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　　内容简介

　　本书以有限元软件ABAQUS 2022为对象，系统地介绍了ABAQUS 2022的各种基本功能。全书分为11章，主要从线性结构静力问题、接触问题、材料非线性问题、结构模态问题、显式非线性问题、热应力问题、多体系统问题、多步骤问题及子程序开发9个方面系统地讲解了ABAQUS 2022的基本功能和简单建模与仿真实例。

　　本书内容从实用出发，侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决。书中对重点问题及需要注意的方面均给出了提示，有利于初学者快速掌握ABAQUS的基本操作。

　　另外，本书还配备了极为丰富的学习资源，具体内容如下。

　　1.51集本书实例的同步教学视频，让读者像看电影一样轻松学习，然后对照书中实例进行练习。

　　2.15个综合实战案例（涵盖Ansys、Patran和Nastran）的精讲视频，可以增强实战、拓展视野。

　　3.所有实例的源文件和素材，均可在按照书中实例操作时直接调用。

　　本书适合入门级读者学习使用，也适合有一定基础的读者作为参考用书，还可用作职业培训、职业教育的教材。

　　作者简介

　　CAD/CAM/CAE技术联盟是一个CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作的工程技术人员协作联盟，拥有20多位专职和众多兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。

　　CAD/CAM/CAE技术联盟负责人由Autodesk中国认证考试中心首席专家担任，全面负责Autodesk中国官方认证考试大纲制定、题库建设、技术咨询和师资力量培训工作，成员精通Autodesk系列软件。其创作的很多教材成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。

　　目录

　　目 录

　　第1章 ABAQUS 2022概述 1

　　1.1 ABAQUS总体介绍 2

　　1.2 ABAQUS的主要模块 2

　　1.3 ABAQUS的文件类型 4

　　1.4 ABAQUS使用环境 5

　　1.4.1 启动ABAQUS/CAE 5

　　1.4.2 ABAQUS的汉化 7

　　1.4.3 ABAQUS的主窗口 9

　　1.4.4 ABAQUS/CAE模块 11

　　1.4.5 设置背景颜色 12

　　1.5 ABAQUS 2022新功能 14

　　1.6 本章小结 15

　　第2章 ABAQUS的基本模块和操作方法 16

　　2.1 ABAQUS分析步骤 17

　　2.1.1 前处理（ABAQUS/CAE） 17

　　2.1.2 分析计算（ABAQUS/Standard

　　或ABAQUS/Explicit） 17

　　2.1.3 后处理（ABAQUS/Viewer） 17

　　2.2 ABAQUS/CAE的模块 17

　　2.3 部件模块和草图模块 18

　　2.3.1 创建部件 18

　　2.3.2 部件的外导入 19

　　2.3.3 问题模型的修复与修改 20

　　2.4 属性模块 21

　　2.4.1 材料属性 21

　　2.4.2 截面特性 22

　　2.4.3 梁的界面特性 23

　　2.4.4 特殊设置 24

　　2.5 装配模块 26

　　2.5.1 部件实体的创建 27

　　2.5.2 部件实体的定位 28

　　2.5.3 合并/切割部件实体 30

　　2.6 分析步模块 30

　　2.6.1 设置分析步 31

　　2.6.2 定义场输出和历程输出 35

　　2.7 载荷模块 37

　　2.7.1 载荷的定义 37

　　2.7.2 边界条件的定义 37

　　2.7.3 设置预定义场 39

　　2.7.4 定义载荷工况 41

　　2.8 相互作用模块 41

　　2.8.1 相互作用的定义 41

　　2.8.2 定义约束 43

　　2.8.3 定义连接器 43

　　2.9 网格模块 44

　　2.9.1 定义网格密度 44

　　2.9.2 设置网格控制 45

　　2.9.3 设置单元类型 46

　　2.9.4 划分网格 47

　　2.9.5 检查网格 50

　　2.9.6 提高网格质量 51

　　2.10 作业模块 52

　　2.10.1 分析作业的创建与管理 52

　　2.10.2 网格自适应 54

　　2.11 可视化模块 55

　　2.11.1 显示无变形图形和变形图形 55

　　2.11.2 绘制云纹图 56

　　2.12 本章小结 57

　　第3章 线性结构静力分析 58

　　（ 视频讲解：20分钟）

　　3.1 静力分析介绍 59

　　3.1.1 结构静力分析简介 59

　　3.1.2 静力分析的类型 59

　　3.1.3 静力分析基本步骤 59

　　3.2 实例—挂钩的线性静力分析 60

　　3.2.1 实例描述 60

　　3.2.2 创建部件 61

　　3.2.3 定义材料属性 61

　　3.2.4 定义和指派截面属性 62

　　3.2.5 定义装配 62

　　3.2.6 设置分析步 63

　　3.2.7 划分网格 65

　　3.2.8 定义集合和载荷施加面 66

　　3.2.9 边界条件和载荷 67

　　3.2.10 提交分析作业 71

　　3.2.11 后处理 72

　　3.3 弹性体的5个基本假设 74

　　3.4 本章小结 74

　　第4章 接触分析 75

　　（ 视频讲解：49分钟）

　　4.1 ABAQUS接触功能概述 76

　　4.2 定义接触面 76

　　4.3 接触面间的相互作用 77

　　4.3.1 接触面的法向行为 77

　　4.3.2 表面的滑动 77

　　4.3.3 摩擦模型 77

　　4.3.4 其他接触相互作用选项 78

　　4.3.5 基于表面的约束 78

　　4.4 在ABAQUS/Standard中定义接触 79

　　4.4.1 接触相互作用 79

　　4.4.2 从属和主控表面 79

　　4.4.3 小滑动与有限滑动 79

　　4.5 实例—圆盘与平板模型的接触

　　仿真分析 80

　　4.5.1 实例描述 80

　　4.5.2 创建部件 80

　　4.5.3 定义材料属性 81

　　4.5.4 定义和指派截面属性 82

　　4.5.5 定义装配 83

　　4.5.6 设置分析步 83

　　4.5.7 划分网格 84

　　4.5.8 定义接触 86

　　4.5.9 定义边界条件和载荷 88

　　4.5.10 提交分析作业 90

　　4.5.11 后处理 91

　　4.6 实例—冲模过程仿真分析 92

　　4.6.1 实例描述 92

　　4.6.2 创建部件 93

　　4.6.3 定义材料属性 95

　　4.6.4 定义和指派截面属性 96

　　4.6.5 定义装配 97

　　4.6.6 设置分析步 97

　　4.6.7 定义接触 98

　　4.6.8 定义边界条件和载荷 101

　　4.6.9 划分网格 107

　　4.6.10 提交分析作业 108

　　4.6.11 后处理 109

　　4.7 本章小结 110

　　第5章 材料非线性分析 111

　　（ 视频讲解：32分钟）

　　5.1 材料非线性分析库简介 112

　　5.1.1 塑性 112

　　5.1.2 超弹性 113

　　5.1.3 粘弹性 113

　　5.2 实例—橡胶垫片压缩过程分析 114

　　5.2.1 实例描述 114

　　5.2.2 分析求解 115

　　5.2.3 结果处理 123

　　5.3 实例—悬臂梁受压过程分析 124

　　5.3.1 实例描述 125

　　5.3.2 分析求解 125

　　5.3.3 结果处理 131

　　5.4 本章小结 134

　　第6章 模态分析 135

　　（ 视频讲解：19分钟）

　　6.1 动力学分析概述 136

　　6.1.1 动力学分析简介 136

　　6.1.2 模态分析简介 136

　　6.2 模态分析概述 137

　　6.2.1 模态分析的功能 137

　　6.2.2 模态分析的步骤 137

　　6.3 实例—圆棒的结构模态分析 138

　　6.3.1 创建部件 138

　　6.3.2 定义材料属性 138

　　6.3.3 定义和指派截面属性 139

　　6.3.4 定义装配 140

　　6.3.5 设置分析步 140

　　6.3.6 划分网格 140

　　6.3.7 边界条件和载荷 142

　　6.3.8 提交分析作业 143

　　6.3.9 后处理 143

　　6.4 实例—弹壳的结构模态分析 145

　　6.4.1 创建部件 145

　　6.4.2 定义材料属性 146

　　6.4.3 定义和指派截面属性 147

　　6.4.4 定义装配 147

　　6.4.5 设置分析步 148

　　6.4.6 划分网格 148

　　6.4.7 边界条件和载荷 149

　　6.4.8 提交分析作业 150

　　6.4.9 后处理 151

　　6.5 本章小结 153

　　第7章 显式非线性动态分析 154

　　（ 视频讲解：23分钟）

　　7.1 ABAQUS/Explicit适用的问题

　　类型 155

　　7.2 动力学显式有限元方法 155

　　7.2.1 显式时间积分 155

　　7.2.2 比较隐式和显式时间积分程序 156

　　7.2.3 显式时间积分方法的优越性 157

　　7.3 自动时间增量和稳定性 157

　　7.3.1 显式方法的条件稳定性 158

　　7.3.2 稳定性限制的定义 158

　　7.3.3 ABAQUS/Explicit中的完全自动时

　　间增量与固定时间增量 159

　　7.3.4 质量缩放以控制时间增量 159

　　7.3.5 材料对稳定极限的影响 159

　　7.3.6 网格对稳定极限的影响 160

　　7.3.7 数值不稳定性 160

　　7.4 实例—钢球撞击钢板过程分析 160

　　7.4.1 实例描述 160

　　7.4.2 创建部件 160

　　7.4.3 定义材料属性 161

　　7.4.4 定义和指派截面属性 162

　　7.4.5 定义装配 162

　　7.4.6 设置分析步 163

　　7.4.7 划分网格 163

　　7.4.8 定义接触 166

　　7.4.9 定义边界条件和载荷 167

　　7.4.10 提交分析作业 169

　　7.4.11 后处理 170

　　7.5 本章小结 173

　　第8章 热应力分析 174

　　（ 视频讲解：29分钟）

　　8.1 热应力分析中的主要问题 175

　　8.2 实例—铁轨的热应力分析 175

　　8.2.1 实例描述 175

　　8.2.2 创建部件 175

　　8.2.3 定义材料属性 176

　　8.2.4 定义和指派截面属性 177

　　8.2.5 定义装配 178

　　8.2.6 设置分析步 178

　　8.2.7 定义集合、边界条件 178

　　8.2.8 定义温度场 180

　　8.2.9 划分网格 181

　　8.2.10 提交分析作业 182

　　8.2.11 后处理 183

　　8.3 实例—Y形支架的热应力分析 183

　　8.3.1 实例描述 183

　　8.3.2 创建部件 184

　　8.3.3 定义材料属性 184

　　8.3.4 定义和指派截面属性 185

　　8.3.5 定义装配 186

　　8.3.6 设置分析步 186

　　8.3.7 划分网格 187

　　8.3.8 定义集合和载荷施加面 188

　　8.3.9 边界条件和载荷 189

　　8.3.10 定义温度场 191

　　8.3.11 提交分析作业 192

　　8.3.12 后处理 193

　　8.4 本章小结 194

　　第9章 多体系统分析 195

　　（ 视频讲解：23分钟）

　　9.1 ABAQUS多体系统分析简介 196

　　9.2 ABAQUS的连接单元和连接

　　属性 196

　　9.2.1 连接单元边界条件和载荷 196

　　9.2.2 连接单元行为 197

　　9.2.3 ABAQUS的连接属性 197

　　9.3 实例—螺旋桨叶片的旋转过程

　　分析 198

　　9.3.1 创建部件 198

　　9.3.2 定义材料属性 200

　　9.3.3 定义和指派截面属性 201

　　9.3.4 定义装配 202

　　9.3.5 定义参考点和坐标系 202

　　9.3.6 定义集合 203

　　9.3.7 定义约束 204

　　9.3.8 定义连接属性和连接单元 205

　　9.3.9 设置分析步和历程输出变量 206

　　9.3.10 定义边界条件和载荷 207

　　9.3.11 划分网格 208

　　9.3.12 提交分析作业 210

　　9.3.13 后处理 210

　　9.4 本章小结 211

　　第10章 多步骤分析 212

　　（ 视频讲解：28分钟）

　　10.1 分析过程 213

　　10.1.1 分析过程的分类 213

　　10.1.2 一般分析步 213

　　10.1.3 线性摄动分析步 214

　　10.2 实例—铲斗系统的振动分析 215

　　10.2.1 实例描述 215

　　10.2.2 创建部件 215

　　10.2.3 定义材料属性 218

　　10.2.4 定义和指派截面属性 219

　　10.2.5 定义装配 220

　　10.2.6 设置分析步 220

　　10.2.7 划分网格 222

　　10.2.8 边界条件和载荷 223

　　10.2.9 提交分析作业 224

　　10.2.10 后处理 225

　　10.3 实例—重启动分析 228

　　10.3.1 重启动分析方法概述 228

　　10.3.2 创建重启动分析模型 229

　　10.3.3 模型属性 229

　　10.3.4 设置分析步 230

　　10.3.5 定义载荷 232

　　10.3.6 提交分析作业 233

　　10.3.7 后处理 234

　　10.4 本章小结 235

　　第11章 用户子程序 236

　　（ 视频讲解：13分钟）

　　11.1 用户子程序简介 237

　　11.2 用户子程序VUMAT接口及

　　调试 237

　　11.2.1 用户子程序VUMAT接口

　　界面 237

　　11.2.2 用户子程序VUMAT的主要

　　参数 238

　　11.2.3 用户子程序VUMAT的调试与

　　提交方法 239

　　11.3 显式应力更新算法简介 240

　　11.4 VUMAT子程序的编写 241

　　11.5 实例—Taylor杆撞击仿真

　　分析 242

　　11.5.1 创建部件 242

　　11.5.2 划分网格 243

　　11.5.3 定义材料属性 244

　　11.5.4 定义和指派截面属性 245

　　11.5.5 定义装配 245

　　11.5.6 设置分析步 246

　　11.5.7 边界条件和载荷 247

　　11.5.8 提交分析作业 249

　　11.6 本章小结 253

　　附录A INP文件 254

　　附录B 源程序 257

　　前言/序言

　　ABAQUS是达索系统公司旗下的一款有限元分析软件，该软件用于解决复杂和深入的工程问题。其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可，被普遍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。它有两个主求解器模块—ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。ABAQUS软件的求解器是智能化的求解器，可以解决其他软件不收敛的非线性问题；而对于其他软件也能收敛的非线性问题，ABAQUS软件的计算收敛速度较快，并且更加容易操作和使用。ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势，其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态非线性等多个方 面。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?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。由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性，因此其在各国的工业和研究中被广泛地采用。

　　ABAQUS作为通用的模拟工具，除了能够解决大量结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，如热传导、质量扩散、热电耦合分析、振动与声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质分析。ABAQUS为用户提供了丰富的功能，且使用起来非常简单，大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易地模拟出来。在大部分模拟中，甚至是高度非线性问题，用户只需提供一些工程数据即可，如结构的几何形状、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。它不仅能够选择合适的参数，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。因此，用户通过准确地定义参数就能很好地控制数值计算结果。

　　一、编写目的

　　鉴于ABAQUS的强大功能，我们力图编写一本着重介绍ABAQUS实际工程应用的书籍。不求事无巨细地将ABAQUS知识点全面讲解清楚，而是针对工程需要，利用ABAQUS整体知识脉络作为线索，以实例作为“抓手”，帮助读者掌握利用ABAQUS进行工程分析的基本技能和技巧。

　　二、本书内容及特点

　　本书以有限元软件ABAQUS 2022为对象，系统地介绍了ABAQUS 2022的各种基本功能。全书分为11章，主要从线性结构静力问题、接触问题、材料非线性问题、结构模态问题、显式非线性问题、热应力问题、多体系统问题、多步骤问题及子程序开发共9个方面出发，讲解ABAQUS 2022的基本功能和简单建模与仿真实例。

　　书中内容从实用出发，侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决，且在书中对重点问题及需要注意的方面均给出了提示，有利于初学者快速掌握ABAQUS的基本操作。

　　三、本书的配套资源

　　1．51集同步教学视频

　　针对本书实例，专门配套了51集同步教学视频，读者可以扫码看视频，像看电影一样轻松愉悦地学习本书内容，然后对照课本加以实践和练习，可以大大提高学习效率。

　　2．15个综合实战案例精讲视频

　　为了帮助读者拓展视野，配套资源中额外赠送了15个有限元分析综合实战案例（涵盖Ansys、Patran和Nastran）及其配套的源文件和精讲视频，学习时长达200分钟。

　　3．全书实例的源文件和素材

　　配套资源中包含本书附带的很多实例和练习实例的源文件和素材，读者可以安装ABAQUS 2022软件，打开并使用。

　　四、关于本书的服务

　　1．ABAQUS 2022安装软件的获取

　　按照本书中的实例进行操作练习，需要事先在计算机上安装ABAQUS 2022软件。安装ABAQUS 2022软件可以登录http://www.abaqus.com网站购买正版软件，或者使用其试用版。

　　2．关于本书的技术问题或有关本书信息的发布

　　读者朋友遇到有关本书的技术问题，可以扫描封底“文泉云盘”二维码查看是否已发布相关勘误/解疑文档，如果没有，可在下方寻找作者联系方式，或点击“读者反馈”留下问题，我们会尽快回复。

　　3．关于手机在线学习

　　扫描书中二维码，可在手机中观看对应教学视频，以充分利用碎片化时间，随时随地学习。需要强调的是，书中给出的只是实例的重点步骤，实例详细操作过程还需通过视频来仔细领会。

　　五、关于作者

　　本书由CAD/CAM/CAE技术联盟组织编写，胡仁喜、刘昌丽、解江坤参与了具体的编写工作。CAD/CAM/CAE技术联盟是一个CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作的工程技术人员协作联盟，包含20多位专职和众多兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。其创作的很多教材成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。

　　六、致谢

　　在本书的写作过程中，策划编辑贾小红和艾子琪女士给予了很大的帮助和支持，提出了很多中肯的建议，在此表示感谢。同时，还要感谢清华大学出版社的所有编审人员为本书的出版所付出的辛勤劳动。本书的成功出版是大家共同努力的结果，谢谢所有给予支持和帮助的人们。

　　编 者