02ABAQUS基础

2. ABAQUS基础

一个完整的ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit分析过程，通常由三个明确的步骤组成：前处理、模拟计算和后处理。这三个步骤通过文件之间建立的联系如下

前处理ABAQUS/CAE或其他软件 输入文件：job.inp模拟计算ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit 输出文件： job.odb,job.dat,job.res,job.fil后处理ABAQUS/CAE或其他软件 前处理（ABAQUS/CAE）

在前处理阶段需要定义物理问题的模型，并生成一个ABAQUS输入文件。尽管一个简单分析可以直接用文本编辑器生成ABAQUS输入文件，通常的做法是使用ABAQUS/CAE或其它前处理程序，以图形方式生成模型。

2-1

模拟计算（ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit）

模拟计算阶段使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit求解输入文件中所定义的数值模型，它通常以后台方式运行。以应力分析的输出为例，包括位移和应力的输出数据保存在二进制文件中以便于后处理。完成一个求解过程所需的时间可以从几秒到几天不等，这取决于所分析问题的复杂程度和所使用计算机的运算能力。

后处理（ABAQUS/CAE）

一旦完成了模拟计算并得到了位移、应力或其它基本变量后，就可以对计算结果进行评估。评估通常可以通过ABAQUS/CAE的可视化模块或其它后处理软件在图形环境下交互式进行。可视化模块可以将读入的二进制输出数据库中的文件以多种方法显示结果，包括彩色等值线图、动画、变形图和X-Y曲线图等。

2.1 ABAQUS分析模型的组成

ABAQUS模型通常由若干不同的部分组成，它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、单元截面属性（element section properties）、材料数据、荷载和边界条件、分析类型和输出要求。

离散化的几何形体

有限单元和节点定义了ABAQUS所模拟的物理结构的基本几何形状。模型中的每一个单元都代表了物理结构的离散部分，即许多单元依次相连组成了结构，单元之间通过公共节点彼此相互连结，模型的几何形状由节点坐标和节点所属单元的联结所确定。模型中所有的单元和节点的集合称为网格（mesh）。通常，网格只是实际结构几何形状的近似表达。

网格中单元类型、形状、位置和所有单元的总数都会影响模拟计算的结果。一般说来，网格的密度越高（即在网格中单元的数量越大），计算结果就越精确。随着网格密度增加，分析结果会收敛到唯一解，但用于分析计算所需的时间也会增加。通常，数值解是所模拟的物理问题的近似解答，近似的程度取决于模型的

2-2

几何形状、材料特性、边界条件和载荷对物理问题描述的准确程度。 单元特性

ABAQUS拥有广泛的单元库，其中许多单元的几何形状不能完全由它们的节点坐标来定义。例如，复合材料壳的叠层或工字型梁截面的尺寸数据就不能通过单元节点来定义。这些附加的几何数据可由单元的物理特性定义，对于定义完整的模型几何形状它们是必要的。（见第3章“有限单元和刚性体”）。 材料数据

对于所有单元必须指定其材料特性。然而，由于高质量的材料数据是很难得到的，尤其是对于一些复杂的材料模型，所以ABAQUS计算结果的有效性受材料数据的准确程度和范围的制约。 载荷和边界条件

载荷使物理结构产生扭转，因而产生应力。最常见的载荷形式包括： ·点载荷 ·表面压力载荷 ·体力，如重力 ·热载荷

应用边界条件可以约束模型的某一部分保持固定（零位移）或移动指定大小的位移值（非零位移）。

在静态分析中，需要应用足够的边界条件以防止模型在任意方向上的刚体移动；否则，没有约束的刚体位移会导致刚度矩阵产生奇异。在求解阶段，求解器将发生问题，并可能引起模拟过程过早中断。在模拟过程中，如果查出了求解器问题，ABAQUS/Standard将发出警告信息。用户需要知道如何解释这些错误信息，这一点十分重要。如果在静态应力分析时看见警告信息“numerical singularity”（数值奇异）或“zero pivot”（主元素为零），用户必须检查是否整个或者部分模型缺少限制刚体平动或转动的约束。

在动态分析中，由于结构模型中的所有分离部分都具有一定的质量，其惯性力可防止模型产生无限大的瞬时运动；因此，在动力分析时，求解器的警告信息通常提示了某些其它的模拟问题，如过度塑性。

2-3

分析类型

ABAQUS可以进行多种不同类型的模拟分析。但本指南仅涉及两种最常见的类型：静态（static）和动态（dynamic）应力分析。

静态分析获得的是外载作用下结构的长期响应。在其它情况下，可能用户关心的是结构的动态响应：例如，在部件上突然加载的影响，如发生在冲击过程中的响应，或在地震时建筑物的响应。 输出要求

ABAQUS的模拟计算过程会产生大量的输出数据。为了避免占用过多的磁盘空间，用户可根据所研究问题的需要对输出数据进行限制。

通常应用ABAQUS/CAE等前处理工具来定义模型中必要的输出信息。

2.2 ABAQUS/CAE简介

ABAQUS/CAE是完整的ABAQUS运行环境（Complete ABAQUS Envirment），它为生成ABAQUS模型、交互式地提交和监控ABAQUS作业，以及评估ABAQUS模拟结果提供了一个风格简明、一致的界面。ABAQUS/CAE分为若干个功能模块，每一个模块定义了模拟过程的一个逻辑方面；例如，定义几何形状、定义材料性质和生成网格等等。通过完成一个功能模块进入下一个模块，逐步地建立计算模型。建模完成后，ABAQUS/CAE生成了可提交给ABAQUS分析工具的一个输入文件。ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit读入由ABAQUS/CAE生成的输入文件，进行分析计算，将信息发送给ABAQUS/CAE以便用户对作业的进程进行监控，并生成输出数据库。最后，用户可使用ABAQUS/CAE的可视化模块读入输出数据，观察分析结果。用户在使用ABAQUS/CAE的同时会产生一个包含ABAQUS/CAE命令的执行文件（replay file），它记录了用户进行的每个模拟操作过程。

2.2.1 启动ABAQUS/CAE

启动ABAQUS/CAE，只需在操作系统的命令提示符下键入命令： abaqus cae

2-4

这里abaqus是用来运行ABAQUS的命令。这个命令可能与你的系统中对应的命令不同。

当ABAQUS/CAE启动后，会出现Start Session（开始任务）对话框，如图2-1所示。下面是对话框中的选项：

? Create model Database，开始一个新的分析；

? Open Database，打开一个以前存贮过的模型或输出数据库文件； ? Run Script，运行一个包含ABAQUS/CAE命令的文件。 ? Start Tutorial从在线文档中启动辅导教程。

图2-1 Start Session对话框

2-5

2.2.2 主窗口的组成部分

标题栏Title bar菜单栏Menu bar工具栏Toolbar环境栏Context bar工具箱画布和作图区ToolboxCanvas and areadrawing area图形窗Viewport提示区信息区或命令行接口Prompt Message area or area command line interface

图2-2 主窗口的各组成部分

2-6

用户是通过主窗口与ABAQUS/CAE进行交互的。图2-2演示了出现在主窗口的各个部分，它们是： 标题栏（Title bar）

标题栏显示了正在运行的ABAQUS/CAE版本和当前的模型数据库的名字。

菜单栏（Menu bar）

菜单栏中包含了所有当前可用的菜单，通过对菜单的操作可调用ABAQUS/CAE的全部功能。用户在环境栏中选择不同的模块时，菜单栏中所包含的菜单项也会有所不同。如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第6.2.2节“Components of the main menu bar”。 工具栏（Toolbar）

工具栏提供了菜单功能的快捷访问方式，这些功能也可以通过菜单直接访问。如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第6.2.3节“Components of the toolbar”。

环境栏（Context bar）

ABAQUS/CAE划分为一组的功能模块（modules），其中每一模块针对模型的某一方面。用户可以在环境栏的Module（模块）的列表中在各模块之间进行切换。环境栏中的其它项则是当前正在操作模块相关的功能；例如，用户在创建模型的几何形状时，可以通过环境栏提取一个已经存在的部件（part）。如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第6.2.4节“The context bar”。 工具区（Toolbox area）

当用户进入某一功能模块，工具区中就会显示该功能模块相应的工具。工具箱使得用户可快速调用该模块的许多功能，这些功能也可通过菜单栏调用。如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第7.3节“Understanding and using toolboxes”。

画布和作图区（Canvas and drawing area）

可把画布（Canvas）设想为一个无限大的屏幕或布告板，用户在其中摆放图

2-7

形窗（Viewport）。如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第8章 “Managing viewpoints on the canvas”。作图区是指画布当前显示的部分。 图形窗（Viewport）

ABAQUS/CAE通过画布上的图形窗显示用户的模型。如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册第8章 “Managing viewpoints on the canvas”。 提示区（Prompt area）

用户在进行各种操作时会从这里得到相应的提示。例如在创建一个集合（set）时，提示区会提示你选择相应的对象。如果需要详细信息，请查阅ABAQUS/CAE用户手册7.3节“Understanding and using toolboxes”。 信息区（Message area）

ABAQUS/CAE在信息区显示状态信息和警告。拖动其顶边可以改变信息区的大小；而利用右边的滚动条可以查阅已滚出信息区的信息。信息区是在默认状态下显示的，但是这里也是命令行接口（command line interface）的位置。如果你正在使用命令行接口，你需要点击主窗口左下角的

选项页切换到信息区。

注意：如果在显示命令行接口时在信息区中有新的信息加入，ABAQUS/CAE会将围绕该信息区图标的背景颜色改为红色，而当显示消息区时，背景返回到它的正常颜色。

命令行接口（command line interface）

利用ABAQUS/CAE内置的Python编译器，可以使用命令行接口键入Python命令和数学计算表达式。接口中包含了主（>>>）从（…）提示符，随时提示你按照Python的语法缩进命令行。

在默认情况下，命令行接口是隐藏的，它和信息区共用同一个位置。你需要点击主窗口左下角的

选项页从信息区切换到命令行接口。

2-8

2.2.3 什么是功能模块？

如前所述，ABAQUS/CAE划分为一系列的功能单元即功能模块。每一个模块只包含与模拟作业的某一指定部分相关的一些工具。例如，Mesh（网格）模块只包含生成有限元网格的工具，而Job（作业）模块只包含建模、编辑、提交和监控分析作业的工具。

用户可以从环境栏的Module（模块）列表中选择各个模块，见图2-3。列表中的模块次序与创建一个分析模型应遵循的逻辑次序是一致的。在许多情况下，用户必须遵循这个自然次序来完成模拟作业；例如，用户在生成装配件（assembly）前必须先生成部件（part）。虽然模块次序遵循了逻辑过程，ABAQUS/CAE也允许用户在任何时刻选择任一个模块进行工作，而无需顾及模型的当前状态。然而，某些明显的限制是存在的；例如像工字梁横截面尺寸一类的截面性质（section properties）就不能指定在一个未生成的几何体上。

图2-3 选择一个模块

一个完整的模型包含ABAQUS启动分析所需的全部信息。ABAQUS/CAE采用模型数据库来存贮模型。当启动ABAQUS/CAE时，可通过Start Session对话框创建一个新的空模型数据库。在ABAQUS/CAE启动后，用户可以从主菜单栏中选择

2-9

File-->Save命令来保存自己建立的模型数据库；选择File-->Open命令打开已有的模型数据库。

下面列出ABAQUS/CAE的各个模块并简要描述每一模块可能进行的模拟任务。所列出的模块次序与环境栏中Module列表中的顺序一致。（见图2-3） 部件（Part）

Part（部件）模块用于创建各个单独的部件，用户可以在ABAQUS/CAE环境下用图形工具直接生成，也可以从其它的图形软件导入部件的几何形状。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第15章 “The Part module”。 特性（Property）

截面（Section）定义包括了整个部件或部件中某一部分特性的信息，例如与该部分相关的材料定义和横截面几何形状。在特性模块中，用户可以定义截面和材料，并将它们赋于部件的某一部分。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第16章 “The Property module”。 装配（Assembly）

当你创建一个部件时，它存在于它自己的坐标系中，独立于模型的其它部分。用户可应用Assembly（装配）模块创建部件的实例，并且将这些实例相对于其它部件定位在总体坐标系统中，这样就构成了装配件。一个ABAQUS模型只能包含一个装配件。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第17章 “The Assembly module”。 分析步（Step）

用户应用Step（分析步）模块生成和构成分析步骤，并与输出需求联系起来。分析步序列为实现模拟过程的变化（如载荷和边界条件的变化）提供了方便的途径；根据需要，在分析步之间可以改变输出变量。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第18章 “The Step module”。 相互作用（Interaction）

在Interaction（相互作用）模块里，用户可以指定模型各区域之间或者模型的一个区域与周围区域之间在热学和力学上的相互作用，一个相互作用的例子是

2-10

在两个表面之间的接触。其它可以定义的相互作用包括约束，诸如绑定（tie），方程（equation）和刚体（rigid body）约束。除非在相互作用模块中指定接触，否则ABAQUS/CAE不会自动识别部件实体之间或一个装配件的各区域之间的力学接触关系；在一个装配件中，仅指定在表面之间任何类型的相互作用，对于描述两个表面的实际接近程度是不够的。相互作用与分析步相关联，这意味着用户必须规定相互作用是在哪些分析步中起作用。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第19章 “The Interaction module”。 载荷（Load）

在Load（载荷）模块里指定载荷、边界条件和场变量。载荷和边界条件与分析步相关联，这意味着用户必须指定载荷和边界条件在哪些分析步中起作用；某些场变量是与分析步相关联，而其它的场变量仅仅作用于分析的开始阶段。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第20章 “The Load module”。 网格（Mesh）

Mesh（网格）模块包含了ABAQUS/CAE为装配件创建有限元网格剖分的工具。利用所提供的各个层次上的自动剖分和控制工具，用户可以生成满足自己分析需要的网格。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第21章 “The Mesh module”。 作业（Job）

一旦完成了所有定义模型的任务，用户便可以用Job（作业）模块分析计算模型。作业模块允许用户交互地提交分析作业并监控其过程。多个模型和运算可以同时被提交并进行监控。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第22章 “The Job module”。 可视化（Visualization）

Visualization（可视化）模块提供了有限元模型和分析结果的图形显示。它从输出数据库中获得模型和结果信息；通过Step模块修改输出需求，用户可以控制写入输出数据库中的信息。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第V部分 “Viewing results”。

2-11

草图（Sketch）

草图（sketch）是二维轮廓图形，用来帮助形成几何形状，定义ABAQUS/CAE可识别的部件。应用草图模块创建草图，定义平面部件、梁，或者剖面，或者创建一个草图，然后可能通过拉伸、扫掠、或者旋转等方式将其形成三维部件。更详细的信息请查阅ABAQUS/CAE用户手册第23章 “The Sketch module”。

在功能模块之间切换时，主窗口中的环境栏、工具箱和菜单栏的内容也会相应的发生改变。从环境栏的Module列表中选择一个模块，将引起环境栏、工具箱和菜单栏的变化以反映当前模块的功能。

在本指南的演示算例中对每个模块给出更细节的讨论。

2.3 例题：用ABAQUS/CAE生成桥式吊架模型

图2-4是一个起重机桥式吊架，通过访问每一个功能模块，演示创建和分析一个简单模型的基本步骤，引导你进入ABAQUS/CAE的模拟过程。吊架是一个简支的铰接桁架，左端为固定铰支座，右端是滚轴支承。各杆件可绕节点自由转动。桁架的离面运动已被约束。首先应用ABAQUS/Standard进行模拟，确定在结构中杆件的静位移和峰值应力，所施加的载荷为10kN，如图2-4所示；然后再应用ABAQUS/Explicit进行模拟，假设载荷是突然加到吊架上，研究桁架的动态响应。

对于桥式吊架的例子，将进入ABAQUS/CAE的以下功能模块并完成下面的任务： 部件（Part）

绘制二维几何形状，并创建代表桁架的部件。 特性（Property）

定义材料参数和桁架的截面性质。 装配（Assembly）

装配模型。

2-12

分析步（Step）

设置分析过程和输出要求。 载荷（Load）

对桁架施加载荷和边界条件。 网格（Mesh）

对桁架进行网格剖分。 作业（Job）

生成一个作业并提交进行分析计算。 可视化（Visualization）

观察分析结果。

图2-4 桥式吊架图形

在本手册的在线版本，“Overhead hoist frame”第A.1节中提供了本例题的命令记录文件，当在ABAQUS/CAE中运行该命令记录文件时，会生成本例的完整分析模型。如果你按照以下指导进行操作时遇到困难，或者你希望检查自己的工作，即可运行命令记录文件。关于如何获取和运行命令记录文件，可参考附录A“例题文件”。

2-13

如前所述，假设你将应用ABAQUS/CAE生成模型。然而，如果你没有进入ABAQUS/CAE或其它前处理软件，也可以人工生成定义本例的输入文件，如在Getting Started with ABAQUS/Standard Keyword Version的第2.3节中“Creating an input file”的讨论。

2.3.1 量纲

在开始定义这个或者任何其它模型之前，需要确定所采用的量纲系统。ABAQUS没有固定的量纲系统，所有的输入数据必须指定一致性的量纲，某些常用的一致性量纲系统列在表2-1中。

表2-1 一致性的量纲系统

量 长度 力 质量 时间 应力 能量 密度 SI m N kg s Pa(N/m2) J kg/m3 SI（mm） mm N tonne(103kg) s MPa(N/mm2) mJ(10-3J) tonne/mm3 US Unit (ft) Ft lbf Slug S lbf/ft2 ft lbf slug/ft3 US Unit (inch) in lbf lbf s2/in s psi (lbf/in2) in lbf lbf s2/in4

本指南均将采用SI量纲系统。用户工作在标记“US Unit”的量纲系统，必须小心其密度的单位；在材料性质的手册中，由于重力加速度，常常给出的密度与加速度相乘。

2.3.2 创建部件

应用Part（部件）模块创建分析模型中的每个部件。部件定义了模型各部分的几何形体，因此，它们是创建ABAQUS/CAE模型的基本构件。可以在ABAQUS/CAE环境中直接建立部件，也可以将其它软件建立的几何体或有限元网格导入。

2-14

通过建立一个二维的可变形的线型（wire）部件，你将从这个吊架问题开始。你可以画出这个桁架的几何形状。当创建一个部件时，ABAQUS/CAE会自动地进入绘图（Sketcher）环境。

在提示区里，ABAQUS/CAE经常显示短信息，提示你下一步的工作。如图2-5所示。

回退 backspace提示区 prompt取消 cancel图2-5 在提示区中显示的信息和提示

点击取消（cancel）可取消当前的任务，点击回退（backspace）可回到本任务的前一个步骤。

创建桥式吊架桁架：

1. 若还未启动ABAQUS/CAE，可键入abaqus cae，这里的abaqus是用来运行

ABAQUS的命令。

2. 从出现的Start Session对话框中选择Create Model Database。

当Part模块载入后，光标会变成沙漏图标。当Part模块完成载入后，就会在主窗口的左方显示部件模块工具箱。工具箱中包含一组工具图标，用户可使用这些工具图标进入主菜单条目中的菜单。在工具箱中，每个模块显示它自己的一套工具。对于大多数工具，当用户从主菜单条目中选择某一项时，模块工具箱中对应的工具会以高亮度显示，因此，用户就可以知道它的位置。 3. 从主菜单条目中选择Part-->Create命令来创建新的部件。

在弹出的Create Part（创建部件）对话框时，在窗口底部的提示区也会出现相应的提示信息，指导你随后的操作过程。

你应用创建部件对话框命名部件；选定模型所在空间（Modeling Space）、类型（Type）和基本特征（Base Feature）；并要设置部件的大致尺寸（approximate

2-15

定义桁架（truss）截面

桁架截面的定义仅需要材料参数和横截面面积。记住桁架单元是直径为0.005m的圆杆，所以其横截面面积为1.963×10?5 m2。

提示: 可以在ABAQUS/CAE的命令行接口（CLI）进行简单的计算。例如，计算杆件的横截面面积，点击ABAQUS/CAE窗口左下角的选项页标CLI中。

定义桁架截面：

1. 从主菜单栏中选择Section-->Create。

显示Create Section（创建截面）对话框。 2. 在Create Section对话框中：

a. 命名截面名称：FrameSection。

b. 在Category（类别）表中选择Beam（梁）。 c. 在Type（类型）表中选择Truss（桁架）。 d. 点击Continue。

显示Edit Section（编辑截面）对话框。 3. 在Edit Section对话框中：

a. 接受默认的Steel选择作为截面的Material（材料）属性。若已定义了其它材料，可点击Material文本框旁的下拉箭头观察所列出的材料表，并选择对应的材料。

b. 在Cross-Sectional area（横截面面积）格中填入1.963E?5的值。 c. 点击OK。

将截面特性赋于桁架

用户应用Property模块中的Assign菜单项将以FrameSection命名的截面特性赋予桁架。

将截面特性赋于桁架的步骤：

1. 在主菜单栏中选Assign-->Section。

2-21

进入CLI，在命令

提示后键入3.1416*0.005**2/4.0，然后回车[Enter]，横截面面积的值会显示在

ABAQUS/CAE在提示区会显示相应的提示指导你完成后续的操作。 2. 选择整个部件作为应用截面赋值的区域： a. 在图形窗左上角点击和按住鼠标键1。 b. 拖动鼠标创建一个围绕桁架的框。 c. 松开鼠标键1。

ABAQUS/CAE使整个桁架结构变亮。

3. 在图形窗中点击鼠标中键或点击提示区的Done按钮，表示接受所选择的几何形体。

显示Assign Section对话框，列出已经存在的截面。 4. 接受默认的FrameSection的截面特性，并点击OK。

ABAQUS/CAE将桁架截面特性赋予桁架并关闭Assign Section对话框。

2.3.5 定义装配（Assembly）

每一个部件都创建在自己的坐标系中，在模型中彼此互相独立。通过创建各个部件的实体（instance）并在整体坐标系中将它们相互之间定位，用户应用Assembly（装配）模块定义装配件的几何形状。尽管一个模型可能包含多个部件，但只能包含一个装配件。

关于本例，用户将创建一个吊车桁架的单一实体。ABAQUS/CAE定位这个实体，因此，所定义的桁架图形方向重合于装配件的默认坐标系方向。

定义装配的步骤：

1. 在位于工具栏的Module列表中，点击Assembly，进入装配模块。

装配模块载入时光标会变为沙漏形状。 2. 从主菜单栏中选取Instance-->Create。

显示Create Instance（创建实体）对话框。 3. 在该对话框中，选择Frame，并点击OK。

ABAQUS/CAE创建一个吊车桁架的实体。在本例中，桁架的单一实体就定义了装配件。桁架显示在整体坐标系的1-2平面中（一个右手的笛卡儿直角坐标系）。在视窗左下角的三向坐标系标出了观察模型的方位。在图形窗中的第二个三向坐标系标出了坐标原点和整体坐标系的方向（X-、Y-、和Z-轴）。整体1-轴为

2-22

吊架的水平轴，整体2-轴为竖直轴，整体3-轴垂直于桁架平面。对于类似这样的二维问题，ABAQUS要求模型必须位于一个平面内，该平面平行于整体的1-2平面。

2.3.6 设置分析过程

现在，已经创建了装配件，你可进入到Step（分析步）模块来设置分析过程。在本模拟中，我们感兴趣的是桁架的静态响应，吊车桁架在中心点施加一个10kN的荷载，在左端完全约束，在右端滚轴约束（如图2-4所示）。这是个单一事件，只需要单一分析步进行模拟。因此，整个分析由两个步骤组成：

? 一个初始步（initial step），施加边界条件约束桁架的端点。 ? 一个分析步（analysis step），在桁架的中心施加集中力。

ABAQUS/CAE会自动生成初始步，但是用户必须应用Step模块自己创建分析步。在Step模块中，也允许用户指定在分析过程中任何步骤的输出数据。

在ABAQUS中有两类分析步：一般分析步（general analysis steps），可以用来分析线性或非线性响应，和线性摄动步（linear perturbation steps），只能用来分析线性问题。在ABAQUS/Explicit中只能使用一般分析步。在本模拟中，你可以定义一个静态线性摄动步。关于摄动过程将在第11章“多步骤分析”中进一步讨论。 创建一个分析步

应用Step模块在初始分析步之后创建一个静态的线性摄动步。

1. 在工具栏中的Module列表中，点击Step进入Step（分析步）模块。

Step模块载入时光标会变为沙漏形状。

2. 从主菜单栏中，选择Step-->Create创建分析步。

显示Create Step（创建分析步）对话框，它列出了所有的一般分析过程，和一个默认的分析步名称为Step-1。 3. 将分析步名字改变为Apply load。

4. 选择Linear perturbation（线性摄动）作为procedure type（过程类型）。 5. 在Create Step对话框的线性摄动过程列表中，选择Static，Linear Perturbation（静态线性摄动），并点击继续Continue。

显示Edit Step（编辑分析步）对话框，默认设置静态线性摄动步。

2-23

6. 在默认选择的Basic（基础）页，在Description（描述）域里键入10kN Central load。

7. 点击Other（其他）页并查看它的内容；你可以接受对该步骤所提供的默认值。 8. 点击OK创建了分析步，并退出Edit Step对话框。 设定输出数据

有限元分析可以创建非常大量的输出数据。ABAQUS允许用户控制和管理这些输出数据，从而只产生需要用来说明模拟结果的数据。从一个ABAQUS分析中可以输出四种类型的数据：

? 结果输出保存到一个中间二进制文件中，由ABAQUS/CAE应用于后处理。这个文件称为ABAQUS输出数据库文件，文件后缀为.odb。

? 结果以打印列表的形式输出到ABAQUS数据（.dat）文件中。仅在ABAQUS/Standard有输出数据文件的功能。

? 重启动数据用于继续分析过程，输出在ABAQUS重启动（.res）文件中。 ? 结果保存在一个二进制文件中，用于第三方软件进行后处理，写入到ABAQUS结果（.fil）文件。

在吊车桁架模拟中只用到这里的第一种输出。关于数据（.dat）文件打印输出的详细讨论，请参阅ABAQUS分析用户手册（ABAQUS Analysis User’s Manual）的第4.1.2节“Output to the data and results files”。

默认情况下，ABAQUS/CAE将分析结果写入到输出数据库（.odb）文件中。每创建一个分析步，ABAQUS/CAE就默认生成一个该步骤的输出要求。在ABAQUS分析用户手册中列出了默认写入到输出数据库中的预选变量列表。如果接受默认的输出，用户不需要作任何事情。用户可以使用Field output Requests Manager（场变量输出管理器）来设置可能的变量输出，这些变量来自整个模型或模型的大部分区域，它们以相对较低的频率写入到输出数据库中。用户可以使用History output Requests Manager（历史变量输出管理器）来设置可能需要的输出数据，它们以较高的频率将来自一小部分模型的数据写入到输出数据库中。例如，某一节点的位移。

对于本例，用户将检查对.odb文件的输出要求并接受默认设置。 检查.odb文件的输出要求：

1. 从主菜单栏中选择Output-->Field Output Requests-->Manager。

2-24

ABAQUS/CAE显示Field Output Requests Manager（场变量输出设置管理器）。管理器沿着对话框的左边按字母排列出现有的变量输出设置。沿着对话框的顶部按执行次序排列出所有分析步的名字。这两个列表显示了在每一个分析步中每一个输出设置的状态。

应用Field Output Requests Manager，你可以进行如下工作： ·选择ABAQUS写入输出数据库的变量。 ·选择ABAQUS生成输出数据的截面点。 ·选择ABAQUS生成输出数据的模型区域。 ·改变ABAQUS将数据写入数据库的频率。

2. 检查ABAQUS/CAE生成的默认输出请求，对于Static，Linear Perturbation已经创建的并命名为Apply load的分析步。

点击列表中标有Created的单元格；单元格变成为高亮度显示，与单元格有关的下面信息出现在管理器底部的列表栏中： ·在这个表中的分析步中所执行的分析过程类型。 ·输出设置变量列表。 ·输出设置的状态。

3. 在Field Output Requests Manager的右边，点击Edit（编辑）查看输出设置的更详细信息。

出现了场变量输出编辑器（field output editor），在对话框的Output Variables（输出变量）区有一个文本框，它列出了所有将被输出的变量。如果你改变输出设置，通过点击上面文本框中的Preselected defaults（初始默认），你总是能够返回到默认的输出设置。

4. 点击每个输出变量类名称旁边的箭头可以清楚地看到哪些变量将被输出。每个变量类标题旁边的小方框使你一目了然是否输出该类型的所有变量。若小方框填满，表示输出所有的变量，若小方框填满一部分，则表示只输出其中的某些变量。

基于显示在对话框底部的选择，在分析过程中，在模型中每个默认的截面点①（section point）将要生成数据，并且在每一个增量步将其写入输出数据库。 5. 由于你不希望对于默认的输出设置做出任何修改，点击Cancel（取消）关闭场 ① 截面点将在后面的章节中讲到－译者。

2-25

定为T2D2单元。

6. 点击OK设定单元类型，并关闭对话框。 7. 在提示区，点击Done按钮，结束过程。 生成网格

基本的网格剖分是两步骤操作：首先在部件实体的边界上撒种子（seeds），然后对部件实体剖分网格。基于希望得到的单元尺寸或者沿着每条边上划分的单元数目，用户选择种子的数目，并且ABAQUS/CAE会尽可能地在种子处布置网格的节点。对于本例，用户只需在每根杆件上建立一个单元。

撒种子和划分网格：

1. 从主菜单栏中，选择Seed-->Instance在部件实体上撒种子。

注意：通过在部件实体的每条边上分别撒种子，用户可获得对于剖分网格过程更多的控制，但对本例并不需要这样做。

提示区显示出默认的单元尺寸，ABAQUS/CAE用它在部件实体上播撒种子。这个默认的单元尺寸是根据部件实体的尺寸。用户将使用一个相对大的单元尺寸，因此，每个区域仅生成一个单元。

2. 在提示区，指定单元尺寸为1.0，然后点击[Enter]或者在图形窗中点击鼠标键2。 3. 在图形窗中点击鼠标键2，接受当前的种子分布。

4. 从主菜单栏中，选择Mesh-->Instance对部件实体剖分网格。 5. 从提示区的按钮中，点击Yes确认你希望对部件实体进行剖分网格。 提示：通过在主菜单栏中选择View-->Assembly Display Options，用户可以在网格（Mesh）模块中显示节点和单元数量。在显示的Assembly Display Options（装备件显示选项）对话框中，切换至Mesh（网格）选项页，选中Show node labels（显示节点标记）与Show element label（显示单元标记）。

2.3.9 创建一个分析作业

现在，用户已经设置好了分析模型，可以进入到Job（作业）模块中创建一个与该模型有关的作业。

2-31

创建一个分析作业：

1. 在位于工具栏中的Module列表中，点击Job进入Job（作业）模块。

Job模块载入时光标会变为沙漏形状。 2. 从主菜单栏中，选择Job-->Manager。

显示Job manager（作业管理器）。当你完成了作业定义，Job manager将显示出作业列表、与每个作业相对应的模型、分析的类型和作业的状态。 3. 在Job manager中，点击Create。

Create Job（创建作业）对话框显示模型数据库中模型的列表。 4. 命名作业为Frame，并点击Continue。 弹出Edit Job（编辑作业）对话框。

5. 在Description（描述）域中，键入Two-dimensional overhead hoist frame。

6. 在Submission（提交）选项页上，选择Data Check（数据检查）作为Job Type（作业类型）。点击OK接受作业编辑器中所有其它的默认作业设置，并关闭对话框。

2.3.10 检查模型

在生成这个模拟的模型后，就可以准备运行分析计算了。遗憾的是，由于不正确或者疏漏的数据，在这个模型中可能有错误。在运行模拟之前必须进行数据检查分析。

运行数据检查分析：

1. 确认Job Type（作业类型）设置为Data Check（数据检查）。从Job Manager（作业管理器）窗口右边的按钮中，点击Submit（提交）来提交作业进行分析。 在作业提交后，在Status（状态）列的信息中会及时更新以反映当前作业的状态。关于吊车桁架问题的状态列的信息显示如下： ? None，当分析输入文件正在被生成时。 ? Submitted，当作业正在被提交分析时。 ? Running，当ABAQUS运算分析模型时。

? Completed，当分析运算完成时，并将输出写入到输出数据库。

? Aborted，如果ABAQUS/CAE发现在输入文件，或者分析和与分析有关的

2-32

问题，终止运算。此外，ABAQUS/CAE在信息区报告发生的问题（见图2-2）。 在分析中，ABAQUS/Standard会发送信息到ABAQUS/CAE，使用户可监控作业的运行过程。来自状态（status）、数据（data）、操作记录（log）和信息（message）文件的信息显示在作业监控器对话框（job monitor dialog box）中。

监控作业的状态：

1．从作业管理器（Job Manager）右侧的按钮，点击Monitor（监控器）打开作业监控对话框（该按钮只有在作业Submitted（提交后）才有效）。 对话框的上半区显示了在ABAQUS分析中所创建的状态文件（.sta）中的信息。该文件包括了分析进程的简单总结，并描述在ABAQUS分析用户手册（ABAQUS Analysis User’s Manual）第4.1.1节的“Output”中。对话框的下半区显示了下列信息：

? 点击Log（操作记录）页显示在操作记录（.log）中出现的分析开始和终止的时刻。

? 点击Errors（错误）和Warnings（警告）页显示在数据（.dat）和信息（.msg）文件中出现的前10个出错信息或者前10个警告信息。如果模型的某一特殊区域导致了出错或者警告，则会自动创建一个包含该区域的节点集或单元集，同时显示节点或单元集的名字与出错或警告的信息，并且用户可以利用Visualization（可视化）模块中的分组显示（display groups）查看这些集合。 直到改正了引起任何出错信息的原因，才能进行分析运算。另外，总是要注意查找产生任何警告信息的原因，以确定是否需要进行改正，或者是否可以安全地忽略该信息。

若遇到10个以上的出错或警告，可以从打印输出文件中获得其余的出错或警告信息。

? 点击Output（输出）页显示写入输出数据库中每条输出数据的记录。

2.3.11 运行分析

对于模型，需要做出任何必要的改正。当数据检查（Data check）分析完成和没有错误信息后，则运行分析计算。为此，用户需要编辑作业定义并设置Job Type为Continue analysis（继续分析）；然后，在Job Manager中点击Submit以提交作

2-33

业进行分析。

为了确保模型定义的正确性，并检查是否具有足够的磁盘空间和可用内存来完成分析运算，在运行一个模拟之前，用户必须总是进行数据检查分析（datacheck）。然而，通过设置Job Type为Full analysis（完整分析），能够将数据检查和模拟的分析阶段组合起来。

如果一个模拟希望占用一定的时间，通过选择Run Mode（运行方式）为Queue（排队），用批处理排队（queue）方式运行该模拟是比较方便的。（这种排队的可能性取决于用户的计算机，关于在计算机中运行ABAQUS，如果你有任何问题，可咨询系统管理员）。

2.3.12 用ABAQUS/CAE进行后处理

由于在模拟过程中产生了大量的数据，图形后处理是十分重要的。ABAQUS/CAE的Visualization（可视化）模块（也另外授权为ABAQUS/Viewer）允许用户应用各种不同的方法观察图形化的结果，包括变形图、等值线图、矢量图、动画和X-Y曲线图。此外，它允许用户创建一个输出数据的表格报告。在本指南中讨论了所有这些方法。关于本指南中讨论的任何后处理特性的更多信息，请参阅ABAQUS/CAE用户手册的第V部分“Viewing results”。对于本例，用户可以使用Visualization模块做一些基本的模型检验并显示桁架的变形形状。

当作业分析运算成功地完成后，用户准备应用Visualization模块观察分析结果。从Job Manager（作业管理器）右边的按钮，点击Results（结果），ABAQUS/CAE载入Visualization模块和打开由该作业生成的输出数据库，并立即绘出模型的草图（fast plot）。该图形基本上绘出了未变形模型的形状，它表示你打开了希望观察的文件。另一种进入可视化模块的方法是在位于工具栏Module列表中，点击Visualization，选择File-->Open，从弹出的输出数据库文件列表中选择Frame.odb，并点击OK。

重要：草图不显示计算结果，也不能设置显示的内容，例如，显示单元和节点编号。为了设置模型的外观，你只能显示未变形的模型图形。 在图形窗底部的标题块（title block）给出下列信息： ? 模型的描述（来自作业描述）。 ? 输出数据库名（来自分析作业名）

? 产品名（ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit）和应用来生成输出数据库

2-34

的版本。

? 最近一次修改输出数据库的日期。

在图形底部的状态块（status block）给出下列信息：

? 当前所显示的分析步。

? 当前所显示的分析步中的增量步。 ? 分析步的时间。

观察到的三向坐标系表示了模型在整体坐标系中的方向。

用户可以隐藏上述任何一个显示内容，并通过从主菜单栏中选择Viewport-->Viewport Annotation Option设置标题块，状态块和三维观察方向（例如，本书中的许多图片并不包含标题块）。

显示和设置未变形形状图（undeformed shap plot）

现在，用户将显示未变形的模型形状，并利用绘图选项能够显示图中节点和单元的编号。

从主菜单栏中，选择Plot-->Undeformed shape；或使用工具箱中ABAQUS/CAE将显示未变形的模型形状，如图2-10所示。

工具，

图2-10 未变形的模型形状

显示节点编号：

1. 从主菜单栏中，选择Options-->Undeformed shape。

2-35

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vrj7.html