基於ABAQUS的有限元分析和應用

ABAQUS是國際上最先進的大型通用有限元計算分析軟件之一，具有強健的計算功能和模擬性能，擁有大量不同種類的單元模型、材料模型和分析過程。本書是基於ABAQUS軟件6.7版本進行有限元分析與應用的入門指南和工程分析與科學研究教程。全書分為上、下兩篇。上篇結合有限元的基本理論和數值計算方法，通過系列的相關例題和討論，系統地介紹了ABAQUS軟件的主要功能和應用方法，包括編寫輸入數據文件和前處理的要領，對輸出文件進行分析和後處理的方法等；下篇精選了一批ABAQUS在科研和工程領域的典型應用案例，涉及了土木、機械、航空、鐵道等工程領域，橡膠、岩土和復合材料等多種材料的應用研究，以及如何通過編寫用戶接口程序進行二次開發等內容。 本書是應用ABAQUS有限元軟件進行力學分析和結構計算的必備工具書,可供從事工程設計和有限元分析的科研人員和工程師等閱讀和參考，也可以作為力學和工程專業研究生和本科生的有限元數值計算課的輔助教材。

內容簡介
前言

上篇ABAQUS的基礎內容和應用指南

1緒論
1.1從HKS和ABAQUS到SIMULIA
1.2有限元著作和軟件的發展歷史
1.3有限元分析中的問題與挑戰
1.4在設計中應用ABAQUS
1.5 ABAQUS產品介紹
1.6有限元法的簡單回顧
1.7本書閱讀指南
2 ABAQUS基礎
2.1 ABAQUS分析模型的組成
2.2 ABAQUS/CAE簡介
2.3例題：用ABAQUS/CAE生成橋式吊架模型
2.4比較隱式與顯式過程
2.5小結

3有限單元和剛性體
3.1有限單元
3.2剛性體
3.3質量和轉動慣量單元
3.4彈簧和減振器單元
3.5小結

4應用實體單元
4.1單元的數學描述和積分
4.2選擇實體單元
4.3例題：連接環
4.4網格收斂性
4.5例題：橡膠塊中的沙漏（ABAQUS/Explicit）
4.6相關的ABAQUS例題
4.7建議閱讀的文獻
4.8小結

5應用殼單元
5.1單元的幾何尺寸
5.2殼體公式——厚殼或薄殼
5.3殼的材料方向
5.4選擇殼單元
5.5例題：斜板
5.6相關的ABAQUS例題
5.7建議閱讀的文獻
5.8小結

6應用梁單元
6.1梁橫截面的幾何形狀
6.2計算公式和積分
6.3選擇梁單元
6.4例題：貨物吊車
6.5相關的ABAQUS例題
6.6建議閱讀的文獻
6.7小結

7線性動態分析
7.1線性動態問題簡介
7.2阻尼
7.3單元選擇
7.4動態問題的網格劃分
7.5例題：貨物吊車——動態載荷
7.6模態數量的影響
7.7阻尼的影響
7.8與直接時間積分的比較
7.9其他動態過程
7.10相關的ABAQUS例題
7.11建議閱讀的文獻
7.12小結

8非線性
8.1非線性的來源
8.2非線性問題的求解
8.3在ABAQUS分析中包含非線性
8.4例題：非線性斜板
8.5相關的ABAQUS例題
8.6建議閱讀的文獻
8.7小結

9顯式非線性動態分析
9.1 ABAQUS/Explicit適用的問題類型
9.2動力學顯式有限元方法
9.3自動時間增量和穩定性
9.4例題：在棒中的應力波傳播
9.5動態振蕩的阻尼
9.6能量平衡
9.7彈簧和減振器的潛在不穩定性
9.8小結

10材料
10.1在ABAQUS中定義材料
10.2延性金屬的塑性
10.3彈-塑性問題的單元選取
10.4例題：連接環的塑性
10.5例題：加強板承受爆炸載荷
10.6超彈性
10.7例題：軸對稱支座
10.8大變形的網格設計
10.9減少體積自鎖的技術
10.10相關的ABAQUS例題
10.11建議閱讀的文獻
10.12小結

11多步驟分析
11.1一般分析過程
11.2線性攝動分析
11.3例題：管道系統的振動
11.4重啟動分析
11.5例題：重啟動管道的振動分析
11.6相關的ABAQUS例題
11.7小結

12接觸
12.1 ABAQUS接觸功能概述
12.2定義接觸面
12.3接觸面間的相互作用
12.4在ABAQUS/Standard中定義接觸
12.5在ABAQUS/Standard中的剛性表面模擬問題
12.6 ABAQUS/Standard例題：凹槽成型
12.7在ABAQUS/Explicit中定義接觸
12.8 ABAQUS/Explicit建模中需要考慮的問題
12.9 ABAQUS/Explicit例題：電路板跌落試驗
12.10綜合例題：筒的擠壓
12.11 ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比較
12.12相關的ABAQUS例題
12.13建議閱讀的文獻
12.14小結

13 ABAQUS/Explicit準靜態分析
13.1顯式動態問題類比
13.2加載速率
13.3質量放大
13.4能量平衡
13.5例題：ABAQUS/Explicit凹槽成型
13.6小結

下篇ABAQUS在科學研究和工程問題中的應用實例

14在土木工程中的應用（1） ——荊州長江大橋南汊斜拉橋結構三維仿真分析
14.1斜拉橋結構三維仿真問題描述
14.2斜拉橋建模
14.3靜力分析和施工過程仿真
14.4動態分析

15在土木工程中的應用（2）
15.1鋼筋混凝土圓柱形結構的傾倒分析
15.2牙輪鑽頭破岩過程模擬
15.3大型儲液罐的動力分析

16在多場耦合問題中的應用實例
16.1一種新型高速客車空氣彈簧的非線性有限元分析
16.2多場耦合問題在水壩工程中的應用實例
16.3複合材料層合板固化過程中的化學場、溫度場耦合問題

17在焊接工藝中的應用
17.1用ABAQUS進行插銷試驗焊接溫度場分析
17.2焊接接頭氫擴散數值模擬

18橡膠超彈性材料的應用實例
18.1問題簡介
18.2常用橡膠本構關係模型
18.3過盈配合平面應力下的小變形解
18.4過盈配合平面應力下的大變形解
18.5體積剛度及泊鬆比對過盈配合的影響

19岩土材料與結構的彈塑性蠕變分析
19.1蠕變模型的理論
19.2蠕變模型參數選取
19.3實例：地下儲庫施工引起的岩體彈塑性蠕變及套管變形數值模擬
19.4岩土材料與結構的滲流與變形耦合
19.5實例：儲油層射孔三維彈塑性變形與滲流耦合分析

20複合材料層合板低速沖擊損傷
20.1問題簡介
20.2損傷判據及應力更新方案
20.3損傷分層
20.4無z-pin增韌複合材料層合板有限元建模及分析
20.5 z-pin增韌層合板模擬
20.6小結

21 ABAQUS用戶材料子程序
21.1問題簡介
21.2模型的數學描述
21.3 ABAQUS用戶材料子程序
21.4 SHPB實驗的有限元模擬
21.5 UMAT的Fortran程序
22 ABAQUS用戶單元子程序（ 1）
22.1非線性索單元
22.2 UEL在鋼筋混凝土樑柱非線性分析中的應用
22.3應用UEL計算應變梯度塑性問題

23 ABAQUS用戶單元子程序（2）
23.1四邊形面積坐標方法與單元AGQ6-I簡介
23.2單元AGQ6的完全拉格朗日（TL）格式
23.3算例：細長懸臂樑的幾何非線性（大轉動）分析

附錄A例題文件