简介
目录
第1章 ABAQUS 2020概述 1
1.1 ABAQUS总体介绍 2
1.2 ABAQUS的主要模块 2
1.3 ABAQUS的文件类型 4
1.4 ABAQUS使用环境 5
1.4.1 启动ABAQUS/CAE 5
1.4.2 ABAQUS的主窗口 6
1.4.3 ABAQUS/CAE模块 7
1.5 ABAQUS 2020新功能 9
1.6 本章小结 10
第2章 ABAQUS的基本模块和操作方法 11
2.1 ABAQUS分析步骤 12
2.1.1 前处理（ABAQUS/CAE） 12
2.1.2 分析计算（ABAQUS/Standard或
ABAQUS/Explicit） 12
2.1.3 后处理（ABAQUS/Viewer） 12
2.2 ABAQUS/CAE的模块 12
2.3 部件模块和草图模块 13
2.3.1 创建部件 13
2.3.2 部件的外导入 14
2.3.3 问题模型的修复与修改 15
2.4 属性模块 16
2.4.1 材料属性 17
2.4.2 截面特性 18
2.4.3 梁的界面特性 19
2.4.4 特殊设置 20
2.5 装配模块 22
2.5.1 部件实体的创建 22
2.5.2 部件实体的定位 24
2.5.3 合并/切割部件实体 25
2.6 分析步模块 26
2.6.1 设置分析步 26
2.6.2 定义场输出和历史输出 32
2.7 载荷模块 33
2.7.1 载荷的定义 33
2.7.2 边界条件的定义 34
2.7.3 设置预定义场 36
2.7.4 定义载荷工况 37
2.8 相互作用模块 38
2.8.1 相互作用的定义 38
2.8.2 定义约束 40
2.8.3 定义连接器 40
2.9 网格模块 41
2.9.1 定义网格密度 41
2.9.2 设置网格控制 42
2.9.3 设置单元格类型 43
2.9.4 划分网格 44
2.9.5 检查网格 47
2.9.6 提高网格质量 48
2.10 分析作业模块 50
2.10.1 分析作业的创建与管理 50
2.10.2 网格自适应 51
2.11 可视化模块 52
2.11.1 显示无变形图形和变形图形 52
2.11.2 绘制云纹图 53
2.12 本章小结 54
第3章 线性结构静力分析 55
（ 视频讲解：19分钟）
3.1 静力分析介绍 56
3.1.1 结构静力分析简介 56
3.1.2 静力分析的类型 56
3.1.3 静力分析基本步骤 56
3.2 实例—挂钩的线性静力分析 57
3.2.1 实例描述 57
3.2.2 创建部件 58
3.2.3 定义材料属性 58
3.2.4 定义和指派截面属性 59
3.2.5 定义装配 60
3.2.6 设置分析步 60
3.2.7 划分网格 62
3.2.8 定义集合和载荷施加面 64
3.2.9 边界条件和载荷 65
3.2.10 提交分析作业 68
3.2.11 后处理 69
3.3 弹性体的5个基本假设 71
3.4 本章小结 71
第4章 接触分析 72
（ 视频讲解：63分钟）
4.1 ABAQUS接触功能概述 73
4.2 定义接触面 73
4.3 接触面间的相互作用 74
4.3.1 接触面的法向行为 74
4.3.2 表面的滑动 74
4.3.3 摩擦模型 74
4.3.4 其他接触相互作用选项 75
4.3.5 基于表面的约束 75
4.4 在ABAQUS/Standard中定义接触 76
4.4.1 接触相互作用 76
4.4.2 从属和主控表面 76
4.4.3 小滑动与有限滑动 76
4.5 实例—圆盘与平板模型的
接触仿真分析 77
4.5.1 实例描述 77
4.5.2 创建部件 77
4.5.3 定义材料属性 79
4.5.4 定义和指派截面属性 79
4.5.5 定义装配 80
4.5.6 设置分析步 80
4.5.7 划分网格 81
4.5.8 定义接触 83
4.5.9 定义边界条件和载荷 85
4.5.10 提交分析作业 88
4.5.11 后处理 88
4.6 实例—冲模过程仿真分析 90
4.6.1 实例描述 90
4.6.2 创建部件 90
4.6.3 定义材料属性 92
4.6.4 定义和指派截面属性 93
4.6.5 定义装配 94
4.6.6 设置分析步 94
4.6.7 定义接触 96
4.6.8 定义边界条件和载荷 99
4.6.9 划分网格 105
4.6.10 提交分析作业 106
4.6.11 后处理 107
4.7 本章小结 108
第5章 材料非线性分析 109
（ 视频讲解：30分钟）
5.1 材料非线性分析库简介 110
5.1.1 塑性 110
5.1.2 超弹性 111
5.1.3 粘弹性 111
5.2 实例—橡胶垫片压缩过程分析 112
5.2.1 实例描述 112
5.2.2 分析求解 113
5.2.3 结果处理 121
5.3 实例—悬臂梁受压过程分析 122
5.3.1 实例描述 123
5.3.2 分析求解 123
5.3.3 结果处理 130
5.4 本章小结 132
第6章 模态分析 133
（ 视频讲解：17分钟）
6.1 动力学分析概述 134
6.1.1 动力学分析简介 134
6.1.2 模态分析简介 134
6.2 模态分析概述 135
6.2.1 模态分析的功能 135
6.2.2 模态分析的步骤 135
6.3 实例—圆棒的结构模态分析 136
6.3.1 创建部件 136
6.3.2 定义材料属性 137
6.3.3 定义和指派截面属性 137
6.3.4 定义装配 138
6.3.5 设置分析步 138
6.3.6 划分网格 139
6.3.7 边界条件和载荷 140
6.3.8 提交分析作业 141
6.3.9 后处理 142
6.4 实例—弹壳的结构模态分析 144
6.4.1 创建部件 144
6.4.2 定义材料属性 145
6.4.3 定义和指派截面属性 145
6.4.4 定义装配 146
6.4.5 设置分析步 146
6.4.6 划分网格 147
6.4.7 边界条件和载荷 148
6.4.8 提交分析作业 149
6.4.9 后处理 150
6.5 本章小结 152
第7章 显式非线性动态分析 153
（ 视频讲解：21分钟）
7.1 ABAQUS/Explicit适用的问题
类型 154
7.2 动力学显式有限元方法 154
7.2.1 显式时间积分 154
7.2.2 比较隐式和显式时间积分程序 155
7.2.3 显式时间积分方法的优越性 156
7.3 自动时间增量和稳定性 156
7.3.1 显式方法的条件稳定性 157
7.3.2 稳定性限制的定义 157
7.3.3 ABAQUS/Explicit中的完全自动
时间增量与固定时间增量 158
7.3.4 质量缩放以控制时间增量 158
7.3.5 材料对稳定极限的影响 158
7.3.6 网格对稳定极限的影响 159
7.3.7 数值不稳定性 159
7.4 实例—钢球撞击钢板过程分析 159
7.4.1 实例描述 159
7.4.2 创建部件 159
7.4.3 定义材料属性 160
7.4.4 定义和指派截面属性 161
7.4.5 定义装配 162
7.4.6 设置分析步 162
7.4.7 划分网格 163
7.4.8 定义接触 165
7.4.9 定义边界条件和载荷 167
7.4.10 提交分析作业 170
7.4.11 后处理 170
7.5 本章小结 174
第8章 热应力分析 175
（ 视频讲解：24分钟）
8.1 热应力分析中的主要问题 176
8.2 实例—铁轨的热应力分析 176
8.2.1 实例描述 176
8.2.2 创建部件 176
8.2.3 定义材料属性 177
8.2.4 定义和指派截面属性 178
8.2.5 定义装配 179
8.2.6 设置分析步 179
8.2.7 定义集合、边界条件 180
8.2.8 定义温度场 181
8.2.9 划分网格 182
8.2.10 提交分析作业 183
8.2.11 后处理 184
8.3 实例—Y型支架的热应力分析 184
8.3.1 实例描述 185
8.3.2 创建部件 185
8.3.3 定义材料属性 186
8.3.4 定义和指派截面属性 186
8.3.5 定义装配 187
8.3.6 设置分析步 187
8.3.7 划分网格 188
8.3.8 定义集合和载荷施加面 189
8.3.9 边界条件和载荷 191
8.3.10 定义温度场 193
8.3.11 提交分析作业 194
8.3.12 后处理 195
8.4 本章小结 196
第9章 多体系统分析 197
（ 视频讲解：22分钟）
9.1 ABAQUS多体系统分析简介 198
9.2 ABAQUS的连接单元连接属性 198
9.2.1 连接单元边界条件和载荷 198
9.2.2 连接单元行为 199
9.2.3 ABAQUS的连接属性 199
9.3 实例—螺旋桨叶片的旋转过程
分析 200
9.3.1 创建部件 200
9.3.2 定义材料属性 202
9.3.3 定义和指派截面属性 203
9.3.4 定义装配 205
9.3.5 定义参考点和坐标系 205
9.3.6 定义集合 206
9.3.7 定义约束 206
9.3.8 定义连接属性和连接单元 207
9.3.9 设置分析步和历史输出变量 208
9.3.10 定义边界条件和载荷 209
9.3.11 划分网格 210
9.3.12 提交分析作业 212
9.3.13 后处理 213
9.4 本章小结 213
第10章 多步骤分析 214
（ 视频讲解：23分钟）
10.1 分析过程 215
10.1.1 分析过程的分类 215
10.1.2 一般分析步 215
10.1.3 线性摄动分析步 216
10.2 实例—铲斗系统的振动分析 217
10.2.1 实例描述 217
10.2.2 创建部件 217
10.2.3 定义材料属性 220
10.2.4 定义和指派截面属性 221
10.2.5 定义装配 222
10.2.6 设置分析步 222
10.2.7 划分网格 224
10.2.8 边界条件和载荷 225
10.2.9 提交分析作业 226
10.2.10 后处理 227
10.3 实例—重启动分析 230
10.3.1 重启动分析方法概述 230
10.3.2 创建重启动分析模型 231
10.3.3 模型属性 232
10.3.4 设置分析步 232
10.3.5 定义载荷 234
10.3.6 提交分析作业 236
10.3.7 后处理 237
10.4 本章小结 237
第11章 用户子程序 238
（ 视频讲解：13分钟）
11.1 用户子程序简介 239
11.2 用户子程序VUMAT接口及
调试 239
11.2.1 用户子程序VUMAT接口
界面 239
11.2.2 用户子程序VUMAT的
主要参数 240
11.2.3 用户子程序VUMAT的
调试与提交方法 241
11.3 显式应力更新算法简介 242
11.4 VUMAT子程序的编写 243
11.5 实例—Taylor杆撞击仿真分析 244
11.5.1 创建部件 244
11.5.2 划分网格 245
11.5.3 定义材料属性 246
11.5.4 定义和指派截面属性 248
11.5.5 定义装配 249
11.5.6 设置分析步 249
11.5.7 边界条件和载荷 250
11.5.8 提交分析作业 252
11.6 本章小结 257
附录A INP文件 259
附录B 源程序 262
【免费在线读】
第2 章 ABAQUS 的基本模块和操作方法
本章将详细介绍ABAQUS 进行有限元分析的步骤及ABAQUS/CAE 的各模块，帮助读
者掌握ABAQUS/CAE 强大的建模和网格划分功能。
在应用ABAQUS 进行有限元分析时，通常都要经历3 个分析步，即前处理（ABAQUS/CAE）、分析计算（ABAQUS/Standard 或ABAQUS/Explicit）及后处理（ABAQUS/View）。
在ABAQUS/CAE 中主要用到10 个模块，分别是草图模块、部件模块、属性模块、装配模块、分析步模块、载荷模块、相互作用模块、网格模块、分析作业模块和可视化模块。
? 掌握ABAQUS 进行有限元分析的步骤及各模块功能
? 掌握ABAQUS/CAE 强大的建模和网格划分功能
任务驱动&项目案例
2.1 ABAQUS 分析步骤
前处理、分析计算和后处理是有限元分析的3 个步骤。这3 个步骤在ABAQUS 中的实现方法介
绍如下。
2.1.1 前处理（ABAQUS/CAE）
前处理阶段的中心任务是定义物理问题的模型，并生成相应的ABAQUS 输入文件。ABAQUS/CAE
是完整的ABAQUS 运行环境，可以生成ABAQUS 的模型，使用交互式的界面提交和监控分析作业，
*后显示分析结果。ABAQUS/CAE 分为若干个模块，每个模块都用于完成模拟过程中的一个方面的
工作，例如定义几何形状、材料性质、载荷和边界条件等。建模完成之后，ABAQUS/CAE 可以生成
ABAQUS 输入文件，提交给ABAQUS/Standard 或ABAQUS/Explicit。
读者也可以使用其他的前处理器，如MSC.PATRAN、Hypermesh 等来创建模型，但是ABAQUS
的很多功能（如定义面、接触对、连接器等）只有ABAQUS/CAE 才支持。因而建议读者使用
ABAQUS/CAE 作为前处理器。
2.1.2 分析计算（ABAQUS/Standard 或ABAQUS/Explicit）
在这个阶段中，使用ABAQUS/Standard 或者ABAQUS/Explicit 求解输入文件中所定义的数值模
型，计算过程通常在后台运行，分析结果以二进制的形式保存起来，以用于后处理过程。完成一个求
解过程所花费的时间由问题的复杂程度和计算机的计算能力等因素决定。
2.1.3 后处理（ABAQUS/Viewer）
ABAQUS/CAE 的后处理部分又叫作ABAQUS/Viewer，可以用来读入分析结果数据，以多种方
法显示分析结果，包括动画、彩色云纹图、变形图和XY 曲线图等。
2.2 ABAQUS/CAE 的模块
一般来说，首先在Part 模块中创建部件（有时需要与Assembly 模块配合使用），之后在Assembly
模块中进行部件的装配。
ABAQUS 可以在装配件和分析步的基础上，在Interaction（相互作用）模块中定义相互作用、约
束或连接器以及在Load（载荷）模块中定义载荷、边界条件、预定义场等，这两个模块通常没有先
后顺序的要求。
在进入Interaction 模块和Load 模块之前的任何时候，都可以在分析步模块中定义分析步和变量
输出要求；在创建Part 模块后，创建Job（作业）模块之前的任何时候，都可以进入Property（属性）
模块进行材料和截面属性的设置。
如果在Assembly 模块中创建的是非独立实体，则用户可以在创建Part 模块后，创建Job 模块之
前的任何时候，在Mesh 模块中对部件进行网格划分；如果在Assembly 模块中创建的是独立实体，
·13·
第2 章 ABAQUS 的基本模块和操作方法
Note
则用户可以在创建Assembly 模块后，创建Job 模块之前的任何时候，在Mesh 模块中对装配件进行网
格划分。
2.3 部件模块和草图模块
启动ABAQUS，界面中出现ABAQUS 的*个模块—部件模块，部件模块提供了强大的建模
功能，支持两种建模方式：在ABAQUS/CAE 中直接建模和从其他软件中导入模型。
2.3.1 创建部件
执行Part→Create（创建）命令，或者单击工具区（见图2-1）中的Create Part（创建部件）图标，
将会弹出Create Part 对话框，如图2-2 所示。
图2-1 工具区 图2-2 Create Part 对话框
在弹出的Create Part 对话框中，可以选择调整的名称和大约尺寸（其单位与模型的单位一致）选
项，其默认值分别为“Part-n”（n 表示创建的第n 个部件）和200。其他选项均为单选按钮。
设置完成图2-2 中的对话框选项之后，单击Continue（继续）按钮，进入绘制平面草图的界面，
如图2-3 所示。使用界面左侧工具区中的工具，可以做出点、线、面，作为构成部件的要素（此处不
再详细介绍，具体操作读者可通过相关的例子掌握）。
部件创建完成后，单击工具区中的部件管理器工具，弹出Part Manager（部件管理器）对话框（见
图2-4），其中列出了模型中的所有部件，包括Create、Copy（复制）、Rename（重命名）、Delete（删
除）、Lock（锁定）、Unlock（解锁）、Update Validity（更新有效性）、Ignore Invalidity（忽略无效性）
和Dismiss（撤销）按钮。
·14·
ABAQUS 2020 有限元分析从入门到精通
Note
图2-3 绘制平面草图的界面
图2-4 Part Manager 对话框
2.3.2
【作者简介】
CAD/CAM/CAE技术联盟是一个CAD/CAM/CAE技术研讨、工程开发、培训咨询和图书创作的工程技术人员协作联盟，包含20多位专职和众多兼职CAD/CAM/CAE工程技术专家。
CAD/CAM/CAE技术联盟负责人由Autodesk中国认证考试中心首席专家担任，全面负责Autodesk中国官方认证考试大纲制定、题库建设、技术咨询和师资力量培训工作，成员精通Autodesk系列软件。其创作的很多教材成为国内具有引导性的旗帜作品，在国内相关专业方向图书创作领域具有举足轻重的地位。
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