有限元分析系统ABAQUS中的特征技术
abaqus功能模块(有限元科技总结)
邮箱：support@网站：Abaqus一、Abaqus简介ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。
ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。
并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟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、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。
作为通用的模拟工具，ABAQUS 除了能解决大量结构（应力/ 位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、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。
ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来又非常简单。
大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易的模拟出来。
例如，对于复杂多构件问题的模拟是通过把定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项块结合起来。
在大部分模拟中，甚至高度非线性问题，用户只需提供一些工程数据，像结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况。
在一个非线性分析中，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 的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。
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功能模块介绍
e n i l n o A E F
ABAQUS 处理热传导和接触的能力以及 用户子程序的使用使复杂模拟得以顺利 实现。例如在霍尼韦尔 (Honeywell) 中 的应用：涉及电子封装中焊点，真空条 件下接触体间碳质电阻升温的问题。
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。 材料库和单元库 ABAQUS/Standard 拥有一个丰富 的材料模型库和单元库， 并能以任何 合理的形式结合使用。 除了许多常用 的材料和单元， 这些库还包括为特殊 应用而开发的材料和单元， 提供极大 的建模便利，具有代表性的有： y 具 有 穆 林 效 应 （ Mullins effect）的材料模型，可以精 确模拟橡胶材料中的损伤和 老化。 y 实体壳单元， 它拥有一个实体 单元的拓扑结构， 在接触和弯 曲交互作用的情况下它能提 供精确的解答。 y 垫片单元， 为垫圈和其它在厚 度方向上有复杂非线性行为 的组件提供一个有效的建模 方法。
此图引自 Dana 公司，显示了一个发动 机阀门盖的完全声固耦合分析结果。下 图显示了盖表面的位移，上图显示了周 围空气的声压。
e n i l n o A E F
协调传统数据和现有的分析 传统数值分析过程和工作流程是多 年之前开发的， 其中包含了一些受当 时软硬件能力限制而被迫做出的假 设。利用 ABAQUS/Standard 升级 这些分析过程可以实现生产效率和 分析精度的本质提高。总体而言，这 种提高过程是直线式的，因为 ABAQUS/Standard 很好地得到许 多常用的前后处理器的支持， 并且它 和 NASTRAN 相互兼容，具备完全 对 应 的 模 型 导 入 能 力 和 以 NASTRAN 文件格式输出结果的能 力。
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。
ABAQUS有限元分析方法
Mises stress, MPa
1800
1600 1 1400 1200 1000 800
ABAQUS有限元分析方法简介
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.
ABAQUS是一个模块存贮计算的解题程序。方程是按块处 理的，输入数据分成许多模块，各种复杂的分析都可以通过不 同的模块的组合来处理，因此，它可以求解很大的有限元系统。
ABAQUS/CAE 模块： 用于分析对象的建模，特性及约束条件
的给定，网格的划分以及数据传输等。
1. ABAQUS/CAE前处理模块：
它不仅能解决结构力学问题，而且能够模拟热传导，辐射 和声音传播。它能解决一大批工程实际中所遇到的结构分析问 题，对固体，结构及结构-流体系统做静、动位移和应力进行 线性和非线性分析。
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
ABAQUS简介
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1.4 ABAQUS/CAE的其它特征
3D XML输出
可以输出为3D XML格式 的数据 生成的3D图像可以嵌入到 应用程序中， 例如email、 网页、word以及ppt。
• Abaqus模型的3D XML 图像 也可以在CATIA V5观看
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1.3 ABAQUS/CAE的基本特征
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1.3 ABAQUS/CAE的基本特征
将建模、分析、作 业管理和结果评估 无缝集成。 为可用的Abaqus求 解器提供最完整的 界面。 使用中性数据库文 件，使得数据库文 件与计算机无关。 可以为具体的应用 系统定制界面。
因为专注， 所以卓越！
第一讲 ABAQUS简介
主要内容
1.1 ABAQUS的创立与发展 1.2 ABAQUS的主要模块 1.3 ABAQUS/CAE的基本特征 1.4 ABAQUS/CAE的其它特征 1.5 启动ABAQUS/CAE 1.6 重要的ABAQUS/CAE术语 1.7 ABAQUS/CAE用户手册 1.8 模型树 练习1：利用模型树定义模型
输入文件被分为两个部分：模型数据和历程数据。
• 模型数据(*.cae) • 历程数据(*.jnl)
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1.4 ABAQUS/CAE的其它特征
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ABAQUS/CAE的其它特征
2005年加入达索集团(Dassault Systemes)
SIMULIA是达索的注册商标，专注于提供模拟现实世 界仿真技术的解决方案
• Unified FEA 统一的有限元 • Multiphysics 多物理场分析 • SLM 仿真生命周期管理
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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。