abaqus有限元分析过程

2021年2月28日发(作者：超临界状态)

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一、有限单元法的基本原理

有限单元法（

The Finite Element Method

）简称有限元

（

FEM

）

，

它是利用电子计算 机进行的一种数值分析方法。

它在工程技

术领域中的应用十分广 泛，

几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问

题都可用它求得满 意的数值结果。

有限元方法的基本思路是：化整为零，积零为 整。即应用有

限元法求解任意连续体时，应把连续的求解区域分割成有限个单元，

并在每个单元上指定有限个结点，

假设一个简单的函数

（称插值函数）

近似地表示其位移分布规律，

再利用弹 塑性理论中的变分原理或其他

方法，

建立单元结点的力和位移之 间的力学特性关系，

得到一组以结

点位移为未知量的代数方程组 ，

从而求解结点的位移分量

.

进而利 用

插值函数确定单元集合体上的场函数。

由位移求出应变

,

由应变求出

应力

二、

ABAQUS

有限元分析过程

有限元分析过程可以分为以下几个阶段

1

.

建模阶段

:

建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建

立有限元分 析的计算模型――有限元模型，

从而为有限元数值计算提

供必要 的输入数据。

有限元建模的中心任务是结构离散，

即划分网格。

但是还是要处理许多与之相关的工作：

如结构形式处理、

集合模型建

立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界 条件的定

义等。

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2.

< br>计算阶段

:

计算阶段的任务是 完成有限元方法有关的数值计算。

由于这一步运算量非常大，

所 以这部分工作由有限元分析软件控

制并在计算机上自动完成

3.

后处理阶段

:

< p>
它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，

并按一定方式显示或打印出 来，

以便对结构性能的好坏或设计的

合理性进行评估，

并作为相应的改进或优化，

这是惊醒结构有限

元 分析的目的所在。

下列的功能模块在

ABAQUS/CAE

操作整个过程中常常见到，

这个表

简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块

。

“

Part

（部件）

用户在

Part

模块里生成单个部件，可以直接在

ABAQUS/CAE

环境下

用图形工具生成部件的几何形状，也可以从其它的图形软件输入部

件。

Property

（特性）

截面（

Section

）的定义包括了部件特 性或部件区域类信息，如

区域的相关材料定义和横截面形状信息。

在

Property

模块中，

用户生

成截面和材料定义，并把它们赋于

(Assign)

< p>
部件。

Assembly

（装配件）

所生成的部件存在于自己的坐标系里，独立于模型中的其它部

件。用 户可使用

Assembly

模块生成部件的副本（

instance

），并且在

整体坐标里把各部件的 副本相互定位，从而生成一个装配件。

一个

< br>ABAQUS

模型只包含一个装配件。

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Step

（分析步骤）

< p>
用户用

Step

模块生成和配置分析步骤与相应的 输出需求。分析步

骤的序列提供了方便的途径来体现模型中的变化

（如载荷和边界条件

的变化）。在各个步骤之间，输出需求可以改变。。

Interaction

（相互作用）

在

interaction

模块里，用 户可规定模型的各区域之间或模型的

一个区域与环境之间的力学和热学的相互作用，

如两个表面之间的接

触关系。

其它的相互作 用包括诸如绑定约束，

方程约束和刚体约束等

约束。若不在

Interaction

模块里规定接触关系，

ABAQUS/CAE

不会自

动识别部件副本之间或一个装 配件的各区域之间的力学接触关系。

只

规定两个表面之间相互作 用的类型，

对于描述装配件中两个表面的边

界物理接近度是不够 的。

相互作用还与分析步相关联，

这意味着用户

必须规定相互作用所在的分析步。。

Load

（载荷）

在

Load

模块里指定载荷，边界条件和场。载荷与边 界条件跟分析

步相关，

这意味着用户必须指定载荷和边界条件所 在的分析步。

有些

场变量与分析步相关，

而其它场变量仅仅作用于分析的开始。

对于所

有单元必须确定 其材料特性，然而高质量的材料数据是很难得到的，

尤其是对于一些复杂的材料模型。< /p>

ABAQUS

计算结果的有效性受材料数

据的准确程度和范围的限制。

Mesh

（网格）

Mesh

模块包含了有限元网格的各种层次的自动生成和控制工具。

< p>
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从而用户可生成符合分析需要的网格，

Job

（作业）

< br>一旦完成了模型生成任务，用户便可用

Job

模块来实现 分析计算。

用户可用

Job

模块交互式 地提交作业、进行分析并监控其分析过程，

可同时提交多个模型进行分析并进行监控。< /p>

Visualization

（可视化 ）

可视化模块提供了有限元模型的图形和分析结果的图形。 它从输

出数据中获得模型和结果信息，用户可通过

Step

模块修改输出需求，

从而控制输出文件的存贮信息。

Sketch

（绘图）

在

ABAQUS/CAE

中，先绘出二 维的轮廓线有助于生成部件的形状。

用

Skcteh

< p>
模块可直接生成平面部件，

生成梁或一个子区域，

也可以先

生成二维轮廓线，然后用拉伸、扫掠、旋转的方式生成三维部件。

在功能模块之间切换时，

主菜单中内容会自动更换 ，

各辅助菜单也随

之改变。

其中在各个模块中要注意的是

：

在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进

行仔细分析，

只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几

何模型。

总的来说，

要定义一个有限元分析问题时，

应明确以下几点：

a.

< br>结构类型；

b.

分析类型；

c.

分析内容；

d.

计算精度要求；

e.

模型规

模；

f.

计算数据的大致规律

建立有限元模型 是整个有限分析过程的关键。

首先，

有限元模型为计

< p>
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算提供所以原始数据，

这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精

度；其次，有限元 模型的形式将对计算过程产生很大的影响，合理的

模型既能保证计算结构的精度，

又不致使计算量太大和对计算机存储

容量的要求太高；再次，由于结构 形状和工况条件的复杂性，要建立

一个符合实际的有限元模型并非易事，

它要考虑的综合因素很多，

对

分析人员提出了较高的要 求；

最后，

建模所花费的时间在整个分析过

程中占有相当大的比重，约占整个分析时间的

70%

，因此 ，把主要精

力放在模型的建立上以及提高建模速度是缩短整个分析周期的关键。

建立有限元模型的一般过程：

< p>
1

.

分析问题定义

< /p>

在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进

行仔细分析，

只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几

< br>何模型。

总的来说，

要定义一个有限元分析问题时，

应明确以下几点：

a.

结构类型；

b.

分析类型；

c .

分析内容；

d.

计算精度要求；

e.

模型规

模；

f .

计算数据的大致规律

2.

几何模型建立

几何模型是从结构实际形状中抽象出来的，

并不是完全照搬结构的实

< p>
际形状，

而是需要根据结构的具体特征对结构进行必要的简化、

< p>
变化

和处理，以适应有限元分析的特点。

加载和边界条件

：

加载使结构变形和产生应力。大部分加载的形式包括：

·点载荷

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