abaqus学习笔记

ABAQUS学习笔记

一．AQUS－.inp编码介绍

（一）．ABAQUS头信息文件段（1－4）

1.*PREPRINT 输出求解过程所要求的信息（在dat文件中）

ie:*PREPRINT, ECHO=YES, HISTORY=YES, MODEL=YES

2.*HEADING 标题输出文件（出现在POST/VIEW窗口中，且出现在结果输出文件中）

ie:*HEADING

STRESS ANALYSIS FOR A PLATE WITH A HOLE

3.*RESTART 要求abaqus/standard输出其POST/view模块所需要的.res文件。其中的FREQ＝？控制结果在每次迭代（或载荷步）输出的次数。

ie:*RESTART, WRITE, FREQ=1

4.*FILE FORMAT 要求abaqus/standard输出到.fil中的某些信息。它也用于post。对于在后处理中得到x-y形式的诸如应力－时间、应力－应变图有用！

ie: *FILE FORMAT, ZERO INCREMENT

（二）．ABAQUS网格生成段

定义结点、单元，常用的命令有：结点定义（*NODE，*NGEN），单元定义（*ELEMENT，*ELGEN等）。

1.*NODE 定义结点，其格式为：

*NODE

结点号，x轴坐标，y轴坐标，（z轴坐标）

2.*NGEN 在已有结点的基础上进行多个结点的生成，一般是在两结点间以某种方式（直线、圆）产生一定分布规律的结点。

如：*NGEN, LINE=C, NSET=HOLE，

119, 1919, 100, 101 在两结点（结点号为119，1919）间以圆弧形式生成多个结点，

100为任意相邻结点的单元号增量，101为圆弧形成时圆心位置的结点（对于直线形式生

成没有此结点）。所有这些生成的结点（包括119，1919）被命名成HOLE的集合（这样做的目的是以后的命令中使用到它，比如说对这些结点施加同等条件的边界条件或载荷等，

HOLE就是这些结点的代称）。*NGEN使用的前提就是必须存在已有结点。

*NGEN, NSET=OUTER

131, 1031, 100 以线形式形成结点，结点号增量100，结点集合名为OUTER。

*NGEN, NSET=OUTER

1031, 1931, 100 同上生成结点，可以同上结点集合名，这样OUTER就包括这两次生成

的所有结点

3.*NFILL 在如上生成的结点集（实际上，代表两条几何意义上的边界线）之间按一定规律（BIAS＝？）填充结点。这样所有生成的结点构成一定形状的实体（面）。

如：*NFILL, NSET=PLATE, BIAS=0.8

HOLE, OUTER, 12, 1 以HOLE为第一条边界，OUTER为第二条边界（终止边），以从疏到密的规律（BIAS小于1）分布，其生成结点数在两内外对应结点间为12，1为每组结点号的增量。所有这些结点被置于PLATE的集合中。

下面以上面生成的结点来生成单元：

4.*ELEMENT

定义单元所使用的类型（TYPE=？），然后另行定义通过联结结点形成单元，其结点数目依

靠单元类型而变。

*ELEMENT, TYPE=CPS4 //采用四单元的平面应力单元

19, 119, 120, 220, 219 //定义顺序：单元号，以逆时针方向形成单元的各结点号

（三）ABAQUS单元

注意：分析前要选择合适的元素，这时要考虑的问题就是：使用什么样类型的单元？有限元

的基本思路就是将实际中的连续体离散化，实际结果是将众多离散分析结果的集合，这似乎有点像积分的概念。选择元素种类最重要考虑的是分析必要的现象，满足必要的准确度基础上去掉不必要的细节与准确度。是选择1-D, 2-D or 3-D单元、用于何种分析的单元、是

否高阶单元等。

（四）ABAQUS材料

ABAQUS本身提供了丰富的材料库供分析使用，并已能满足常用的分析。但对于新型本构

关系的材料abaqus本身是无法体现的，UMAT则为这个问题提供了解决。自己编程将材

料的应力应变本构表示出来，ABAQUS调用完成分析。

ABAQUS 的材料行为模式主要分为

弹性材料：

w Linear elasticity （线弹性）

w No compression or tension elasticity （无压缩或位伸弹性材料，即单力性材料）

w Plane stress orthotropic failure （平面应力单元）

w Porous elasticity （多孔弹性）

w Hypoelasticity （亚弹性）

w Hyperelasticity （超弹性）

w Foam elasticity （泡沫单元）

w Viscoelasticity （粘弹性）

非弹性材料

w Classical metal plasticity （塑性）

w Metals subjected to cyclic loading （受周期荷载金属单元）

w Rate-dependent yield（率相关屈服单元）

w Creep and Swelling （蠕变）

w Anisotropic yield and creep （各向异性）

w Porous metal plasticity (多孔塑性)

w Deformation plasticity （塑变单元）

w Granular materials or polymers （粒状材料或复合材料）

w Clay plasticity （粘土塑性）

w Crushable foam plasticity （可压泡沫塑性）

w Jointed material （？……）

w Concrete （混凝土）

（五）ABAQUS求解

对于一个inp文件，不进入CAE时，需要这样做：

1. 检查inp文件的正确性（当然主要是指keyword的使用），自己能做检查最好，否则可以通过：ABAQUS datacheck job=yourjobname

2. 检查确认修正后进行计算：

通过：ABAQUS job=yourjobname

3. 检验分析结果的合理性：不只是会算，更要会对分析结果进行确认。首先要对整个分析

及分析的并键之处成竹在心。然后可以通过以下途径作结果确认：

①自已能够得到的解析解

②实验数据

③其它数值解

④别人的求解结果（当然你得信任他）

⑤直觉与经验

4. 如果迭代无法收敛：需要通过.msg,.sta文件查看出错信息并做出判断（在CAE中submit分析时可以通过monitor查看），判断依据为：

①结构约束是否足够或过多

②材料数据是否正确

③单元是否适合此分析

④网格有没有过扭曲、奇异

⑤接触单元是否足够

⑥步长是否过大

二．有限元理论

（一）关于应力应变

金属的工程应力（未变形单位面积上的力）称为名义应力，与之相对应的为名义应变（每单

位未变形长度的伸长）。----名义应力-----名义应变

在只考虑的情况下，拉伸和压缩应变是相同的，即：

，其中l是当前长度，是原始长度，为真实应变或对数应变。与真实应变对应的真实应力：，F为材料受力，A是当前面积。

在ABAQUS中必须用真实应力和真实应变定义塑性.ABAQUS需要这些值并对应地在输入

文件中解释这些数据。

然而，大多数实验数据常常是用名义应力和名义应变值给出的。这时，必须应用公式将塑性

材料的名义应力（变）转为真实应力（变）。

考虑塑性变形的不可压缩性，真实应力与名义应力间的关系为：

，

当前面积与原始面积的关系为：

将A的定义代入到真实应力的定义式中，得到：

其中也可以写为。

这样就给出了真实应力和名义应力、名义应变之间的关系：

真实应变和名义应变间的关系很少用到，名义应变推导如下：

上式各加1，然后求自然对数，就得到了二者的关系：

ABAQUS中的*PLASTIC选项定义了大部分金属的后屈服特性。ABAQUS用连接给定数据点的一系列直线来逼近材料光滑的应力－应变曲线。可以用任意多的数据点来逼近实际的

材料性质;所以，有可能非常逼真地模拟材料的真实性质。在*PLASTIC选项中的数据将材

料的真实屈服应力定义为真实塑性应变的函数。选项的第一个数据定义材料的初始屈服应

力，因此，塑性应变值应该为零。

在用来定义塑性性能的材料实验数据中，提供的应变不仅包含材料的塑性应变，而是包括材料的总体应变。所以必须将总体应变分解为弹性和塑性应变分量。弹性应变等于真实应力与

杨氏模量的比值，从总体应变中减去弹性应变，就得到了塑性应变，其关系为：

其中是真实塑性应变，是总体真实应变，是真实弹性应变。

总体应变分解为弹性与塑性应变分量

实验数据转换为ABAQUS输入数据的示例

下图中的应力应变曲线可以作为一个例子，用来示范如何将定义材料塑性特性的实验特性的

实验数据转换为ABAQUS适用的输入格式。名义应力－应变曲线上的6个点将成为*PLASTIC选项中的数据。

第一步是用公式将名义应力和名义应变转化为真实应力和应变。一旦得到这些值，就可以用公式不确定与屈服应力相关联的塑性应变。下面给出转换后的数据。在小应变时，真实应变和名义应变间的差别很小，而在大应变时，二者间的就会有明显的差别;因此，如果模拟的应变比较大，就一定要向abaqus提供正确的应力－应变数据。定义这种材料的输入数据

格式在图中给出。

（二）. 对于受力的大小,受力的方式,还有本构方程参数的选择对于模型是否收敛影响很大. 泊松比的影响：材料的泊松比的大小对于网格的扰动影响很大，在foam中，由于其泊松比是0，所以它对于单元的扰动不是很大。所以在考虑到经常出现单元节点被翻转过来的现象，

可以调整泊松比的大小。

REMESH：对于creep的，特别是材料呈现非线性的状态下，变形很大，就有必要对其进

行重新划分网格，用map solution来对其旧网格进行映射。这就要决定何时进行重新划分

网格，这个就要看应变的增长幅度了，通过观察网格外形的变化曲线来决定是否要进行重新

划分区域。

接触表面的remesh时，网格类型，单元数目等必须和原有的mesh保持一致，这个对于contact的计算十分重要。但是对于刚体表面的remesh没有这个必要的，单元数目可以

减少，网格可以粗化，但是对于非刚体，一般将网格进行细化。

对于NIGEOM（非线性）：

the load must be applied gradually. We apply the load gradually by dividing the

step into increments。

Omit this parameter or set NLGEOM=NO to perform a geometrically linear analysis during the current step. Include this parameter or set NLGEOM=YES to

indicate that geometric nonlinearity should be accounted for during the step

(stress analysis and fully coupled thermal-stress analysis only). Once the NLGEOM option has been switched on, it will be active during all subsequent

steps in the analysis.

几何非线性是与分析过程中模型的几何改变想联系的，几何非线性发生在位移的大小影响到

了结构响应的情况，可能由于是大绕度后者是转动；突然的翻转；初应力或载荷硬化。

塑性分析中的注意问题：对于大应变，真实应变和名义应变之间的差值就会很大，所以在给abaqus提供应力－应变数据时，一定要注意正确的给予赋值，在小应变的情况下，真实应

变和名义应变之间的差别很小，不是很重要。

对于单元的选择：在ABAQUS中存在一类杂交的单元族，还有一类缩减的单元存在，这些

用于模拟超弹性材料的完全不可压缩特性的。但是线性减缩积分单元由于存在所谓的沙漏（hourglass）的数值问题而过于柔软，所以似使得网格容易被扭曲，因而在小冲孔的蠕变

模拟中会出现error，因此最好选用其它的单元做分析，当然也可以加hourglass进行补

充。数学描述和积分类型对实体单元的准确性都能产生显著的影响。

对于大应变的扭曲的模拟（大变形分析）最好选用细网格划分的线性减缩积分单元

（CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R等）。

对于接触问题，采用线性减缩积分单元或者非协调单元，在模型中选用非协调单元可以使得

网格的扭曲减小到最小。

单元性质：*solid section对于三维和轴对称单元不需要附加任何几何信息的，节点的坐

标已经能够完整的定义单元的几何形状。而平面应力和平面应变单元则必须在数据行指定单

元的厚度。

数值奇异性：在没有边界的时候，在模型上因为有限的计算精度，讲存在很小的非平衡力，

如果模型应用于经理模型而没有边界条件（只有作用力），这个非平衡力就会引起模型发生

无限的刚体运动。这个刚体的运动在数学上被称为数值的奇异性。当abaqus在模拟时检验出数值奇异性的时候，会将节点等问题信息打出来。一般模拟结果有奇异性时不可信的，

必须要加约束。

后处理：对于一些输出的类型的转化，含义具体可以见CAE26－10

其实对于应力,还有V值的大小的变化,主要还是调起始的时间的步长,这个其实步长可能要取到1e-20,杨镇的曲线,他的起始步长就需要很小的(我用了0.00000000000001),但是不加损伤,后来步长增加很快的,没有什么东西了

三、ＣＡＥ之点滴

１．在建模作基面（草绘）时，Approximate size的大小对方便地进行平面绘图很有意义。一般取欲画尺寸的１２５％。

２．当草绘时，作任一平面图形（一般是闭合的）其边界可以从任意地方开始，但好的起

点终点对以后分网很有用处，一般地，起点、终点取习惯上的顶点、圆弧零度位置等特殊位置处，这样网格质量较高。

３．ABAQUS/CAE建模思想与proe等专业CAD软件相似，都是特征建模，即：通过平

面产生的基面以拉伸、旋转、扫掠等生成体。

４．作为feature的一种，草绘中对某些关键形状标以尺寸对以后方便的对part进行修改很有用。

５．建模过程中，合理有效的用好基准Datum（面、轴、点）对建立复杂的part有用！６．Part可进行copy，copy的结果是将原part的所有特性（此前已指定）全部继承下来，可以通过delete其中的一些feature来形成新的part，在delete时，某一feature 如果前后相关，则与之相关的都将被delete（如:在基准面内做的feature，则删除基准时此feature也被删除），一旦delete将不能恢复，但如果只是想暂时“不见它”，可以从tool 中suppress它。

７．关于坐标系的问题：在part模块中使用的都是局部坐标系，而模型需要在assembly 模块中进行全局定位（此中为整体坐标系）。（这对于只有一个part的模型来说没什么问题，但多个part的模型需要用constrain来进行整合），第一个进入assembly中的part的坐标系被默认为整体坐标系。

８．刚性曲面的建立，其材料、约束等性质需要通过施加在一个刚性参考点上才能得以实

现。

９．在assembly中，为防止第二个instance在建立进在视图中与第一个相叠，通常在

创建第二个时打开Auto-offset from other instances选项。