结性能以及评估结构的耐久性。
本文介绍了如何使用ABAQUS对钢筋混凝土进行有限元分析。
通过建立合适的计算模型，设置材料属性和边界条件，以及进行求解计算，可以得到结构的详细应力、应变和位移分布情况。
基于ABAQUS的反力平台工况有限元分析
基于ABAQUS的反力平台工况有限元分析基于ABAQUS的反力平台工况有限元分析反力平台是一个用于测试车辆制动系统性能的设备，它通过施加不同的制动力和速度来测试车辆的刹车表现。
在运行过程中，反力平台必须承受大量的载荷，所以需要进行有限元分析来确保其强度和稳定性。
本文将介绍如何使用ABAQUS进行反力平台的有限元分析。
首先，需要绘制反力平台的三维模型。
模型中应包括支撑结构、刹车片、测试轮胎等关键部件。
在绘制模型时应注意准确反映反力平台的实际情况，包括尺寸、材料、连接方式等。
接下来，应根据实际使用条件设置载荷。
反力平台的主要载荷是来自汽车制动系统的制动力和制动时间，在有限元分析中可以将这些载荷分别设置为分布力和控制荷载。
其中，分布力是沿着支撑结构的方向施加，控制荷载则可以通过ABAQUS的控制台进行调整。
模拟载荷施加后，应对模型进行网格划分。
网格质量的好坏对有限元分析的准确性有着很大的影响。
在划分网格时应注意使网格数量适中，避免出现太稀疏或太密集的情况。
同时，考虑到反力平台的复杂形状，可采用ABAQUS的自适应网格技术，在关键部位设置更加精细的网格。
在网格划分完成后，可以进行反力平台的有限元分析。
通过计算模型在载荷作用下的应力和变形，可以评估其强度和稳定性。
在评估过程中，应注意模型在各种实际使用条件下的表现，比如制动力、速度、温度等因素对模型的影响。
最后，通过有限元分析得出的结果可以用来指导反力平台的优化设计。
比如，如果模型在受到高强度载荷时产生了过大的应力，可以对其结构进行优化改进，提高其承载能力。
此外，可以根据分析结果对反力平台的使用方法和维护要点进行调整，以保证其长期稳定性和安全性。
综上所述，基于ABAQUS的反力平台工况有限元分析可以帮助我们评估反力平台在实际使用情况下的表现，提高其设计和使用的效率和安全性。
同时，该方法也可以应用于其他类似的结构性设备的分析和优化设计。
数据分析是从大量的数据中去提炼有价值的信息和知识的过程。
ABAQUS有限元软件使用知识共28页文档
ABAQUS/CAE6.4界面
C：创建一个新 的分析模型
O：打开以前存 储过的模型或输 出数据库文件
R：打开一个包 含ABAQUS/CAE 命令的文件
S：从在线文档 中启动辅助教程
主窗口的组成部分
用户通过主窗口与 ABAQUS/CAE进行交 互。主窗口的组成部 分如下：
标题栏（Title bar） 菜单栏（Menu bar） 工具栏（Toolbar） 环境栏（Context bar）
ABAQUS模型通常由若干不同的部分组成，他们共同描 述了所分析的物理问题和需要获得的结果 一个分析模型至少要包含如下的信息： 离散化的几何形体（discretized geometry） 单元截面属性（element section properties） 材料数据（material data） 载荷和边界条件（loads and boundary conditions） 分析类型（analysis type）和 输出要求 （output requests）
常用的一些有限元软件介绍
ALGOR:大型通用有限元分析， 机械动力仿真软件
ADINA:大型有限元分析软件
ANSYS: 大型通用有限元软件
ABAQUS：大型有限元软件, 广泛模拟性能,杰出的非线性 分析能力
NASTRAN:大型通用有限元分 析软件
FEMLAB: 功能强大的专业有 限元软件包---多重物理量耦 合分析
有限元法的简单回顾
任何有限元模拟的第一步都是用一个有限单元 （finite element）的集合来离散（discretize） 结构的实际几何形状，每一个单元代表这个实 际结构的一个离散部分。
这些单元通过共同节点（node）来连接。节点 和单元的集合称为网格（mesh）。在一个特定 网格中的单元数目称为网格密度（mesh density）。 在应力分析中，每个节点的位移是ABAQUS计 算的基本变量。一旦节点位移已知，这个单元 的应力和应变就可以很容易求出
CAE有限元分析软件-abaqus介绍资料
单元 使用 Abaqus/CAE 能够为部件的区域指定相应的单元类型，并支持 Abaqus/Standard 和 Abaqus/Explicit 里面的全部单元类型，包括定义高级选项，如自适应网格和单元算法选项。 剖面 剖面管理器允许对梁截面进行创建、修改、复制、重命名和删除操作
蒙皮 三维部件的表面或二维部件的边，能用壳单元或者薄膜单元来覆盖，这些单元与下层的 实体单元共节点。 分析步骤 根据需要，用户可将全部的加载历史分割成多步，有相应的分析类型、载荷、边界条件、 接触等与之对应。 接触 接触模块允许在部件实例之间定义相互作用的关系以及约束。通过直观的界面操作可以 定义各种接触方式：如面面接触、自接触等，并定义机械接触或热接触的接触性质。约束有 许多形式一体、显示体、耦合和捆绑连接等。连接单元、界面热辐射、对流换热条件和弹性 地基也都可以在该模块中定义。 预设条件 施于模型上初始条件、加载过程和边界条件均可在载荷模块中定义，并在 CAE 中显示。
后处理
将云图、曲线、矢量等以显示、图片、动画的形式输出、还可以显示立体切片、透明及 半透明等形式
用户界面定制
根据用户不同需求进行个性化界面开发、方便用户进行流程化分析
结构分析
静态、准静态
各类工程结构、零件及装配件间的强度校核等
振动、模态分析
结构固有频率的提取、瞬态响应分析、DDAM、稳态响应分析、随机响应分析、复特 征值分析等
梁截面显示功能
网格划分工具 Abaqus/CAE 提供了复杂的分网工具、用户能够精确地创建各种一维、二维和三维网格。
无与伦比的 Abaqus 求解器
分析特性 Abaqus/CAE 允许 Abaqus 的分析特性定义在几何模型上，也能直接运用于导入的网格， 使得用户最大限度的灵活处理同时包括几何体和网格体的混合模型。 集合 集合包括针对几何体的几何集和针对导入网格体的节点集和单元集。当创建分析工作 时，任何与一个几何集相关的节点和单元将包括在对应的节点集和单元集中。 材料 能够为 Abaqus 的各种材料模型创建数据，并提供工具帮助你确定实验数据的精度。
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2006年 工 程 图 学 学 报2006第5期 JOURNAL OF ENGINEERING GRAPHICS No.5有限元分析系统ABAQUS中的特征技术张玉峰1，朱以文1，丁宇明2（1. 武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉 430072；2. 武汉大学城市设计学院，湖北武汉 430072）摘要： ABAQUS是目前最先进的大型通用非线性有限元分析系统，也是唯一应用了特征技术的有限元分析软件。
通过剖析其特征技术应用的特点及其问题，对自主开发基于特征的有限元建模软件具有重要的参考价值。
首先介绍了ABAQUS中基于零件和装配概念的有限元模型的建模方式，其次分析研究了ABAQUS前处理模块ABAQUS/CAE中的特征技术及其应用特点，具体分析并总结了其形状特征的分类及生成方法，剖析了ABAQUS 中分析属性（分析类型、材料、载荷和边界条件等）与特征之间的关系，网格生成与特征之间的关系，最后指出了其特征技术应用存在的不足和缺陷，并给出了进一步改进的一些建议。
关键词：计算机应用；特征技术；分析；ABAQUS软件；特征造型；有限元分析；形状特征；分析属性特征；系统集成中图分类号：TP 391文献标识码：A 文章编号：1003-0158(2006)05-0142-07Feature Technology of Finite Element Analysis System ABAQUSZHANG Yu-feng1, ZHU Yi-wen1, DING Yu-ming2( 1. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan Hubei 430072, China; 2. School of Urban Design, Wuhan University, Wuhan Hubei 430072, China )Abstract: Nowadays, ABAQUS is the most advanced finite element analysis system for solving non-linear problems in the world. It is also only one finite element analysis system which applies feature technology. Studying its characteristics and some problems of feature technology application is very important for developing feature-based finite element modeling software by ourselves. Firstly, this paper introduces the modeling mode of ABAQUS which is based on the conceptions of part and assemble, secondly, studies feature technology and its applications in ABAQUS/CAE——the preprocessing module of ABAQUS, concretely analyzes and summarizes the category of form feature and its generation methods, especially studies relationship between form feature and analysis attribute feature (analysis type, material, load and boundary conditions etc.), relationship between form feature and mesh generation, finally, the paper points out that ABAQUS has some deficiencies in applying feature technology, and provides some advice for improving the functions of ABAQUS.Key words: computer application; feature technology; analysis; ABAQUS; feature-based modeling; finite element analysis; form feature; analysis attribute feature; system integrating收稿日期：2006-04-30作者简介：张玉峰（1966-），男，甘肃礼县人，副教授，博士，主要研究方向为CG&CAD，结构工程，基于数字影像和激光扫描的三美国的非线性有限元力学分析软件ABAQUS[1]~[4]以非线性分析的专长而著称，其最新版本ABAQUS 6.4-2是目前普遍公认的世界上最先进的大型通用非线性有限元力学分析软件。
其核心模块主要有3个，即两个主分析模块：ABAQUS/Standard、ABAQUS/Explicit和一个集成化的人机交互图形工作界面ABAQUS/CAE（a Complete Abaqus Environment，一个完整的集成化工作环境），其中ABAQUS/Standard是通用分析模块，ABAQUS/Explicit是显式分析模块，ABAQUS/CAE是前后处理模块。
ABAQUS/CAE一个显著的特点是采用了当前最先进的CAD建模方式——基于特征的参数化建模方式来建立其几何模型，也是目前唯一提供这种几何建模方法的有限元前处理程序。
作者旨在通过剖析ABAQUS/CAE中的特征技术应用特点，从而揭示有限元分析建模中特征技术的重要价值和意义。
1 ABAQUS中基于零件和装配概念的有限元建模方式有限元模型的建立过程是先建立分析问题的几何模型，然后指定分析类型和材料特性、定义边界条件和施加载荷，形成具有完整分析属性的属性模型，最后进行网格划分形成用于有限元分析的离散模型，这也是最终建立的有限元分析模型[5]。
ABAQUS/CAE用10个功能模块[1]~[4]：Part、Property、Assembly、Step、Interaction、Load、Mesh、Job、Visualization、Sketch顺次完成有限元建模、分析计算、后处理等。
ABAQUS/CAE 采用了基于零件和装配概念的参数化特征有限元建模方式，即首先用Part模块创建模型的零部件，接着用Property模块定义材料属性和截面，以截面为载体将材料属性赋予零件，然后用Assembly模块将各个零件装配成完整的几何模型。
在Step模块中定义分析步和计算结果输出的变量要求。
在Interaction模块中定义部件间的接触特性，接触特性可以看成是一种特殊的载荷或边界约束。
在Load模块里指定载荷和边界条件。
在Mesh模块中完成有限元网格的划分。
网格划分完成后，完整的有限元分析模型就形成了，分析模型的所有数据全部存储于模型数据库（.cae）中。
模型生成后，可用Job模块提交分析任务，进行分析并监控和诊断分析过程，分析计算完成后，将计算结果存储在输出数据库中（.odb），用于后处理显示各种图形。
2 ABAQUS/CAE中的特征技术及其应用特点分析2.1 几何模型建立中的特征技术ABAQUS/CAE的Part模块实际上是一个基于特征的参数化造型系统，用它可以构建任何复杂的零件级几何模型。
其提供的特征管理器允许用户操作（编辑、删除、重命名、隐藏、恢复、重生成等）和查询模型的所有特征，同时可以显示特征间的继承关系（哪个是父特征哪个是子特征）。
零件可以是二维、三维或轴对称的，每个零件可以包含实体、曲面、曲线、点等特征，零件可以是变形体也可以是刚体。
其提供的零件管理器可以显示模型中所有的零件，并允许用户对零件进行拷贝、删除、重命名和编辑，同时可以方便地查询组成零件的特征和零件的几何特性（如体积、惯性矩、任意两点距离等）。
2.1.1 形状特征的分类把有限元模型中的特征分两大类分析属性特征和形状特征。
分析属性特征包括分析类型、材料、载荷、边界条件等。
通过分析，作者将ABAQUS/CAE中的形状特征概括为基础特征、正特征、负特征、虚特征、草图特征、装配特征等几类。
（1）基础特征基础特征用来创建零件的“毛坯”，在此基础上以“加”和“减”两种方式增加零件的细部特征来对一个零件造型。
基础特征分类如图1所示。
图2表示了一个零件的特征造型过程。
第5期 张玉峰等：有限元分析系统ABAQUS中的特征技术·143·（2）正特征 正特征是迭加在基础特征或其它特征上的特征，是ABAQUS 用来以“加”方式创建零件的特征。
正特征可以分为实体特征（Solid ）、壳特征或表面特征（Shell ）、线特征（Wire ）3种。
创建实体特征的方法有3种：拉伸（Extrude ）、旋转（Revolve ）、扫掠（Sweep ）。
创建表面特征的方法有6种：拉伸（Extrude ）、旋转（Revolve ）、扫掠（Sweep ）、平面（Planar ）、选择实体的表面（From Solid ）、删除实体表面法（Remove Face ）。
其中，选择实体的表面就是指定实体的某些表面将其自动转换为表面特征；删除实体表面法就是将实体的某些表面删除，使剩下的表面自动转换为表面特征。
创建线特征的方法有两种：平面（Planar ）、连接两点的直线（Two Points ），即用平面内的直线或曲线创建线特征，连接两点构造直线特征。
正特征的分类如图3所示。
（3）负特征 负特征是用来切割基础特征或其它特征的特征，是ABAQUS 用来以“减”方式创建零件其它细部特征的特征。
负特征可以分为切割特征（Cut ）和倒角特征（Blend ）或过渡特征。
切割可以用拉伸、旋转、扫掠、圆孔等方式实现，倒角特征又分为直角特征和圆角特征。
负特征的分类如图4所示。
（4） 虚特征 虚特征不是组成零件的特征，它主要用来在零件创建过程中，对特征的定位、生成等起辅助作用和对零件进行区域切分以便定义材料、载荷、边界条件和划分网格等。
在(a) 生成拉伸基础特征(b) 添加拉伸壳特征(c) 切割拉伸实体特征 图2 零件的特征造型过程举例 ·144· 工 程 图 学 学 报 2006年ABAQUS中，虚特征可分为基准特征和切分特征。