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　　内容简介

　　ABAQUS是国际上比较流行的、被誉为功能大的有限元分析软件之一，特别是在非线性分析领域，它可以分析复杂的工程力学问题，具有驾驭庞大求解规模的能力。 本书以ABAQUS 2021版本为讲解对象，由浅入深地讲解ABAQUS仿真计算的各种功能。全书分为两部分共18章，其中基础部分包括ABAQUS的基本操作、前处理、网格划分、相互作用定义、分析及后处理等内容，案例分析部分包括结构静力学、接触问题、材料非线性、结构动力学、热应力、多体系统、显式非线性、多步骤分析、用户子程序、复杂工程分析等内容。本书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，书中还着重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。 本书结构严谨、条理清晰、重点突出，适合ABAQUS初学者和中级用户使用，既可以供大中专院校理工科相关专业学生学习，也可以作为工程技术人员的参考用书。

　　作者简介

　　陈海燕，毕业于北京航空航天大学，研究生学历，高级工程师，业界资深CAE工程师。精通ABAQUS、ANSYS等CAE工程分析与应用软件，擅长结构分析、力学建模、有限元仿真、系统优化等，从事相关工作近20年，先后在专业CAE项目咨询公司、国有企业力学分析研究室、全球500强企业担任重要职务，多年承担国家及企业重要研发项目的有限元分析任务，拥有丰富的ABAQUS有限元分析经验。

　　目录

　　目录

　　第1部分 基础知识

　　第1章 ABAQUS概述 1

　　1．1 ABAQUS简介 1

　　1．2 ABAQUS分析模块 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 模块 7

　　1．4 ABAQUS文件系统 9

　　1．5 ABAQUS帮助文档 11

　　1．5．1 ABAQUS帮助文档的内容 11

　　1．5．2 如何使用ABAQUS帮助文档 12

　　1．6 快速入门实例 14

　　1．6．1 问题的描述 14

　　1．6．2 启动ABAQUS 14

　　1．6．3 创建部件 14

　　1．6．4 创建材料和截面属性 17

　　1．6．5 定义装配件 18

　　1．6．6 设置分析步 19

　　1．6．7 定义边界条件和载荷 20

　　1．6．8 划分网格 22

　　1．6．9 提交分析作业 23

　　1．6．10 后处理 24

　　1．6．11 退出ABAQUS/CAE 26

　　本章小结 27

　　第2章 前处理模块 28

　　2．1 部件模块和草图模块 28

　　2．1．1 在ABAQUS中创建部件 28

　　2．1．2 导入部件 31

　　2．1．3 模型的修复与修改 32

　　2．2 属性模块 34

　　2．2．1 定义材料属性 34

　　2．2．2 创建和分配截面属性 36

　　2．2．3 设置梁的截面属性和方向 38

　　2．2．4 特殊设置菜单的功能 38

　　2．3 装配模块 40

　　2．3．1 创建部件实体 40

　　2．3．2 部件实体的定位 42

　　2．3．3 合并/剪切部件实体 45

　　2．4 分析步模块 46

　　2．4．1 设置分析步 47

　　2．4．2 定义输出 54

　　2．4．3 分析步模块的其他功能 57

　　2．5 载荷模块 58

　　2．5．1 定义载荷 59

　　2．5．2 定义边界条件 63

　　2．5．3 设置预定义场 65

　　2．5．4 定义工况 67

　　本章小结 68

　　第3章 相互作用定义 69

　　3．1 定义相互作用 69

　　3．1．1 接触属性的定义 69

　　3．1．2 接触的定义 73

　　3．1．3 接触控制的定义 79

　　3．1．4 接触实例 79

　　3．2 定义约束 81

　　3．2．1 绑定约束 81

　　3．2．2 刚体约束 83

　　3．2．3 耦合约束 84

　　3．2．4 显示体约束 85

　　3．3 定义连接器 86

　　3．3．1 定义连接器的截面属性 87

　　3．3．2 创建连接器的特征线 90

　　3．3．3 定义连接单元 92

　　本章小结 93

　　第4章 划分网格 94

　　4．1 定义网格密度对模型进行种子的设置与删除 95

　　4．2 设置网格控制 99

　　4．2．1 选择单元形状 99

　　4．2．2 选择网格划分技术 100

　　4．3 设置单元类型 105

　　4．4 划分网格 108

　　4．5 检查网格 113

　　4．6 提高网格质量 114

　　4．6．1 划分网格前的参数设置 114

　　4．6．2 编辑几何模型 115

　　4．6．3 编辑网格模型 118

　　本章小结 121

　　第5章 分析和后处理 122

　　5．1 分析作业模块 122

　　5．1．1 创建和管理分析作业 123

　　5．1．2 创建和管理网格自适应过程 127

　　5．2 可视化模块 129

　　5．2．1 显示无变形图和变形图 129

　　5．2．2 显示云图 135

　　5．2．3 显示向量/张量符号图和材料方向图 142

　　5．2．4 显示剖面图 145

　　5．2．5 显示X-Y图表 147

　　5．2．6 输出数据表格 154

　　5．2．7 显示动画 155

　　本章小结 158

　　第二部分 应用实例分析

　　第6章 结构静力学分析 159

　　6．1 结构静力学分析简介 159

　　6．1．1 静力学分析的特点 160

　　6．1．2 静力学分析的步骤 160

　　6．2 桁架结构静力分析 160

　　6．2．1 问题描述 161

　　6．2．2 问题分析 161

　　6．2．3 inp文件 167

　　6．3 轴对称结构静力分析 167

　　6．3．1 轴对称结构的特点 168

　　6．3．2 轴对称结构分析要素 168

　　6．3．3 压力容器应力分析实例 168

　　6．4 弹性体的五个基本假设 176

　　6．5 如何书写inp文件 177

　　6．5．1 inp文件的组成和结构 177

　　6．5．2 书写inp文件的语法和规则 178

　　6．5．3 从外存储器中引入模型或者历史数据 180

　　6．5．4 举例 180

　　6．5．5 文件的执行 185

　　6．5．6 文件的类型介绍和常用指令 185

　　本章小结 190

　　第7章 接触问题分析 191

　　7．1 非线性问题分类 191

　　7．2 圆片与平板的接触分析 192

　　7．2．1 问题描述 192

　　7．2．2 创建部件 193

　　7．2．3 创建材料和截面属性 193

　　7．2．4 定义装配件 194

　　7．2．5 划分网格 194

　　7．2．6 设置分析步 194

　　7．2．7 定义接触 195

　　7．2．8 定义边界条件和载荷 196

　　7．2．9 提交分析作业 197

　　7．2．10 后处理 197

　　7．2．11 inp文件 198

　　7．3 接触分析中需要注意的问题 198

　　7．3．1 ABAQUS/Standard、ABAQUS/Explicit中的接触分析 199

　　7．3．2 定义接触对 199

　　7．3．3 小滑移和有限滑移 200

　　7．3．4 定义接触属性 201

　　7．3．5 设定接触面之间的距离或过盈量 201

　　7．3．6 将接触信息输出至dat文件 203

　　7．3．7 迭代过程和msg文件中的信息 204

　　7．3．8 解决接触分析中的收敛问题 206

　　7．4 过盈装配过程模拟 211

　　7．4．1 问题描述 211

　　7．4．2 问题分析 212

　　7．4．3 绘制平面图 212

　　7．4．4 创建部件 213

　　7．4．5 创建材料和截面属性 214

　　7．4．6 定义装配件 214

　　7．4．7 划分网格 214

　　7．4．8 设置分析步 214

　　7．4．9 定义接触 215

　　7．4．10 定义边界条件 218

　　7．4．11 提交分析作业 219

　　7．4．12 后处理 219

　　7．4．13 inp文件 221

　　本章小结 221

　　第8章 材料非线性分析 223

　　8．1 材料非线性分析中的常见问题 223

　　8．1．1 塑性 223

　　8．1．2 超弹性 226

　　8．1．3 黏弹性 227

　　8．2 矩形截面简支梁的弹塑性分析 227

　　8．2．1 问题描述 227

　　8．2．2 问题分析和求解 228

　　8．2．3 inp文件 230

　　8．3 单向压缩试验过程模拟 230

　　8．3．1 问题描述 231

　　8．3．2 问题分析和求解 232

　　8．3．3 inp文件 237

　　8．4 橡胶垫圈的受压分析 237

　　8．4．1 问题描述 237

　　8．4．2 问题分析和求解 238

　　8．4．3 inp文件 248

　　本章小结 248

　　第9章 结构动力学分析 249

　　9．1 动力学分析简介 249

　　9．1．1 动力学有限元法的基本原理 249

　　9．1．2 动力学分析的类型 251

　　9．2 结构模态分析 252

　　9．2．1 进行模态分析的功能 252

　　9．2．2 模态分析的步骤 252

　　9．2．3 固定机床的振动模态分析 253

　　9．3 瞬态动力学分析 262

　　9．3．1 瞬态动力学分析的原理 262

　　9．3．2 钢球对钢板的侵彻模拟分析 263

　　本章小结 277

　　第10章 热应力分析 278

　　10．1 热应力分析简介 278

　　10．1．1 热应力分析的基本原理 279

　　10．1．2 热应力分析中的主要问题 280

　　10．2 带孔平板的热应力分析 281

　　10．2．1 问题描述 281

　　10．2．2 问题分析和求解 282

　　10．2．3 inp文件 287

　　10．3 刹车盘热应力分析 288

　　10．3．1 问题描述 288

　　10．3．2 问题分析和求解 288

　　10．3．3 inp文件 300

　　本章小结 300

　　第11章 多体系统分析 302

　　11．1 多体系统分析简介 302

　　11．2 ABAQUS的连接单元和连接属性 303

　　11．2．1 连接单元边界条件和连接载荷 303

　　11．2．2 连接单元行为 304

　　11．2．3 ABAQUS的连接属性 305

　　11．2．4 基本连接属性 306

　　11．2．5 组合连接属性 309

　　11．3 矩形螺旋桨旋转过程模拟 311

　　11．3．1 问题描述 312

　　11．3．2 问题分析和求解 312

　　11．3．3 inp文件 321

　　11．4 多体系统分析要注意的问题 321

　　11．4．1 多体系统分析中的过约束 321

　　11．4．2 选择连接属性和边界条件 322

　　11．5 双万向联轴器机构分析 322

　　11．5．1 问题描述 323

　　11．5．2 问题分析 323

　　11．5．3 inp文件 331

　　本章小结 331

　　第12章 显式非线性动态分析 332

　　12．1 ABAQUS/Explicit适用的问题类型 332

　　12．2 动力学显式的有限元方法 333

　　12．2．1 显式时间积分 334

　　12．2．2 隐式和显式分析的比较 335

　　12．3 应力波在棒中传播的分析 336

　　12．3．1 问题描述 336

　　12．3．2 问题分析 336

　　12．3．3 ABAQUS/CAE求解过程 336

　　12．3．4 inp文件 349

　　12．4 水中圆桶在爆炸冲击下的响应分析 349

　　12．4．1 问题描述 350

　　12．4．2 问题分析和求解 350

　　12．4．3 inp文件 362

　　本章小结 362

　　第13章 多步骤分析 364

　　13．1 分析过程 364

　　13．1．1 分析过程的分类 364

　　13．1．2 一般分析步 365

　　13．1．3 线性摄动分析 366

　　13．2 管道系统的振动 369

　　13．2．1 问题描述 369

　　13．2．2 问题分析和求解 370

　　13．2．3 重启动分析 378

　　13．2．4 创建重启动分析模型 379

　　13．3 金属板成型模拟分析 382

　　13．3．1 问题描述 383

　　13．3．2 问题分析和求解 384

　　13．3．3 inp文件 399

　　本章小结 399

　　第14章 用户子程序 400

　　14．1 用户子程序接口概述 400

　　14．1．1 用户子程序的功能和优点 400

　　14．1．2 在ABAQUS中使用用户子程序 401

　　14．1．3 用户子程序详解 401

　　14．2 ABAQUS用户子程序 406

　　14．2．1 ABAQUS/Standard中的用户子程序 407

　　14．2．2 ABAQUS/Explicit中的用户子程序 409

　　14．3 ABAQUS中调用用户子程序 410

　　14．3．1 问题描述 410

　　14．3．2 问题分析和求解 411

　　14．3．3 inp文件 421

　　14．3．4 UMAT子程序 421

　　14．4 单向压缩试验有限元模拟 422

　　14．4．1 问题描述 422

　　14．4．2 问题分析和求解 423

　　14．4．3 inp文件 429

　　14．4．4 UMAT的Fortran程序 429

　　本章小结 434

　　第15章 复杂工程分析 435

　　15．1 工程铰接结构的分析模拟 435

　　15．1．1 问题描述 435

　　15．1．2 问题分析和求解 435

　　15．1．3 inp文件 451

　　15．2 钣金成型过程的分析模拟 452

　　15．2．1 问题描述 452

　　15．2．2 问题分析和求解 453

　　15．2．3 inp文件 467

　　本章小结 467

　　附录A 错误信息和警告信息总汇 468

　　A．1 DAT文件中的错误信息和警告信息 468

　　A．1．1 文件中有空行 468

　　A．1．2 未注明实体名称 469

　　A．1．3 关键词拼写错误 470

　　A．1．4 关键词前没有星号 470

　　A．1．5 关键词的数据错误与警告 470

　　A．1．6 关键词的参数错误 471

　　A．1．7 标点符号错误 471

　　A．1．8 关键词位置错误 472

　　A．1．9 没有为单元赋予截面属性 473

　　A．1．10 过约束 473

　　A．1．11 重启动分析数据错误 473

　　A．1．12 材料塑性数据不符合格式要求 473

　　A．1．13 环境参数pre_memory设置 474

　　A．1．14 磁盘空间不足 475

　　A．2 MSG文件中的错误信息和警告信息 475

　　A．2．1 负特征值 475

　　A．2．2 零主元 476

　　A．2．3 数值奇异 476

　　A．2．4 接触的过盈量太大 476

　　A．2．5 过多次迭代尝试 477

　　A．2．6 局部塑性变形过大 477

　　A．2．7 时间增量步达到下限 478

　　A．2．8 环境参数standard _ memory设置问题 478

　　A．3 LOG文件中的错误信息 478

　　A．3．1 用户子程序出现错误 479

　　A．3．2 ABAQUS本身的缺陷 479

　　A．3．3 环境参数pre_memory设置得过大 479

　　A．4 ABAQUS/CAE中的错误信息 和警告信息 480

　　A．4．1 不能为非独立实体设置网格参数 480

　　A．4．2 不支持inp文件中的关键词 480