[转载]abaqus学习经验

—Frequency: 频率提取分析。
—Modal dynamics: 瞬时模态动态分析。
—Random response: 随机响应分析。
—Response spectrum: 反应谱分析。
—Steady-state dynamics: 稳态动态分析。
[9](pp33)在静态分析中,如果模型中不含阻尼或与速率相关的材料性质,“时间”就没有实际的物
理意义。为方便起见,一般都把分析步时间设为默认的1。每创建一个分析步,ABAQUS/CAE 就
会自动生成一个该分析步的输出要求。
[10] (pp34)自适应网格主要用于ABAQUS/Explicit 以及ABAQUS/Standard 中的表面磨损过程
模拟。在一般的ABAQUS/Standard 分析中,尽管也可设定自适应网格,但不会起到明显的作用。
Step 功能模块中,主菜单Other→Adaptive Mesh Domain 和Other→Adaptive Mesh Controls 分别
设置划分区域和参数。
[11](pp37)使用主菜单Field 可以定义场变量(包括初始速度场和温度场变量)。有些场变量与分
析步有关,也有些仅仅作用于分析的开始阶段。使用主菜单Load Case 可以定义载荷状况。载荷状
况由一系列的载荷和边界条件组成,用于静力摄动分析和稳态动力分析。
[12](pp42)独立实体是对部件的复制,可以直接对独立实体划分网格,而不能对相应的部件划分
网格。非独立实体是部件的指针,不能直接对非独立实体划分网格,而只能对相应的部件划分网格。
由网格部件创建的实体都是非独立实体。
[13](pp45)Quad 单元(二维区域内完全使用四边形网格)和Hex 单元(三维区域内完全使用六
面体网格)可以用较小的计算代价得到较高的精度,因此应尽可能选择这两种单元。
[14](pp45)结构化网格和扫掠网格一般采用Quad 单元和Hex 单元,分析精度相对较高。因此优
先 选用这两种划分技术。使用自由网格划分技术时,一般来说,节点的位置会与种子的位置相吻
合。使用结构化网格和扫掠网格划分技术时,如果定义了受完全约束的种子,划分可能失败。
[15](pp45)划分网格的两种算法:
中性轴算法(Medial Axis):
(1)中性轴算法(Medial Axis)更易得到单元形状规则的网格,但网格与种子的位置吻合得较差。
(2)在二维区域中,使用此算法时选择Minimize the mesh transition(最小化网格的过渡)可提
高网格质量,但更容易偏离种子。当种子布置得较稀疏时,使用中性轴算法得到的单元形状更规则。
(3)如果在模型的一部分边上定义了受完全约束的种子,中性轴算法会自动为其他的边选择最佳
的种子分布。
(4)中性轴算法不支持由CAD 模型导入的不精确模型和虚拟拓扑。
Advancing Front 算法
(1) 网格可以与种子的位置很好地吻合,但在较窄的区域内,精确匹配每粒种子可能会使网格
歪斜。
(2) 更容易得到单元大小均匀的网格。有些情况下, 单元均匀是很重要的, 例如在
ABAQUS/Explicit 中,网格中的小单元会限制增量步长。

(3) 容易实现从粗网格到细网格的过渡。
(4) 支持不精确模型和二维模型的虚拟拓扑。
[16](pp50)网格划分失败时的解决办法
网格划分失败的原因:
(1) 几何模型有问题,例如模型中有自由边或很小的边、面、尖角、裂缝等。
(2) 种子布置得太稀疏。
如果无法成功地划分Tet 网格,可以尝试以下措施:
(1) 在Mesh 功能模块中,选择主菜单Tools→Query 下的Geometry Diagnostics,检查模型中
是否有自由边、短边、小平面、小尖角或微小的裂缝。如果几何部件是由CAD 模型导入的,
则应注意检查是否模型本身就有问题(有时可能是数值误差导致的);如果几何部件是在
ABAQUS/CAE 中创建的,应注意是否在进行拉伸或切割操作时,由于几何坐标的误差,出
现了上述问题。
(2) 在Mesh 功能模块中,可以使用主菜单Tools→Virtual Topology(虚拟拓扑)来合并小的边
或面,或忽略某些边或顶点。
(3) 在Part 功能模块中,点击主菜单Tools→Repair,可以修复存在问题的几何实体。
(4) 在无法生成网格的位置加密种子。
[17](pp51)网格质量检查
在Mesh 功能模块中,点击主菜单Mesh→Verify,可以选择部件、实体、几何区域或单元,检查其
网格的质量,获得节点和单元信息。在Verify Mesh 对话框,选择Statistical Checks(统计检查)
可以检查单元的几何形状,选择Analysis Checks(分析检查)可以检查分析过程中会导致错误或
警告信息的单元。单击Highlight 按钮,符合检查判据的单元就会以高亮度显示出来。
[18](pp51)单元类型
ABAQUS 拥有433 种单元,分8 大类:连续体单元(continuum element,即实体单元solid
element)、壳单元、薄膜单元、梁单元、杆单元、刚体单元、连接单元和无限元。
(1) 线性单元(即一阶单元);二次单元(即二阶单元);修正的二次单元(只有Tri 或Tet 才有
此类型)。
(2) ABAQUS/Explicit 中没有二次完全积分的连续体单元。
(3) 线性完全积分单元的缺点:承受弯曲载荷时,会出现剪切自锁,造成单元过于刚硬,即使
划分很细的网格,计算精度仍然很差。
(4) 二次完全积分单元的优点:(A)应力计算结果很精确,适合模拟应力集中问题;(B)一般
情况下,没有剪切自锁问题。但使用这种单元时要注意:(A)不能用于接触分析;(B)对
于弹塑性分析,如果材料不可压缩(例如金属材料),则容易产生体积自锁;(C)当单元发
生扭曲或弯曲应力有梯度时,有可能出现某种程度的自锁。
(5) 线性减缩积分单元在单元中心只有一个积分点,存在沙漏数值问题而过于柔软。采用这种
单元模拟承受弯曲载荷的结构时,沿厚度方向上至少应划分四个单元。优点:(A)位移计
算结果较精确;(B)网格存在扭曲变形时(例如Quad 单元的角度远远大于或小于90º),

分析精度不会受到明显的影响;(C)在弯曲载荷下不易发生剪切自锁。缺点:(A)需要较
细网格克服沙漏问题;(B)如果希望以应力集中部位的节点应力作为分析目标,则不能选
用此单元。
(6) 二次减缩积分单元不但保持线性减缩积分单元的上述优点,还具有如下特点:(A)即使不
划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题;(B)即使在复杂应力状态下,对自锁问题也
不敏感。使用这种单元要注意:(A)不能用于接触分析;(B)不能用于大应变问题;(C)
存在与线性减缩积分单元类似的问题,即节点应力的精度往往低于二次完全积分单元。
(7) 非协调模式单元可克服线性完全积分单元中的剪切自锁问题,仅在ABAQUS/Standard 有。
优点:(A)克服了剪切自锁问题,在单元扭曲比较小的情况下,得到的位移和应力结果很
精确;(B)在弯曲问题中,在厚度方向上只需很少的单元,就可以得到与二次单元相当的
结果,而计算成本却明显降低;(C)使用了增强变形梯度的非协调模式,单元交界处不会
重叠或开洞,因此很容易扩展到非线性、有限应变得位移。但使用这种单元时要注意:如
果所关心部位的单元扭曲比较大,尤其是出现交错扭曲时,分析精度会降低。
(8) 使用Tri 或Tet 单元要注意:(A)线性Tri 或Tet 单元的精度很差,不要在模型中所关心的
部位及其附近区域使用;(B)二次Tri 或Tet 单元的精度较高,而且能模拟任意的几何形状,
但计算代价比Quad 或Hex 单元大,因此如果能用Quad 或Hex 单元,就尽量不要使用Tri
或Tet 单元;(C)二次Tet 单元(C3D10)适于ABAQUS/Standard 中的小位移无接触问题;
修正的二次Tet 单元(C3D10M)适于ABAQUS/Explicit 和ABAQUS/Standard 中的大变形和
接触问题;(D)使用自有网格不易通过布置种子来控制实体内部的单元大小。
(9) 杂交单元 在ABAQUS/Standard 中,每一种实体单元都有其对应的杂交单元,用于不可压
缩材料(泊松比为0.5,如橡胶)或近似不可压缩材料(泊松比大于0.475)。除了平面应力
问题之外,不能用普通单元来模拟不可压缩材料的响应,因为此时单元中的应力士不确定
的。ABAQUS/Explicit 中没有杂交单元。
[19](pp57)在混合使用不同类型单元时,应确保其交界处远离所关心的区域,并仔细检查分析结
果是否正确。对于无法完全采用Hex 单元网格的实体,还可采用以下方法:(A)对整个实体划分
Tet 单元网格,使用二次单元C3D10 或修正的二次单元C3D10M,同样可以达到所需精度,只是计
算时间较长;(B)改变实体中不重要部位的几何形状,然后对整个实体采用Hex 单元网格。
[20](pp60)三维实体单元类型的选择原则
(1)对于三维区域,尽可能采用结构化网格划分或扫掠网格划分技术,从而得到Hex 单元网格,
减小计算代价,提高计算精度。当几何形状复杂时,也可以在不重要的区域使用少量楔形单元。
(2)如果使用了自由网格划分技术,Tet 单元类型应选择二次单元。在ABAQUS/Explicit 中应选择
修正的Tet 单元C3D10M,在ABAQUS/Standard 中可以选择C3D10,但如果有大的塑性变形,或
模型中存在接触,而且使用的是默认的硬接触关系,则也应选择修正的Tet 单元C3D10M。
(3)ABAQUS 的所有单元均可用于动态分析,选取单元的一般原则与静力分析相同。但在使用
ABAQUS/Explicit 模拟冲击或爆炸载荷时,应选用线性单元,因为它们具有集中质量公式,模拟应
力波的效果优于二次单元所采用的一致质量公式。

如果使用的是 ABAQUS/Standard,在选择单元类型时还应该注意:
(1) 对于应力集中问题,尽量不要使用线性减缩积分单元,可使用二次单元来提高精度。如果
在应力集中部位进行了网格细化,使用二次减缩积分单元与二次完全积分单元得到的应力
结果相差不大,而二次减缩积分单元的计算时间相对较短。
(2) 对于弹塑性分析,如果材料是不可压缩性的(例如金属材料),则不能使用二次完全积分单
元,否则会出现体积自锁问题,也不要使用二次Tri 或Tet 单元。推荐使用的是修正的二次
Tri 或Tet 单元、 非协调单元以及线性减缩积分单元。
(3) 如果模型中存在接触或大的扭曲变形,则应使用线性Quad 或Hex 单元以及修正的二次Tri
或Tet 单元,而不能使用其它的二次单元。
(4) 对于以弯曲为主的问题,如果能够保证在所关心的部位的单元扭曲较小,使用非协调单元
可以得到非常精确的结果。
(5) 除了平面应力问题之外,如果材料是完全不可压缩的(如橡胶材料),则应使用杂交单元;
在某些情况下,对于近似不可压缩材料也应使用杂交单元。
[21](pp61)壳单元类型及选择原则
如果一个薄壁构件的厚度远小于其典型结构整体尺寸(一般为小于1/10),并且可以忽略厚度
方向的应力,就可以用壳单元来模拟此结构。壳体问题可分两类:薄壳问题(忽略横向剪切变形)
和厚壳问题(考虑横向剪切变形)。对于单一各向同性材料,一般当厚度和跨度的比值小于1/15 时,
可以认为是薄壳;大于1/15 时,则可以认为是厚壳。对于复合材料,这个比值要更小一些。
按薄壳和厚壳分为:通用壳单元和特殊用途壳单元。前者对薄壳和厚壳均有效;
按单元定义方式可分为:常规壳单元和连续体壳单元。前者通过定义单元的平面尺寸、表面法向何
初始曲率来对参考面进行离散,只能在截面属性中定义壳的厚度,不能通过节点来定义壳的厚度。
后者类似于三维实体单元,对整个三维结构进行离散。
选择原则:
(1) 对于薄壳问题,常规 壳单元的性能优于连续体单元;而对于接触问题,连续体壳单元的计
算结果更加精确,因为它能在双面接触中考虑厚度的变化。
(2) 如果需要考虑薄膜模式或弯曲模式的沙漏问题, 或模型中有面内弯曲, 在
ABAQUS/Standard 中使用S4 单元可获得很高的精度。
(3) S4R 单元性能稳定,适用范围很广。
(4) S3/S3R 单元可以作为通用壳单元使用。由于单元中的常应变近似,需要划分较细的网格来
模拟弯曲变形或高应变梯度。
(5) 对于复合材料,为模拟剪切变形的影响,应使用适于厚壳的单元(例如S4、S4R、S3、S3R、
S8R),并要注意检查截面是否保持平面。
(6) 四边形或三角形的二次壳单元对剪切自锁或薄膜自锁都不敏感,适用于一般的小应变薄壳。
(7) 在接触模拟中,如果必须使用二次单元,不要选择STRI65 单元,而应使用S9R5。
(8) 如果模型规模很大且只表现几何线性,使用S4R5 单元(线性薄壳单元)比通用壳单元更
节约计算成本。
石亦平ABAQUS 有限元分析实例祥解之读后小结
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(9) 在ABAQUS/Explicit 中,如果包含任意大转动和小薄膜应变,应选用小薄膜应变单元。
[22] 梁单元类型的选择
如果一个构件横截面的尺寸远小于其轴向尺度(一般的判据为小于1/10),并且沿长度方向的应力
是最重要的因素,就可以考虑梁单元来模拟此结构。ABAQUS 中的所有单元都是梁柱类单元,即可
以产生轴向变形、弯曲变形和扭转变形。Timoshenko 梁单元还考虑了横向剪切变形的影响。B21
和B31(线性梁单元)以及B22 和B32 单元(二次梁单元)是考虑剪切变形的Timoshenko 梁单
元,它们既适用于模拟剪切变形起重要作用的深梁,又适用于模拟剪切变形不太重要的细长梁。这
些单元的截面特性与厚壳单元的横截面特性相同。
ABAQUS/Standard 中三次单元B23 和B33 被称为Euler-Bernoulli 梁单元,它们不能模拟剪切变形,
但适合于模拟细长的构件(很截面的尺寸小于轴向尺度的1/10)。由于三次单元可以模拟沿长度方
向的三阶变量,所以只需划分很少的单元就可以得到很精确的结果。
选择原则:
(1) 在任何包含接触的问题中,应使用B21 或B31 单元(线性剪切应变梁单元)。
(2) 如果横向剪切变形很重要,则应采用B22 或B32 单元(二次Timoshenko 梁单元)。
(3) 在ABAQUS/Standard 中的几何非线性模拟中,如果结构非常刚硬或非常柔软,应使用杂交
单元,例如B21H 或B32H 单元。
(4) 如果在ABAQUS/Standard 中模拟具有开口薄壁横截面的结构,应使用基于横截面翘曲理论
的两单元,例如B31OS 或B32OS 单元。