ABAQUS 2020 有限元分析從入門到精通

本書內容從實際應用出發，系統地介紹了ABAQUS 2020的使用，包括ABAQUS線性靜力分析、接觸分析、材料非線性分析、熱應力分析、多體分析、頻率提取分析、模態動態分析、顯示動力學分析、用戶子程序分析和後處理技巧等內容。本書側重於ABAQUS的實際操作和工程問題的解決，針對每個知識點進行詳細講解，並輔以相應的實例，使讀者能夠快速、熟練、深入地掌握ABAQUS的相應功能。每個實例都以圖文並茂的形式詳細介紹ABAQUS/CAE的操作流程，並對INP文件進行細致的解釋。此外，書中還討論了用戶常犯的錯誤和經常遇到的疑難問題，以及常見的錯誤信息和警告信息，並給出了相應的解決方法。 本書結構嚴謹、重點突出、條理清晰，非常適合ABAQUS初級和中級用戶使用，也可作為大中專院校以及社會相關培訓機構的教學用書。

目錄
第1章  ABAQUS 2020中文版概述 1
1.1  ABAQUS概述 1
1.2  ABAQUS的主要模塊 2
1.3  ABAQUS 使用環境 4
1.3.1  啟動ABAQUS/CAE 5
1.3.2  ABAQUS的主窗口 5
1.3.3  ABAQUS/CAE功能模塊 7
1.4  ABAQUS 2020 新功能 9
1.5  實例快速入門 10
1.5.1  問題描述 10
1.5.2  問題分析 10
1.6  本章小結 20

第2章  基本模塊和操作方法 21
2.1  ABAQUS分析步驟 21
2.1.1  前處理（ABAQUS/CAE） 21
2.1.2  分析計算（ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit） 21
2.1.3  後處理（ABAQUS/CAE或ABAQUS/Viewer） 22
2.2  ABAQUS/CAE的功能模塊 22
2.3  部件模塊和草圖模塊 23
2.3.1  部件的創建 23
2.3.2  部件的外部導入 24
2.3.3  問題模型的修復與修改 25
2.4  屬性模塊 26
2.4.1  材料屬性 26
2.4.2  截面特性 27
2.4.3  梁的截面特性 28
2.4.4  特殊設置 28
2.5  裝配模塊 30
2.5.1  部件實體的創建 30
2.5.2  部件實體的定位 32
2.5.3  合並/切割部件實體 33
2.6  分析步模塊 34
2.6.1  設置分析步 34
2.6.2  定義場輸出 40
2.7  載荷模塊 41
2.7.1  載荷的定義 41
2.7.2  邊界條件的定義 42
2.7.3  設置預定義場 44
2.7.4  定義載荷工況 46
2.8  相互作用模塊 46
2.8.1  相互作用的定義 46
2.8.2  定義約束 48
2.8.3  定義連接器 48
2.9  網格模塊 50
2.9.1  定義網格密度 50
2.9.2  設置網格控制 51
2.9.3  設置單元類型 52
2.9.4  劃分網格 53
2.9.5  檢查網格 56
2.9.6  提高網格質量 57
2.10  分析作業模塊 59
2.10.1  分析作業的創建和管理 59
2.10.2  網格自適應 60
2.11  可視化模塊 61
2.11.1  顯示無變形圖和變形圖 62
2.11.2  繪制雲圖 63
2.12  本章小結 64

第3章  INP文件和單元介紹 65
3.1  輸入文件的組成和結構 65
3.2  INPUT文件的書寫規則和外部導入 67
3.2.1  書寫INPUT文件的語法和規則 67
3.2.2  從外存儲器中引入模型或歷史數據 69
3.2.3  文件的執行 69
3.3  簡單INP文件實例詳解 69
3.3.1  懸臂梁 69
3.3.2  孔平板分析 71
3.4  文件的類型介紹和常用指令 74
3.5  單元介紹 77
3.5.1  單元族 78
3.5.2  自由度 78
3.5.3  結點數目——插值的階數 79
3.5.4  數學描述 80
3.5.5  積分 80
3.6  本章小結 81

第4章  結構靜力學分析及實例詳解 82
4.1  線性靜態結構分析概述 82
4.2  結構靜力學分析步驟 83
4.2.1  靜力學分析的步驟 83
4.2.2  靜力學分析特點 83
4.3  書架結構靜力分析 84
4.3.1  問題描述 84
4.3.2  創建部件 84
4.3.3  組裝部件 86
4.3.4  創建材料和截面屬性 87
4.3.5  設置分析步和輸出變量 88
4.3.6  定義載荷和邊界條件 89
4.3.7  劃分網格 90
4.3.8  提交作業 91
4.3.9  後處理 91
4.4  橢圓夾雜平板二維靜力分析 95
4.4.1  問題描述 95
4.4.2  創建部件 95
4.4.3  創建材料和截面屬性 97
4.4.4  定義裝配件 98
4.4.5  設置分析步和輸出變量 99
4.4.6  定義載荷和邊界條件 100
4.4.7  劃分網格 101
4.4.8  提交作業 102
4.4.9  後處理 103
4.5  彈性體的基本假設 107
4.6  本章小結 107

第5章  軸對稱結構靜力學分析 108
5.1  軸對稱結構靜力分析 108
5.1.1  軸對稱結構的特點 108
5.1.2  對稱結構分析要素 109
5.2  薄壁圓筒在切削力下的應力分析 109
5.2.1  問題描述 109
5.2.2  創建部件 110
5.2.3  創建材料和截面屬性 110
5.2.4  定義裝配件 111
5.2.5  設置分析步和輸出變量 112
5.2.6  定義載荷和邊界條件 114
5.2.7  劃分網格 115
5.2.8  提交作業 116
5.2.9  後處理 117
5.3  長柱形天然氣罐在內壓作用下的靜力分析 121
5.3.1  問題描述 122
5.3.2  軸對稱模型線分析 123
5.3.3  軸對稱模型平面分析 132
5.3.4  三維旋轉殼結構分析 139
5.4  本章小結 145

第6章  接觸問題分析 146
6.1  非線性問題分類 146
6.2  接觸分析介紹 147
6.3  接觸分析快速入門實例——平壓頭與平板的 接觸分析 147
6.3.1  問題描述 147
6.3.2  創建部件 148
6.3.3  創建材料和截面屬性 149
6.3.4  定義裝配件 150
6.3.5  劃分網格 150
6.3.6  設置分析步 151
6.3.7  定義接觸 153
6.3.8  定義邊界條件和載荷 155
6.3.9  提交分析作業 157
6.3.10  後處理 157
6.4  ABAQUS中的接觸分析 159
6.5  接觸對的定義 160
6.6  小滑移和有限滑移 161
6.7  接觸屬性的定義 163
6.8  接觸面的過盈量 164
6.9  MSG文件中的迭代信息 166
6.10  接觸分析中的收斂問題 169
6.11  卡鎖結構裝配過程的模擬 173
6.11.1  問題描述 174
6.11.2  問題分析 174
6.11.3  繪制草圖 174
6.11.4  創建部件 175
6.11.5  創建材料和截面屬性 176
6.11.6  定義裝配件 176
6.11.7  劃分網格 177
6.11.8  設置分析步 178
6.11.9  定義接觸 179
6.11.10  定義邊界條件 181
6.11.11  提交分析作業 182
6.11.12  後處理 182
6.12  本章小結 185

第7章  材料非線性問題分析 186
7.1  材料非線性分析庫簡介 186
7.1.1  塑性 186
7.1.2  超彈性 189
7.1.3  粘彈性 190
7.2  纖維拉拔過程分析模擬 190
7.2.1  問題描述 190
7.2.2  創建部件 191
7.2.3  創建材料和截面屬性 192
7.2.4  定義裝配件 194
7.2.5  劃分網格 195
7.2.6  設置分析步 196
7.2.7  定義載荷和邊界條件 197
7.2.8  提交分析作業 198
7.2.9  後處理 199
7.3  基底上的薄膜撕脫過程分析 200
7.3.1  問題描述 200
7.3.2  創建部件 200
7.3.3  定義材料屬性 201
7.3.4  裝配部件 203
7.3.5  設置分析步 204
7.3.6  定義載荷和邊界條件 205
7.3.7  劃分網格 206
7.3.8  結果分析 209
7.3.9  後處理 209
7.4  本章小結 212

第8章  結構模態分析詳解 213
8.1  動力學概述 213
8.1.1  動力學分析簡介 213
8.1.2  動力學有限元法的基本原理 214
8.1.3  模態分析 217
8.2  結構模態分析的步驟 218
8.2.1  進行模態分析的功能 218
8.2.2  模態分析的步驟 218
8.3  固定結構的振動模態分析 219
8.3.1  問題描述 219
8.3.2  問題分析 219
8.3.3  創建部件 220
8.3.4  創建材料和截面屬性 221
8.3.5  定義裝配件 223
8.3.6  設置分析步和歷史輸出變量 223
8.3.7  定義載荷和邊界條件 225
8.3.8  劃分網格 225
8.3.9  結果分析 227
8.3.10  後處理 227
8.4  薄殼零件結構的模態分析 230
8.4.1  問題描述 230
8.4.2  問題分析 230
8.4.3  創建部件 231
8.4.4  創建材料和截面屬性 232
8.4.5  定義裝配件 233
8.4.6  設置分析步和歷史輸出變量 233
8.4.7  定義載荷和邊界條件 234
8.4.8  劃分網格 235
8.4.9  結果分析 236
8.4.10  後處理 237
8.5  貨物弔車—固定載荷分析 239
8.5.1  問題分析 239
8.5.2  部件結構 240
8.5.3  定義單一桁架的幾何形狀 240
8.5.4  定義第二個桁架結構的幾何形體 241
8.5.5  創建交叉支撐的幾何形體 242
8.5.6  定義梁截面性質 242
8.5.7  創建梁截面 243
8.5.8  定義梁截面方向 243
8.5.9  創建裝配件和分析步 244
8.5.10  定義約束 244
8.5.11  模擬在桁架和交叉支撐之間的鉸接 245
8.5.12  定義載荷和邊界條件 246
8.5.13  創建網格 246
8.5.14  提交作業 247
8.5.15  後處理 247
8.6  本章小結 248

第9章  結構諧響應分析詳解 249
9.1  諧響應分析概述 249
9.2  諧響應分析流程 250
9.2.1  施加簡諧載荷與求解 251
9.2.2  求解方法 251
9.2.3  查看結果 252
9.3  雙質量塊 — 彈簧系統的諧響應分析 253
9.3.1  問題描述 253
9.3.2  問題分析 253
9.3.3  創建部件 253
9.3.4  創建屬性 254
9.3.5  定義裝配件 255
9.3.6  設置分析步和輸出變量 255
9.3.7  定義相互作用 257
9.3.8  定義載荷和邊界條件 257
9.3.9  結果分析 259
9.3.10  後處理 261
9.4  梁—集中質量結構的諧響應分析 265
9.4.1  問題描述 265
9.4.2  問題分析 265
9.4.3  創建部件 265
9.4.4  創建屬性 266
9.4.5  定義裝配件 268
9.4.6  設置分析步和輸出變量 268
9.4.7  定義相互作用 269
9.4.8  定義載荷和邊界條件 270
9.4.9  劃分網格 272
9.4.10  結果分析 273
9.4.11  後處理 274
9.5  本章小結 277

第10章  結構熱分析詳解 278
10.1  熱分析簡介 278
10.1.1  ABAQUS可以求解的熱學問題 278
10.1.2  傳熱學基礎知識 279
10.1.3  熱應力分析的基本原理 282
10.2  長方體的熱傳導和熱應力分析 284
10.2.1  問題描述 284
10.2.2  創建部件 284
10.2.3  定義材料屬性 286
10.2.4  定義和指派截面屬性 287
10.2.5  裝配部件 287
10.2.6  設置分析步 288
10.2.7  定義相互作用 288
10.2.8  定義邊界條件和載荷 289
10.2.9  劃分網格 291
10.2.10  結果分析 292
10.2.11  後處理 293
10.3  罐與接管的熱分析 297
10.3.1  問題描述 297
10.3.2  問題分析 298
10.3.3  創建部件 298
10.3.4  創建材料和截面屬性 303
10.3.5  定義裝配件 304
10.3.6  設置分析步 304
10.3.7  定義相互作用 306
10.3.8  定義載荷和邊界條件 308
10.3.9  劃分網格 308
10.3.10  提交作業 310
10.3.11  後處理 310
10.3.12  INP文件 313
10.4  本章小結 313

第11章  結構多體系統分析詳解 314
11.1  ABAQUS多體系統分析 314
11.1.1  ABAQUS進行多體系統分析模擬步驟 314
11.1.2  ABAQUS/CAE進行多體系統分析需要註意的問題 315
11.2  ABAQUS連接單元和連接屬性 315
11.2.1  ABAQUS中使用連接單元的步驟 315
11.2.2  連接單元邊界條件和載荷 316
11.2.3  連接單元行為 317
11.2.4  ABAQUS的連接屬性 317
11.3  風力發電機葉片旋轉過程模擬 322
11.3.1  問題描述 323
11.3.2  問題分析和求解 323
11.3.3  創建部件 325
11.3.4  創建材料和截面屬性 326
11.3.5  定義裝配件 327
11.3.6  劃分網格 327
11.3.7  定義參考點和基準坐標系 329
11.3.8  定義集合 330
11.3.9  定義約束 331
11.3.10  定義連接屬性和連接單元 332
11.3.11  設置分析步和歷史輸出變量 334
11.3.12  定義載荷和邊界條件 335
11.3.13  提交作業 336
11.3.14  後處理 336
11.4  四桿連接機構分析 338
11.4.1  問題描述 338
11.4.2  問題分析 339
11.4.3  繪制草圖 339
11.4.4  創建部件 340
11.4.5  創建材料和截面屬性 341
11.4.6  定義裝配件 342
11.4.7  設置分析步 343
11.4.8  定義連接屬性和連接單元 343
11.4.9  設置歷史輸出變量 345
11.4.10  定義載荷和邊界條件 347
11.4.11  劃分網格 348
11.4.12  提交作業 348
11.4.13  後處理 349
11.5  多體分析要註意的問題 352
11.5.1  多體分析中的過約束 352
11.5.2  選擇連接屬性和邊界條件 352
11.6  本章小結 353

第12章  ABAQUS/Explicit顯式分析 354
12.1  瞬態動力學分析概述 354
12.2  動力學顯式有限元方法 354
12.2.1  顯式與隱式方法的區別 355
12.2.2  顯式時間積分 356
12.2.3  隱式和顯式的比較 357
12.3  ABAQUS/Explicit解決的問題 357
12.4  侵徹動力問題的分析 358
12.4.1  問題描述 359
12.4.2  問題分析 359
12.4.3  創建部件 359
12.4.4  創建材料和截面屬性 360
12.4.5  定義裝配件 361
12.4.6  設置分析步和歷史輸出變量 362
12.4.7  定義接觸 364
12.4.8  定義邊界條件 365
12.4.9  定義預定義場 366
12.4.10  劃分網格 367
12.4.11  提交作業 368
12.4.12  後處理 369
12.5  圓盤結構動力學分析 374
12.5.1  頻率分析問題的描述 374
12.5.2  頻率分析過程 374
12.5.3  頻率分析後處理 379
12.5.4  瞬時模態動態分析的描述 380
12.5.5  建模要點 380
12.5.6  模態動態分析過程 381
12.5.7  模態分析的後處理 384
12.5.8  顯式動態分析描述和分析 387
12.5.9  提交分析和後處理 388
12.6  本章小結 389

第13章  ABAQUS屈曲分析詳解 390
13.1  屈曲分析概述 390
13.1.1  關於歐拉屈曲 390
13.1.2  線性屈曲分析 391
13.1.3  線性屈曲分析特點 392
13.2  線性屈曲分析過程 392
13.2.1  幾何體和材料屬性 392
13.2.2  接觸區域 393
13.2.3  載荷與約束 393
13.2.4  屈曲設置 393
13.2.5  模型求解 394
13.2.6  結果檢查 394
13.3  各種支承條件下矩形軸壓柱屈曲分析 395
13.3.1  問題描述 395
13.3.2  問題分析 395
13.3.3  創建部件 395
13.3.4  創建材料和截面屬性 396
13.3.5  定義裝配件 398
13.3.6  設置分析步和輸出變量 398
13.3.7  定義載荷和邊界條件 399
13.3.8  劃分網格 400
13.3.9  結果分析 401
13.3.10  後處理 402
13.4  薄壁鋼管在軸向壓力作用下的屈曲 405
13.4.1  問題描述 405
13.4.2  問題分析 406
13.4.3  創建部件 406
13.4.4  創建材料和截面屬性 408
13.4.5  定義裝配件 410
13.4.6  設置分析步和輸出變量 411
13.4.7  定義接觸和約束 412
13.4.8  定義載荷和邊界條件 415
13.4.9  劃分網格 416
13.4.10  結果分析 418
13.4.11  後處理 419
13.5  本章小結 420

第14章  ABAQUS用戶子程序分析詳解 421
14.1  用戶子程序簡介 421
14.2  用戶子程序接口概述 422
14.2.1  在ABAQUS中使用用戶子程序 422
14.2.2  編寫用戶子程序的條件 423
14.3  殼結構受內壓作用的有限元模擬 423
14.3.1  問題描述 424
14.3.2  創建模型 424
14.3.3  定義材料和截面屬性 425
14.3.4  定義裝配件 427
14.3.5  設置分析步 427
14.3.6  定義載荷和邊界條件 428
14.3.7  劃分網格 429
14.3.8  結果分析 430
14.3.9  後處理 431
14.3.10  UMAT的FORTRAN程序 432
14.4  拉索構件的承載分析 436
14.4.1  問題描述 437
14.4.2  啟動ABAQUS 437
14.4.3  創建部件 437
14.4.4  創建材料和截面屬性 440
14.4.5  定義裝配件 442
14.4.6  設置分析步 442
14.4.7  定義邊界條件和載荷 443
14.4.8  劃分網格 445
14.4.9  提交分析作業 446
14.4.10  後處理 447
14.4.11  退出ABAQUS/CAE 450
14.4.12  UMAT子程序 450
14.5  本章小結 451

參考文獻 452