科研仿真之Abaqus入门篇

0 前言

CAE技术的发展日新月异，在结构设计仿真分析中起着十分重要的作用。

记得初次入门仿真软件，跟着教程一步一步地设置、计算、仿真出结果，整个过程下来，可能达到了和教程上面一样的模拟结果，但遇到新的问题照样不会做。

只知道前处理建模，设置材料属性，划分网格，施加边界条件，然后开始仿真，最后进行后处理，选择需要的结果形式输出。

也许学了那么多操作，可能就学到了这样一个流程。

实际在用的时候，理论分析占了95%，做假设，建好模，选择合适的边界条件，等数学模型基本完善后，用软件进行分析结果，将自己的模型仿真出来。可以说，软件占了整个有限元学习的5%以下。

故而，学习有限元，切记先打牢基础，学会建模分析后，再结合软件进行学习。软件不是有限元的核心，顶多只是一个擦屁股纸，核心架构才是我们需要全力学习的部分。

我想着重从理论分析入手，再一步步过渡到软件上。但在开始之前，还是有必要用一篇“入门篇”对软件有个大概的认知和操作规范。

本文所用软件可在公众号后台输入软件名自行下载

1 Abaqus介绍

Abaqus可完成多种类型的分析，包括静态应力/位移分析，动态应力/位移分析、粘弹性/粘弹性响应分析、热传导分析、退火成形过程分析、质量扩散分析、准静态分析、多场耦合分析、海洋工程结构分析、瞬态温度/位移耦合分析、疲劳分析、水下冲击分析、设计灵敏度分析等。

Abaqus 由多个模块构成，包括前后处理模块、主求解器模块、以及各种接口专用模块

CAE是ABAQUS的交互图形环境，可以用来快捷构造模型，显示分析结果；

Standard模块是一个通用分析模块，使用隐式求解的方式求解线性和非线性问题，包括静态分析、动态分析，（改正）explicit模块使用显示求解方法，适于求解复杂非线性动力学问题和准静态问题。

2.基本使用方法

（1）分析过程

（2）软件界面

（3）单位

ABAQUS中量都没有单位，在使用的时候应注意单位统一。

（4）实例化操作

举一个简单的例子进行分问题如下：

一型钢梁，具体尺寸如图所示，利用ABAQUS有限元软件分析其应力。钢梁的材料特性:弹性模量E=2.1e11 N/m2，泊松比μ=0.3, 屈服强度f, = 3.45e8 N/m2

软件解决步骤

3 简单实例操作

（1）启动 Abaqus

在开始菜单或者桌面上选择CAE，打开软件，等待程序运行，弹出开始界面如下，对话框包括四个选型：创建模型数据库、打开以前存储的数据库、运行命令文件、启动在线教程等，我们选择新建模型数据库，选择Standard模型

快捷键Ctrl+S，为数据库选择保存路径，后续操作每走一步都保存一次

（2）创建三维模型

在model栏选中part，创建部件，在对话框中修改参数，如图所示。其中，approximate size是绘图区的大致尺寸。

设置完成后，进入二维绘图区，选择画线，在提示区输入坐标或者直接点击绘制

按鼠标中键确认，再输入下一个点（0.1,0.15）

中键确认后，依次输入坐标（0.1,0.138）、（0.004,0.138）、（0.004，-0.138）、（0.1，-0.138）、（0.1，-0.15）、（-0.1，-0.15）、（-0.1，-0.138）、（-0.004，-0.138）、（-0.004,0.138）、（-0.1,0.138）、（-0.1，.1,0），绘制如图，快捷键进行保存

若在绘图过程中出现错误，可采用撤销上一步，如果错误较多，可直接用工具栏中的删除，如图

绘图完成后，鼠标中键确认，退出当前命令，底部提示区显示如下内容，点击done，设置depth为6，，即可生成三维模型

（3）设置材料和截面属性

选择property属性，创建材料，弹出对话框，名字输入name，选择下方的mechanical中的elastic

设置参数（如果误选参数，点击图中的delete图标进行删除参数）

相应地，选择plasticity，设置参数，点击OK确认

创建截面属性，弹出对话框，修改名字，如下选择参数，点击continue，再弹出的对话框保持默认值，点击OK即可，完成了截面属性的定义

Abaqus无法直接为部件定义截面属性，而需要先定义属性，然后将截面属性赋予部件，点击左侧工具栏如下的图标，鼠标选中梁，鼠标中键确认，在弹出的对话框保持默认参数不变，点击OK确认退出。

（4）装配模块

经过前面三步，建立了模型，也定义了材料和截面属性，但此时部件只是单独存在于各自坐标系中，即使部件只有一个，也需要将部件创建为一个实体，实体也就是装配体，是最终的产品呈现形式。

选择Assembly模块，创建实体，出现对话框，默认参数点击OK即可

（5）设置分析步

选择step模块，选择分析步工具，在对话框中设置参数，如图，设置完成后点击continue，默认对话框中参数，OK确认退出

（6）定义荷载和边界条件

选择load模块，选择创建工具，设置突入参数，continue

提示区显示选择要添加荷载的面，我们选中图中平面，点击鼠标中键确认

在弹出的编辑对话框中输入如下参数，OK确认退出

在同一模块下定义边界条件，设置好参数后点击continue

提示需要选择面，我们选择如图所示的截面

同理，对右侧同样设置边界条件（选择右端面的时候可以用工具栏中的旋转工具，转换到合适的视图进行操作）

（7）划分网格

选择mesh模块，object选择part，左侧工具栏选择分割实体，在提示区选择point&normal direction（点和垂线），选择下板与中间腹板交接点，选择腹板上的垂线，鼠标中键确认，同理对上板和腹板进行操作，得到下图

对部件布置边上种子，在弹出对话框输入（布置种子的大致数目）参数，apply观看效果，然后确认OK退出

点击左侧的网格工具划分网格，点击yes即可

（8）提交分析作业

选择job模块，创建分析作业，在弹出的对话框输入对应参数，continue，弹出对话框默认参数不变，OK确认退出。

提交分析，选择job中的manager，弹出对话框，点击提交分析选项，等待状态栏显示为completed即可，然后点击结果，进行后处理模块

（9）后处理

在进入后处理模块后，选择变形图、云纹图，绘制XY坐标

点击continue后，在弹出的对话框中设置参数，

进入第二个选项卡，选择节点

点击plot，可绘制节点应力随时间的变化

到此，工字钢的分析就结束了，保存分析结果后，退出界面。

4 写在后面的话

基本熟悉Abaqus的操作流程后，算是学会了吗？还没有，如何划分网格、如何设置参数、abaqus内部运行的算法又是什么？如何结合具体的问题灵活运用abaqus呢？

后面进阶教程我们根据不同类型的分析，来剖析软件在实际应用中如何发挥作用！