ABAQUS有限元分析从入门到精通

ABAQUS被誉为国际上功能z强大的有限元分析软件之一，特别是在非线性分析领域，它可以解决复杂的工程力学问题，融结构、传热学、流体、声学、电学以及热固耦合、流固耦合、热电耦合、声固耦合于一体，具有驾驭庞大求解规模的能力。

本书是由从事多年ABAQUS工作和实践的一线从业人员编写的，系统地介绍了ABAQUS 2020的使用，包括ABAQUS线性静力分析、接触分析、材料非线性分析、热应力分析、多体分析、频率提取分析、模态动态分析、显示动力学分析、用户子程序分析和后处理技巧等内容。

本书内容从实际应用出发，侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决，针对每个知识点进行详细讲解，并辅以相应的实例，使读者能够快速、熟练、深入地掌握ABAQUS的相应功能。每个实例都以图文并茂的形式详细介绍ABAQUS/CAE的操作流程，并对INP文件进行细致的解释。此外，书中还讨论了用户常犯的错误和经常遇到的疑难问题，以及常见的错误信息和警告信息，并给出了相应的解决方法。

本书在编写的过程中，不只注重绘图技巧的介绍，还重点讲解了ABAQUS和工程实际的关系。本书主要有以下几个特色。

基础和实例详解并重，既是ABAQUS初学者的学习教材，也可以作为对ABAQUS有一定基础的用户制定工程问题分析方案、精通高级前后处理与求解技术的参考书。

除详细讲解基本知识外，还介绍了ABAQUS在各个行业中的应用。案例部分设置了轴对称容器的结构分析、桁架结构、弹塑性结构分析、风扇结构的转动等，几乎包含了机械分析的所有门类，让读者在掌握基本操作技巧的同时，也对机械设计行业有一个大致的了解，这是我们要达到的目标。

本书详细介绍了ABAQUS各个功能模块的常用设置和使用技巧，不仅能使读者快速入门，还能全面了解ABAQUS有限元软件，提高工作效率。

内容编排上注意难易结合，每一章先给出一个简单的实例，使读者一目了然地了解该类问题的特点和分析方法，然后列举一个或多个复杂实例，帮助读者掌握相关的高级技巧。

　　《ABAQUS2020有限元分析从入门到精通（CAX工程应用丛书）》内容从实际应用出发，系统地介绍了ABAQUS 2020的使用，包括ABAQUS线性静力分析、接触分析、材料非线性分析、热应力分析、多体分析、频率提取分析、模态动态分析、显示动力学分析、用户子程序分析和后处理技巧等内容。该书侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决，针对每个知识点进行详细讲解，并辅以相应的实例，使读者能够快速、熟练、深入地掌握ABAQUS的相应功能。每个实例都以图文并茂的形式详细介绍ABAQUS/CAE的操作流程，并对rNP文件进行细致的解释。此外，书中还讨论了用户常犯的错误和经常遇到的疑难问题，以及常见的错误信息和警告信息，并给出了相应的解决方法。
　　《ABAQUS2020有限元分析从入门到精通（CAX工程应用丛书）》结构严谨、重点突出、条理清晰，非常适合ABAQUS初级和中级用户使用，也可作为大中专院校以及社会相关培训机构的教学用书。

第1章 ABAQUS 2020中文版概述 1

1.1 ABAQUS概述 1

1.2 ABAQUS的主要模块 2

1.3 ABAQUS 使用环境 4

1.3.1 启动ABAQUS/CAE 5

1.3.2 ABAQUS的主窗口 5

1.3.3 ABAQUS/CAE功能模块 7

1.4 ABAQUS 2020 新功能 9

1.5 实例快速入门 10

1.5.1 问题描述 10

1.5.2 问题分析 10

1.6 本章小结 20

第2章 基本模块和操作方法 21

2.1 ABAQUS分析步骤 21

2.1.1 前处理（ABAQUS/CAE） 21

2.1.2 分析计算（ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit） 21

2.1.3 后处理（ABAQUS/CAE或ABAQUS/Viewer） 22

2.2 ABAQUS/CAE的功能模块 22

2.3 部件模块和草图模块 23

2.3.1 部件的创建 23

2.3.2 部件的外部导入 24

2.3.3 问题模型的修复与修改 25

2.4 属性模块 26

2.4.1 材料属性 26

2.4.2 截面特性 27

2.4.3 梁的截面特性 28

2.4.4 特殊设置 28

2.5 装配模块 30

2.5.1 部件实体的创建 30

2.5.2 部件实体的定位 32

2.5.3 合并/切割部件实体 33

2.6 分析步模块 34

2.6.1 设置分析步 34

2.6.2 定义场输出 40

2.7 载荷模块 41

2.7.1 载荷的定义 41

2.7.2 边界条件的定义 42

2.7.3 设置预定义场 44

2.7.4 定义载荷工况 46

2.8 相互作用模块 46

2.8.1 相互作用的定义 46

2.8.2 定义约束 48

2.8.3 定义连接器 48

2.9 网格模块 50

2.9.1 定义网格密度 50

2.9.2 设置网格控制 51

2.9.3 设置单元类型 52

2.9.4 划分网格 53

2.9.5 检查网格 56

2.9.6 提高网格质量 57

2.10 分析作业模块 59

2.10.1 分析作业的创建和管理 59

2.10.2 网格自适应 60

2.11 可视化模块 61

2.11.1 显示无变形图和变形图 62

2.11.2 绘制云图 63

2.12 本章小结 64

第3章 INP文件和单元介绍 65

3.1 输入文件的组成和结构 65

3.2 INPUT文件的书写规则和外部导入 67

3.2.1 书写INPUT文件的语法和规则 67

3.2.2 从外存储器中引入模型

或历史数据 69

3.2.3 文件的执行 69

3.3 简单INP文件实例详解 69

3.3.1 悬臂梁 69

3.3.2 孔平板分析 71

3.4 文件的类型介绍和常用指令 74

3.5 单元介绍 77

3.5.1 单元族 78

3.5.2 自由度 78

3.5.3 结点数目——插值的阶数 79

3.5.4 数学描述 80

3.5.5 积分 80

3.6 本章小结 81

第4章 结构静力学分析及实例详解 82

4.1 线性静态结构分析概述 82

4.2 结构静力学分析步骤 83

4.2.1 静力学分析的步骤 83

4.2.2 静力学分析特点 83

4.3 书架结构静力分析 84

4.3.1 问题描述 84

4.3.2 创建部件 84

4.3.3 组装部件 86

4.3.4 创建材料和截面属性 87

4.3.5 设置分析步和输出变量 88

4.3.6 定义载荷和边界条件 89

4.3.7 划分网格 90

4.3.8 提交作业 91

4.3.9 后处理 91

4.4 椭圆夹杂平板二维静力分析 95

4.4.1 问题描述 95

4.4.2 创建部件 95

4.4.3 创建材料和截面属性 97

4.4.4 定义装配件 98

4.4.5 设置分析步和输出变量 99

4.4.6 定义载荷和边界条件 100

4.4.7 划分网格 101

4.4.8 提交作业 102

4.4.9 后处理 103

4.5 弹性体的基本假设 107

4.6 本章小结 107

第5章 轴对称结构静力学分析 108

5.1 轴对称结构静力分析 108

5.1.1 轴对称结构的特点 108

5.1.2 对称结构分析要素 109

5.2 薄壁圆筒在切削力下的应力分析 109

5.2.1 问题描述 109

5.2.2 创建部件 110

5.2.3 创建材料和截面属性 110

5.2.4 定义装配件 111

5.2.5 设置分析步和输出变量 112

5.2.6 定义载荷和边界条件 114

5.2.7 划分网格 115

5.2.8 提交作业 116

5.2.9 后处理 117

5.3 长柱形天然气罐在内压作用下的静力分析 121

5.3.1 问题描述 122

5.3.2 轴对称模型线分析 123

5.3.3 轴对称模型平面分析 132

5.3.4 三维旋转壳结构分析 139

5.4 本章小结 145

第6章 接触问题分析 146

6.1 非线性问题分类 146

6.2 接触分析介绍 147

6.3 接触分析快速入门实例——

平压头与平板的 接触分析 147

6.3.1 问题描述 147

6.3.2 创建部件 148

6.3.3 创建材料和截面属性 149

6.3.4 定义装配件 150

6.3.5 划分网格 150

6.3.6 设置分析步 151

6.3.7 定义接触 153

6.3.8 定义边界条件和载荷 155

6.3.9 提交分析作业 157

6.3.10 后处理 157

6.4 ABAQUS中的接触分析 159

6.5 接触对的定义 160

6.6 小滑移和有限滑移 161

6.7 接触属性的定义 163

6.8 接触面的过盈量 164

6.9 MSG文件中的迭代信息 166

6.10 接触分析中的收敛问题 169

6.11 卡锁结构装配过程的模拟 173

6.11.1 问题描述 174

6.11.2 问题分析 174

6.11.3 绘制草图 174

6.11.4 创建部件 175

6.11.5 创建材料和截面属性 176

6.11.6 定义装配件 176

6.11.7 划分网格 177

6.11.8 设置分析步 178

6.11.9 定义接触 179

6.11.10 定义边界条件 181

6.11.11 提交分析作业 182

6.11.12 后处理 182

6.12 本章小结 185

第7章 材料非线性问题分析 186

7.1 材料非线性分析库简介 186

7.1.1 塑性 186

7.1.2 超弹性 189

7.1.3 粘弹性 190

7.2 纤维拉拔过程分析模拟 190

7.2.1 问题描述 190

7.2.2 创建部件 191

7.2.3 创建材料和截面属性 192

7.2.4 定义装配件 194

7.2.5 划分网格 195

7.2.6 设置分析步 196

7.2.7 定义载荷和边界条件 197

7.2.8 提交分析作业 198

7.2.9 后处理 199

7.3 基底上的薄膜撕脱过程分析 200

7.3.1 问题描述 200

7.3.2 创建部件 200

7.3.3 定义材料属性 201

7.3.4 装配部件 203

7.3.5 设置分析步 204

7.3.6 定义载荷和边界条件 205

7.3.7 划分网格 206

7.3.8 结果分析 209

7.3.9 后处理 209

7.4 本章小结 212

第8章 结构模态分析详解 213

8.1 动力学概述 213

8.1.1 动力学分析简介 213

8.1.2 动力学有限元法的基本原理 214

8.1.3 模态分析 217

8.2 结构模态分析的步骤 218

8.2.1 进行模态分析的功能 218

8.2.2 模态分析的步骤 218

8.3 固定结构的振动模态分析 219

8.3.1 问题描述 219

8.3.2 问题分析 219

8.3.3 创建部件 220

8.3.4 创建材料和截面属性 221

8.3.5 定义装配件 223

8.3.6 设置分析步和历史输出变量 223

8.3.7 定义载荷和边界条件 225

8.3.8 划分网格 225

8.3.9 结果分析 227

8.3.10 后处理 227

8.4 薄壳零件结构的模态分析 230

8.4.1 问题描述 230

8.4.2 问题分析 230

8.4.3 创建部件 231

8.4.4 创建材料和截面属性 232

8.4.5 定义装配件 233

8.4.6 设置分析步和历史输出变量 233

8.4.7 定义载荷和边界条件 234

8.4.8 划分网格 235

8.4.9 结果分析 236

8.4.10 后处理 237

8.5 货物吊车—固定载荷分析 239

8.5.1 问题分析 239

8.5.2 部件结构 240

8.5.3 定义单一桁架的几何形状 240

8.5.4 定义第二个桁架结构的几何形体 241

8.5.5 创建交叉支撑的几何形体 242

8.5.6 定义梁截面性质 242

8.5.7 创建梁截面 243

8.5.8 定义梁截面方向 243

8.5.9 创建装配件和分析步 244

8.5.10 定义约束 244

8.5.11 模拟在桁架和交叉支撑

之间的铰接 245

8.5.12 定义载荷和边界条件 246

8.5.13 创建网格 246

8.5.14 提交作业 247

8.5.15 后处理 247

8.6 本章小结 248

第9章 结构谐响应分析详解 249

9.1 谐响应分析概述 249

9.2 谐响应分析流程 250

9.2.1 施加简谐载荷与求解 251

9.2.2 求解方法 251

9.2.3 查看结果 252

9.3 双质量块 — 弹簧系统的谐响应分析 253

9.3.1 问题描述 253

9.3.2 问题分析 253

9.3.3 创建部件 253

9.3.4 创建属性 254

9.3.5 定义装配件 255

9.3.6 设置分析步和输出变量 255

9.3.7 定义相互作用 257

9.3.8 定义载荷和边界条件 257

9.3.9 结果分析 259

9.3.10 后处理 261

9.4 梁—集中质量结构的谐响应分析 265

9.4.1 问题描述 265

9.4.2 问题分析 265

9.4.3 创建部件 265

9.4.4 创建属性 266

9.4.5 定义装配件 268

9.4.6 设置分析步和输出变量 268

9.4.7 定义相互作用 269

9.4.8 定义载荷和边界条件 270

9.4.9 划分网格 272

9.4.10 结果分析 273

9.4.11 后处理 274

9.5 本章小结 277

第10章 结构热分析详解 278

10.1 热分析简介 278

10.1.1 ABAQUS可以求解的热学问题 278

10.1.2 传热学基础知识 279

10.1.3 热应力分析的基本原理 282

10.2 长方体的热传导和热应力分析 284

10.2.1 问题描述 284

10.2.2 创建部件 284

10.2.3 定义材料属性 286

10.2.4 定义和指派截面属性 287

10.2.5 装配部件 287

10.2.6 设置分析步 288

10.2.7 定义相互作用 288

10.2.8 定义边界条件和载荷 289

10.2.9 划分网格 291

10.2.10 结果分析 292

10.2.11 后处理 293

10.3 罐与接管的热分析 297

10.4 本章小结 313

第11章 结构多体系统分析详解 314

11.1 ABAQUS多体系统分析 314

11.2 ABAQUS连接单元和连接属性 315

11.3 风力发电机叶片旋转过程模拟 322

11.4 四杆连接机构分析 338

11.5 多体分析要注意的问题 352

11.6 本章小结 353

第12章 ABAQUS/Explicit显式分析 354

12.1 瞬态动力学分析概述 354

12.2 动力学显式有限元方法 354

12.3 ABAQUS/Explicit解决的问题 357

12.4 侵彻动力问题的分析 358

12.5 圆盘结构动力学分析 374

12.6 本章小结 389

第13章 ABAQUS屈曲分析详解 390

13.1 屈曲分析概述 390

13.2 线性屈曲分析过程 392

13.3 各种支承条件下矩形轴压柱屈曲分析 395

13.4 薄壁钢管在轴向压力作用下的屈曲 405

13.5 本章小结 420

第14章 ABAQUS用户子程序分析详解 421

14.1 用户子程序简介 421

14.2 用户子程序接口概述 422

14.3 壳结构受内压作用的有限元模拟 423

14.4 拉索构件的承载分析 436

14.5 本章小结 451

参考文献 452

　　ABAQUS被誉为国际上功能最强大的有限元分析软件之一，特别是在非线性分析领域，它可以解决复杂的工程力学问题，融结构、传热学、流体、声学、电学以及热固耦合、流固耦合、热电耦合、声固耦合于一体，具有驾驭庞大求解规模的能力。
　　ABAQUS在很多国家得到了广泛的应用，用户涉及机械、航空航天、船舶、电器、土木、水利、汽车等各个工程领域。ABAQUS不仅可以做单一部件的力学和复杂物理场的分析，还可以处理多系统的分析，这一特点相对于其他软件是独一无二的。广大ABAQUS用户，特别是初学者都面临一个普遍的问题，即如何快速有效地理解和掌握ABAQUS丰富的分析功能和操作方法。因此，一本系统的ABAQUS教材是每个ABAQUS用户的必备参考书。
　　本书特点
　　本书是由多年从事ABAQUS工作和实践的一线从业人员编写的，在编写的过程中，不只注重绘图技巧的介绍，还重点讲解了ABAQUS和工程实际的关系。本书主要有以下特色。
　　基础和实例详解并重，本书既是ABAQUS初学者的学习教材，也可以作为对ABAQUS有一定基础的用户制定工程问题分析方案、精通高级前后处理与求解技术的参考书。
　　除详细讲解基本知识外，还介绍了ABAQUS在各个行业中的应用。案例部分设置了轴对称容器的结构分析、桁架结构、弹塑性结构分析、风扇结构的转动等，几乎包含了机械分析的所有门类，让读
　　者在掌握基本操作技巧的同时，也对机械设计行业有一个大致的了解，这是我们要达到的目标。
　　本书详细介绍了ABAQUS各个功能模块的常用设置和使用技巧，不仅能使读者快速入门，还能全面了解ABAQUS有限元软件，提高工作效率。
　　内容编排上注意难易结合，每一章先给出一个简单的实例，使读者一目了然地了解该类问题的特点和分析方法，然后列举一个或多个复杂实例，帮助读者掌握相关的高级技巧。
　　详细介绍了每个工程实例的操作步骤，读者可以很轻松地按照书中的指示，一步步地完成软件操作。
　　本书内容
　　本书主要分为两大部分：ABAQUS基础知识部分和案例讲解部分，其中基础知识部分为第1～3章，案例讲解部分为第4～14章。
　　第1章ABAQUS 2020中文版概述
　　第2章基本模块和操作方法
　　第3章INP文件和单元介绍
　　第4章 结构静力学分析及实例详解
　　第5章轴对称结构静力学分析
　　第6章接触问题分析
　　第7章材料非线性问题分析
　　第8章结构模态分析详解
　　第9章结构谐响应分析详解
　　第10章结构热分析详解
　　第11章结构多体系统分析详解
　　第12章ABAQUS/Explicit显式分析
　　第13章ABAQUS屈曲分析详解
　　第14章ABAQUS用户子程序分析详解
　　配书资源——素材文件与教学视频
　　本书所附素材文件为本书相应章节中对应实例的模型文件及求解结果文件，方便读者学习使用。读者可以直接在软件环境下调用，方便上机演练。另外，为便于读者快速上手，编者还为本书录制了软件基础操作及部分实例的教学视频。