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全书介绍了ABAQUS的使用，包括ABAQUS在结构静力分析、结构动力学分析、裂纹分析、热应力分析、流固耦合分析、用户子程序与二次开发等内容。强调ABAQUS的实际操作和工程问题的解决，针对每个难点进行详细讲解，图文并茂，并对INP文件进行注解。
此外，书中还讨论了用户常犯的错误和经常遇到的疑难问题，例如常见的错误信息和警告信息，给出了相应的解决方法。并配以视频学习教程，易学易懂，方便学习。
书名：ABAQUS 6.14超级学习手册
ISBN：978-7-115-42048-0
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编 著 齐 威
责任编辑 王峰松
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
读者服务热线：(010)81055410
反盗版热线：(010)81055315
本书内容新颖丰富，贴合实际，涉及领域广泛，从实际工程案例入手详细介绍了ABAQUS 6.14有限元软件的功能，旨在帮助读者在掌握ABAQUS软件的同时能够掌握实际工程问题的分析思路、方法，学会将实际问题转化为有限元分析的求解模型，并通过有限元分析解决本领域所遇到的问题。
本书根据ABAQUS 6.14有限元软件的功能，结合不同学科及工程应用，按照从简单到复杂的原则分为两部分，共19章节。第1～6章按软件功能依次讲解了几何模型的建立、分析步及载荷边界条件的定义、相互作用定义、网格划分、分析和后处理等；第7～19章按照不同学科专业领域所涉及的实际工程问题，结合实例分别介绍了ABAQUS在静力学、接触问题、非线性问题、结构动力学、热应力、多体系统、显式非线性、多步骤、用户子程序、复杂工程问题、多物理场耦合、优化设计和仿真加工等方面的相关应用。
本书附带DVD-ROM光盘，提供书中部分实例的ABAQUS模型文件及求解结果文件，方便读者学习使用。
本书适合理工院校土木、机械、电子、热能、航空、力学等相关专业的硕士研究生、博士研究生及教师使用，也适合从事相关领域科学技术研究的工程技术人员使用。
ABAQUS作为国际上最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一，不断吸取最新的分析理论和计算机技术，领导着全世界非线性有限元技术的发展。ABAQUS软件已被全球工业界广泛接受，并拥有大量的非线性力学用户群。
ABAQUS不仅能进行有效的静态和准静态的分析、瞬态分析、模态分析、弹塑性分析、接触分析、碰撞和冲击分析、爆炸分析、屈服分析、断裂分析、疲劳和耐久性分析等结构和热分析，而且可以进行流-固耦合分析、声场和声-固耦合分析、压电和热-电耦合分析、热-固耦合分析、质量扩散分析等。
本书例题来源于各领域的不同专业的工程实际问题，通过作者精心设计和筛选，代表性强，并且具有实际应用的工程背景。每个例子都是通过操作流程截图详细讲解分析整个过程，可以使初学者快速入门。对于中高级用户，书中个例也具有重要的参考价值，对解决实际的工程问题具有一定的指导作用。
本书选题新颖，贴合实际，涉及机械、土木、水利、航空航天、船舶、电器、机加成型等各个工程领域，从实际工程案例入手详细介绍了ABAQUS 6.14有限元软件的功能，旨在使读者在掌握ABAQUS有限元软件的同时能够掌握实际工程问题的分析思路、方法和经验，学会建立求解实际问题的数学模型，找出实际问题与ABAQUS有限元分析模型之间的关系，将实际问题转化为有限元分析的求解模型，并通过有限元分析解决本领域所出现的问题。
本书根据ABAQUS 6.14有限元软件的功能，同时结合不同学科及工程应用，按照从简单到复杂的原则分为19个章节，具体编排如下。
第1章 ABAQUS概述：本章通过一个简单实例介绍了ABAQUS处理问题的流程、分析模块、使用环境、文件系统和帮助文档等。
第2章 几何模型建立：本章介绍了ABAQUS的前处理模块中的Part模块、Sketch模块、Property模块、Assembly模块的功能和常用设置。用Part模块建立模型，用草图Sketch模块创建部件，在Assembly模块中进行组装，用Property模块定义材料属性和截面特性。
第3章 定义分析步和载荷边界条件：本章介绍了ABAQUS的前处理模块中的Step模块和Load模块的功能和常用设置。通过Step功能模块进行分析步和输出的定义，由Load功能模块定义模型装配件的载荷、边界条件、预定义场和载荷状况。
第4章 相互作用定义：本章介绍了ABAQUS中的相互作用模块，通过该模块功能定义接触、热传导、弹性基础、入射波、热辐射、声阻，通过Constraint菜单或工具区内相应的工具定义绑定约束、显示体约束、刚体约束、耦合约束、嵌入区域约束、壳-实体耦合约束和方程约束，通过Connector菜单或工具区内相应的工具定义各种连接器。
第5章 划分网格：本章主要介绍了ABAQUS中划分网格的操作和设置，详细介绍了如何撒种子定义网格密度、网格控制和单元类型设置、网格划分和检查以及提高网格质量的方法。
第6章 分析和后处理：本章介绍了ABAQUS的分析和后处理功能，介绍了使用Job模块进行提交、监视和中止任务，以及利用Visualization模块对结果进行分析的常用操作。
第7章 结构静力学分析：本章主要讲解了结构静力学的分析，首先给出了三角桁架结构的案例分析，然后介绍了二维平板结构件的受力分析，最后讲解了轴对称结构的分析步骤。
第8章 接触问题分析：本章主要讲解了接触问题分析，首先介绍一个简单的套筒与轴肩的接触分析实例，让读者对接触分析的基本方法有一个感性的认识，然后再详细讨论接触分析的一些关键问题，最后介绍一个较复杂的锁扣锁紧过程模拟实例。
第9章 材料非线性分析：本章首先介绍了弹塑性材料的结构受载分析，包括弹塑性半圆壳体受压、卷轮压缩的弹塑性材料问题，然后介绍了橡胶类材料的接触分析。
第10章 结构动力学分析：本章详细地介绍了结构的模态动力学分析，以及结构的瞬态动力学分析的操作方法和步骤。
第11章 热应力分析：本章首先介绍了热应力分析的有限元基础，然后详细讲解了圆筒杯受热分析步骤，最后给出了滑块滑轨的热-力耦合分析实例。
第12章 多体系统分析：本章首先介绍了多体系统分析、ABAQUS的连接单元和连接属性，然后给出了圆柱销在滑槽中的滑动过程模拟和四杆机构运动模拟分析。
第13章 显式非线性动态分析：本章首先介绍了ABAQUS/Explicit适用的问题类型和显式动力学的有限元方法，然后介绍了ABAQUS/Explicit进行防爆筒的应力波的传播和水下爆炸冲击的响应分析。
第14章 多步骤分析：本章首先介绍了分析过程的基本知识，然后详细讲解了用ABAQUS进行锅炉的压力及升温分析两步骤分析的流程，最后介绍了金属板成型模拟分析的操作步骤。
第15章 用户子程序：本章主要介绍了用户子程序的基本知识和常用的用户子程序接口，以及了解使用用户子程序进行分析的操作，然后介绍了圆柱试样的单向压缩试验有限元模拟过程。
第16章 复杂工程分析：本章介绍了两个较为复杂的工程实例，及在建模过程中需要综合运用多种建模技巧，穿插讲解了真实工程问题的分析方法。首先介绍了工程铰接结构的分析模拟，然后详细介绍了金属印字过程模拟分析。
第17章 多物理场分析：本章介绍多物理场耦合分析中的直接耦合和间接耦合原理、应用范围以及多物理场分析的操作流程，并遵循此流程，逐步详解了热-电直接和间接耦合的分析模拟。
第18章 优化设计：本章介绍了拓扑优化和形状分析优化模拟的流程、常用优化术语，然后详解了横梁的拓扑优化以及扳手的形状优化过程。
第19章 仿真加工：本章介绍了机械加工仿真的特点、机械加工仿真问题求解的方法、机械加工仿真模型简化的方法，然后给出了三角铁锟压的仿真过程和钣金折弯实例。
本书适合作为土木、机械、航空、力学等相关专业的硕士研究生、博士研究生、高年级本科生及ABAQUS初中级读者学习结构数值分析及ABAQUS软件应用的参考书，对从事结构设计、电子设计、热设计、流体分析等行业的工程技术人员也具有一定的参考价值。
本书由齐威编著，虽然在本书的编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中欠妥之处在所难免，希望读者和同仁能够及时指出，共同促进本书质量的提高。
为了方便解决本书疑难问题，当读者朋友在学习过程中遇到与本书有关的技术问题时，可以发邮件到邮箱book_hai@126.com，或者访问博客http://blog.sina.com.cn/tecbook，编者会尽快给予解答，我们将竭诚为您服务。
ABAQUS是一款功能强大的有限元分析软件，其核心是求解器模块，ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit是互相补充的、集成的分析模块。本章将简要介绍ABAQUS的使用环境和软件发展历程。ABAQUS提供了强大的帮助文件系统，并且包含一套完整的帮助文档。通过本章的学习，读者能够了解利用ABAQUS软件进行有限元分析的一般步骤和其特有的模块化的处理方式。
学习目标
（1）了解ABAQUS的简介和使用环境。
（2）掌握ABAQUS的文件系统。
（3）熟悉ABAQUS帮助文档。
ABAQUS有限公司是世界知名的有限元软件公司，成立于1978年，主要业务是非线性有限元分析软件ABAQUS的开发、维护及售后服务。由于不断吸取最新的分析理论和计算机技术，领导着全世界非线性有限元技术的发展，ABAQUS软件已被全球工业界广泛接受，并拥有世界最大的非线性力学用户群。ABAQUS已成为国际上最先进的大型通用非线性有限元分析软件。
ABAQUS不仅能进行有效的静态和准静态的分析、瞬态分析、模态分析、弹塑性分析、接触分析、碰撞和冲击分析、爆炸分析、屈服分析、断裂分析、疲劳和耐久性分析等结构和热分析，而且可以进行流-固耦合分析、声场和声-固耦合分析、压电和热-电耦合分析、热-固耦合分析、质量扩散分析等。
ABAQUS使用非常简便，很容易建立复杂问题的模型。对于大多数数值模拟，用户只需要提供结构的几何形状、边界条件、材料性质、载荷情况等工程数据。对于非线性问题的分析，ABAQUS能自动选择合适的载荷增量和收敛准则，在分析过程中对这些参数进行调整，保证结果的精确性。
此外，ABAQUS基于丰富的单元库，可以用于模拟各种复杂的几何形状，并且其拥有丰富的材料模型库，可用于模拟绝大多数的常见工程材料，如金属、聚合物、复合材料、橡胶、可压缩的弹性泡沫、钢筋混凝土及各种地质材料等。
ABAQUS包括三个主要的分析模块：ABAQUS/Standard、ABAQUS/Explicit和ABAQUS/ CFD。ABAQUS/Standard是通用的有限元分析模块，它可以分析多种不同类型的问题，其中包括许多非结构问题。ABAQUS/Explicit是显式的动力学有限元分析模块。ABAQUS/CAE将分析模块集成于Complete Abaqus Environment，用于建模、管理、监控ABAQUS的分析过程和结果的可视化处理。此外，ABAQUS/Standard中还附带了ABAQUS/Aqua、ABAQUS/Design及ABAQUS/Foundation三个特殊用途的分析模块。另外，ABAQUS还提供了MOLDFLOW接口和ADAMS接口。
ABAQUS/CAE的集成工作环境包括了ABAQUS的模型建立、交互式提交作业、监控运算过程及结果评估等能力，如图1-1所示。本书主要介绍ABAQUS/CAE、ABAQUS/Standard及ABAQUS/Explicit的基本应用，有特殊需求的用户可参阅《ABAQUS/CAE User’s Manual》等帮助文档。
图1-1 ABAQUS产品
ABAQUS/Standard是一个通用的隐式求解器。它能够求解广泛领域的线性和非线性问题，包括静态分析、动力分析、结构的热响应的分析，以及其他复杂非线性耦合物理场的分析。
它可以为工程师和分析专家提供强有力的工具来解决许多工程问题：从线性静态、动态分析到复杂的非线性耦合物理场分析。其主要应用领域可以概况如下。
（1）常规的静态弯曲变形、强度分析。
（2）结构的固有振动特性及在某种载荷状态下的振动特性分析。
（3）轴承、轴套、螺栓连接等接触非线性分析。
（4）频域动态响应分析，机构运动过程分析。
（5）超弹性橡胶、复合材料分析。
（6）结构传热分析。
（7）各种耦合分析。
（8）方便灵活的用户子程序，生成用户特殊的单元、材料、摩擦、约束和载荷等。
（9）并行处理、高效的直接和迭代求解器。
（10）与ABAQUS/Explicit结合，进行特殊过程模拟，如金属成型。
ABAQUS/Standard提供并行的稀疏矩阵求解器。对于各种大规模计算问题，该求解器都能十分可靠地快速求解。业内领先的ABAQUS/Standard分析能力，结合于现有前后处理器的兼容能力，使ABAQUS常常成为用户的唯一选择：用户可以把他们所有的有限元分析需求全部集成在ABAQUS中进行求解。
此外，ABAQUS/Standard 有最好的行业技术支持和完备的手册做后盾，用户完全可以放心地使用该产品。
ABAQUS/Standard为用户提供了动态载荷平衡的并行稀疏矩阵求解器、基于域分解并行迭代求解器和并行的Lanczos特征值求解器，可以对包含各种大规模计算的问题进行非常可靠的求解，并进行一般过程分析和线性摄动过程分析。
ABAQUS/CAE（Complete ABAQUS Environment）是ABAQUS的交互式图形环境。图1-2所示为ABAQUS/CAE 视窗，它可以便捷地生成或者输入分析模型的几何形状，为部件定义材料特性、边界条件、载荷等模型参数。
图1-2 ABAQUS/CAE视窗
ABAQUS/CAE模块是运用ABAQUS软件进行分析求解的人机交互界面，在CAE模块下，用户可以实现模型建立、材料定义、分析类型的定义、载荷及边界约束的施加、网格划分、结果后处理等与分析相关的任何定义。
在ABAQUS/CAE中，用户能够创建参数化几何体，如：拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样。同时也能够由各种流行的CAD系统导入几何体，并运用上述建模方法进行进一步编辑。
ABAQUS/CAE支持广泛的ABAQUS分析功能，并且为初学者和经验丰富的用户提供人机交互的使用环境。熟悉ABAQUS分析概念，如分析步、接触、约束和预设条件等，能够通过操作简便的界面得以实现。ABAQUS/CAE还提供了完全的后处理和可视化功能，即使最大规模的ABAQUS分析结果也可以高速、高质量地进行绘图。
ABAQUS/CAE具有强大的几何体划分网格的功能，可以检测所形成的分析模型，并在模型生成后提交、监视和控制分析作业，最后通过Visualization可视化模块显示得到的结果。
ABAQUS/CAE是目前为止唯一采用“特征”（feature-based）参数化建模方法的有限元前处理程序。用户可通过拉伸、旋转、放样等方法来创建参数化几何体，也可以导入各种通用CAD系统建立的几何体，并运用参数化建模方法对模型进行编辑。
在ABAQUS/CAE中，用户能够方便地根据个人的需求设置ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit对应的材料模型和单元类型，并进行网格划分。对部件间的接触、耦合、绑定等相互作用，ABAQUS也能够方便地定义。
ABAQUS/Explicit为显式分析求解器，适用于模拟短暂、瞬时的动态事件，以及求解冲击和其他高度不连续问题。此外，它对处理改变接触条件的高度非线性问题也非常有效，能够自动找出模型中各部件之间的接触对，高效地模拟部件之间的复杂接触，如模拟成型问题。它的求解方法是在短时间域内以很小的时间增量步向前推出结果，而无需在每个增量步求解耦合的方程系统和生成总刚。
ABAQUS /Explicit是求解复杂非线性动力学问题和准静态问题的理想程序，特别是用于模拟冲击和其他高度不连续事件。ABAQUS/Explicit 不但支持应力/位移分析，而且还支持完全耦合的瞬态温度-位移分析、声固耦合分析。
ABAQUS/Explicit与ABAQUS/Standard的有机结合使求解能力更加强大和灵活。任意的拉格朗日-欧拉（ALE）自适应网格功能可以有效地模拟大变形非线性问题。其主要应用领域包括以下几个方面。
（1）通用的显式问题求解。
（2）非线性动力学分析和准静态分析。
（3）完全耦合的热力学分析。
（4）自动接触（General Contact）提供简单和稳定的接触建模方法。
（5）并行处理技术，包括SMP和DMP系统。
（6）和ABAQUS/Standard有机结合，分析特殊过程和问题，如装配预应力。
（7）运用ALE技术创建自适应网格（模拟几何体的移动与位移）。
（8）冲击和水下爆炸分析功能。
ABAQUS/Explicit拥有广泛的单元类型和材料模型，但是它的单元库是ABAQUS/Standard单元库的子集。它提供的基于域分解的并行计算仅可进行一般过程分析。此外，需要注意的是，ABAQUS/Explicit不但支持应力/位移分析，而且支持耦合的瞬态温度/位移分析、声-固耦合的分析。
可见，ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard具有各自的适用范围，它们互相配合使得ABAQUS功能更加灵活和强大。有些工程问题需要二者的结合使用，以一种求解器开始分析，分析结束后将结果作为初始条件交于另一种求解器继续进行分析，从而结合显式和隐式求解技术的优点。
ABAQUS/CFD是ABAQUS新增加的流体仿真模块。新模块的增加使得ABAQUS能够模拟层流、湍流等流体问题，以及热传导、自然对流等流体传热问题。
该模块的增加使得流体材料特性、流体边界、载荷以及流体网格等与流体相关的前处理定义等都可以在ABAQUS/CAE里完成，同时还可以用ABAQUS输出等值面、流速矢量图等多种流体相关后处理结果。
ABAQUS/CFD使得ABAQUS在处理流-固耦合问题时拥有更优秀的表现，配合使用ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard，使得ABAQUS更加灵活和强大。
ABAQUS/View是ABAQUS/CAE的子模块，后处理功能中的可视化模块（Visualzation）就包含其中。
ABAQUS/Design扩展了ABAQUS设计敏感度分析（DSA）中的应用。设计敏感度分析可用于预测设计参数变化对结构响应的影响。它是一套可选择模块，可以附加到ABAQUS/Standard模块。本书将不介绍该模块。
ABAQUS/Aqua也是ABAQUS/Standard的附加模块，它主要用于海洋工程，可以模拟近海结构，也可以进行海上石油平台导管和立架的分析、基座弯曲的计算和漂浮结构的研究及J管道的受拉模拟。
它的其他一些功能包括模拟稳定水流和波浪，对受浮力和自由水面上受风载的结构进行分析。本书将不介绍该模块。
ABAQUS/Foundation是ABAQUS/Standard的一部分，它可以更经济地使用ABAQUS/ Standard的线性静态和动态分析。本书将不介绍ABAQUS/Foundation模块的使用。
ABAQUS的MSC.ADAMS接口是基于ADAMS/Flex的子模态综合格式，它是ABAQUS/ Standard的交互产品，使用户能够将ABAQUS同机械系统动力学仿真软件MSC.ADAMS一起配合使用，可将ABAQUS中的有限元模型作为柔性部分输入到MSC.ADAMS系列产品中。本书将不介绍该模块。
ABAQUS的MOLDFLOW接口是ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard的交互产品，使用户将注塑成型软件MOLDFLOW与ABAQUS配合使用，将MOLDFLOW分析软件中的有限元模型信息转换成INP文件的组成部分。本书将不介绍该模块。
ABAQUS/CAE是完整的ABAQUS运行环境，它为生成ABAQUS模型、交互式的提交作业、监控和评估ABAQUS运行结果提供了一个一致的、风格简单的界面。
ABAQUS分成若干个功能模块，每个模块定义了模拟过程中的一个逻辑步骤，例如生成部件、定义材料属性、网格划分等。完成一个功能模块的操作后，可以进入下一个功能模块，逐步建立分析模型。
ABAQUS/Standard或者ABAQUS/Explicit读入由ABAQUS/CAE生成的输入文件进行分析，将信息反馈给ABAQUS/CAE来让用户对作业进程进行监控，并生成输出数据库。最后，用户可通过ABAQUS/CAE的可视化模块读入输出的数据库，进一步观察分析的结果。
在操作过程中，会生成一个包含ABAQUS/CAE操作命令的执行文件（rpy文件），它是ABAQUS文件系统的组成部分。下面将简要介绍下ABAQUS的使用环境。
（1）在操作系统的开始→所有程序→ABAQUS 6.14-1启动。
操作步骤菜单如图1-3所示。启动时会首先弹出命令提示符窗口，如图1-4所示。接着开启ABAQUS/CAE主视窗口和Start Session对话框。
图1-3 ABAQUS 6.14-1开始菜单
图1-4 ABAQUS 6.14-1命令提示符窗口
（2）在操作系统的命令提示符中输入如下命令。
abaqus cae
这里abaqus是运行ABAQUS的命令。不同的系统可能会有所不同。
当ABAQUS/CAE启动以后，会出现Start Session（开始任务）对话框，如图1-5所示。下面将介绍对话框中的选项。
① Create Model Datebase：开始一个新的分析过程。用户可根据自己的问题建立Standard/Explicit Model、CFD Model或Electromagnetic Model。
图1-5 Start Session 对话框
② Open Database：打开一个以前存储的模型或者输入/输出数据库文件。
③ Run Script：运行一个包含ABAQUS/CAE命令的文件。
④ Start Tutorial：单击后将打开ABAQUS的辅导教程在线文档。
用户可以通过主窗口与ABAQUS/CAE进行交互，图1-6中显示了主窗口的各个组成部分。
图1-6 主窗口的各个组成部分
标题栏显示了当前运行的ABAQUS/CAE的版本和模型数据库的名字。
菜单栏显示了所有可用的菜单，用户可以通过对菜单的操作调用ABAQUS/CAE的各种功能。在环境栏中选择不同的模块时，菜单栏中显示的菜单也不尽相同。
工具栏给用户提供了菜单功能的快捷方式，这些功能也可以通过菜单进行访问。
ABAQUS/CAE是由一组功能模块组成，每一模块针对模型的某一方面。用户可以在环境栏中的Module（模块）列表中的各个模块之间进行切换。
提示：
环境栏中的其他项是当前操作模块的相关功能。例如，用户在创建模型的几何形状时，可以通过环境栏提取出一个已经存在的部件（Part）。
（1）画布和作图区。可以把画布和作图区比作一个无限大的屏幕，用户在其上摆放视图区域（Viewport）。作图区则是当前显示的部分。
（2）视图区。ABAQUS/CAE通过在画布上的视图区显示用户的模型。
（3）工具箱区。当用户进入某一功能模块时，工具箱会显示该功能模块相应的工具箱。工具箱的存在使得用户可以方便地调用该模块的许多功能。
（4）命令行接口。使用ABAQUS/CAE时，利用内置的Python编译器，可以在命令行接口处输入Python命令和数学表达式。
提示：
接口中包含了主要（>>>）和次要（…）提示符，随时提示用户安装Python的语法输入命令行。
（5）信息区。ABAQUS/CAE在信息区显示状态信息和警告。通过拖动其顶边可以改变信息区的大小写，利用滚动条可以查阅已经滚出信息区的信息。信息区在默认状态下是显示的，这里同时也是命令行接口的位置。
提示：
通过信息区窗口左侧的Message Area（信息区）按钮
和Command Line Interface（命令行接口）按钮
可以进行切换。
ABAQUS/CAE是数值计算软件，没有单位的概念，用户在使用时，一定要保持单位的一致性，常用单位如表1-1所示。
表1-1 ABAQUS/CAE常用单位
| Quantity |
SI |
SI（mm） |
US Unit（ft） |
US Unit（inch） |
（Lxcad）cm |
|---|---|---|---|---|---|
| Length |
m |
mm |
ft |
in |
cm |
| Force |
N |
N |
lbf |
lbf |
N |
| Mass |
kg |
tonne |
slug |
lbf s2/n |
（102 kg） |
| Time |
s |
s |
s |
s |
s |
| Stress |
Pa（N/m2） |
MPa |
lbf/ft2 |
psi（lbf/in2） |
N/cm2 |
| Energy |
J |
mJ |
ft lbf |
in lbf |
|
| Density |
kg/m3 |
tonne/mm3 |
slug/ft3 |
lbf s2/in4 |
102 kg/cm3 |
| Acc |
m/s2 |
mm/s2 |
cm/s2 |
单位：建议采用国际单位制
ABAQUS/CAE主视窗左侧为模型树，如图1-7所示，包含了诸多信息。模型树使得对模型以及模型包含的对象可以有一个图形上的直观概述。结果树用于显示输出odb数据以及XY数据的分析结果。两种树使得模型间操作和管理对象更加直接和集中。这两种树的一些特征将在后面进行讨论。
图1-7 模型树
如前所述，ABAQUS/CAE划分为一系列的功能单元，称为功能模块。每一个功能模块都只包含与模拟作业的某一指令部分相关的一些工具。例如，Part（部件）模块只包含生成几何模型的部件，而Mesh（网格）模块只包含生成有限元网格的工具。
用户可以从环境栏中的Module（模块）列表中选择进入各个模块，如图1-8所示。列表中的模块次序与创建一个分析模型应遵循的逻辑次序应该是一致的。例如，用户在生成Assembly（装配件）前必须先生成Part（部件）。
图1-8 选择一个模块
当然，ABAQUS/CAE也允许用户在任何时刻选择任一个模块进行工作，而无需关注模型的当前状态。然而，这种操作会受到明显的限制。例如，像悬臂梁横截面尺寸一类的截面性质就不能指定到一个未生成的几何体上。
切换至不同的模块，界面中的菜单栏与工具栏都有变化。下面列出了ABAQUS/CAE的各个模块，并简要介绍了建立一个模型所需要在各个模块可能进行的模拟任务。所列次序与图1-8中列出的顺序一致。
Part模块用于创建各个单独的部件，用户可以在ABAQUS/CAE环境中用图形工具直接生成，也可以从第三方图形软件导入部件的几何形状。
整个部件中的任一个部分的特征，如与该部分有关的材料性质定义和截面几何形状，包含在截面（Section）定义中。在该模块下，用户可以定义截面和材料，并将它们赋予部件的某一部分。
提示：
详细信息请查阅《ABAQUS/CAE用户手册》第16章The Property Module。
创建一个部件时，部件存在于自己的局部坐标系中，独立于模型的其他部分。用户可以应用该模块建立部件的实例，并且将这些实例相对于其他部件定位于总体坐标系之中，从而构成一个装配件。一个ABAQUS/CAE模型只能包含一个装配件。
用户可以应用Step模块生成和构建分析步，并与输出需求联系起来。分析步序列给模拟过程的变化提供了方便的途径（如变载荷和变边界问题），可以根据需要在分析步之间更改输出变量。
在该模块中，用户可指定模型各区域之间或者模型的一个区域与周围环境之间的热力学或者力学方面的相互作用，如两个传热的接触表面。其他可以定义的相互作用包括约束，如方程（Equation）和刚体（Rigid Body）约束、绑定（Tie）。
ABAQUS/CAE不会自动识别部件实体之间或者一个装配件的各个区域之间的力学或者热学的相互作用，用户要实现该需求，必须在相互作用模块指定接触关系。相互作用与分析步有关，这就意味着用户必须规定相互作用是在哪个分析步起作用。
在载荷模块中指定载荷、边界条件和场变量。边界条件和载荷与分析步有关，这就说明用户必须指定载荷和边界条件在哪些分析步骤中起作用。某些场变量仅作用于分析的初始阶段，而其他的场变量与分析步有关。
Mesh模块包含了与ABAQUS/CAE为装配件生成网格所需要的网格划分工具。利用所提供的各个层次上的自动划分和控制工具，用户可以生成满足自己需要的网格。
一旦完成了所有定义模型的任务，用户就可以用Job模块分析计算模型。该模块允许用户交互地提交分析作业并进行监控。可以同时提交多个模型和运算并对其进行监控。
优化模块提供了对有限元模型的优化分析功能。用户根据具体的优化目标与限制条件，从而得出优化后的模型，有助于改进结构或性能。
可视化模块提供了有限元模型和分析结果的图像显示。它从数据库中获得模型和结果信息，通过Step修改输出要求，从而用户可以控制写入数据库中的信息。
Sketch是二维轮廓图，用来帮助形成几何形状，定义ABAQUS/CAE可以识别的部件。应用Sketch模块创建草图，定义二维平面部件、梁、剖面，或者创建一个草图，然后通过拉伸、扫掠或者旋转的方式将其形成三维部件。
注意：
在功能模块进行切换时，主窗口中的环境栏、工具箱区和菜单栏的内容也会发生相应的改变。用户在环境栏的Module列表中选择一个模块，将使环境栏、工具箱栏和菜单栏产生变化。
ABAQUS最主要的文件是数据库文件，除此之外，还包括日志文件、信息文件、用于重启动的文件、用于结果转换的文件、输入/输出文件、状态文件等。
有些临时文件在运行中产生，但在运行结束后自动删除。下面介绍几种重要的ABAQUS文件系统，在此约定job-name表示分析作业的名称，model-data-name表示数据库文件。
数据库文件包括两种：cae文件（model-data-name.cae），又称为模型数据库文件和odb文件（job-name.odb），即结果文件。
日志文件又称为log文件（job-name.log），属于文本文件，用于记录ABAQUS运行的起止时间。
数据文件又称为dat文件（job-name.dat），属于文本文件，用于记录数据和参数检查、内存和磁盘估计等信息，并且预处理inp文件时产生的错误和警告信息也包含在内。
注意：
dat文件中输出用户自定义的ABAQUS/Standard的结果数据，而ABAQUS/ Explicit的结果数据则不会写入该文件。
信息文件有四类：msg文件（job-name.msg）、ipm文件（job-name.ipm）、prt文件（job-name.prt）及pac文件（job-name.pac）。
状态文件包括三类：sta文件（job-name.sta）、abq文件（job-name.abq）和stt文件（job-name.stt）。
inp文件（job-name.inp）属于文本文件，在Job功能模块中提交任务时或者单击分析作业管理器中Wirte Input按钮时生成。此外，它也可以通过其他有限元前处理软件生成。
inp文件可以输入到ABAQUS/CAE中作为Model（模型），也可以由ABAQUS Command直接运行。inp文件包含模型的节点、单元、截面、材料属性、集合、边界条件、载荷、分析步及输出设置等信息，没有模型的几何信息。
结果文件分为三类：fil文件（job-name.fil）、psr文件（job-name.psr）和sel文件（job-name.sel）。
mdl文件（job-name.mdl）是在ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中运行数据后检查后产生的文件，在重启动时需要。
保存命令文件分为三类：jnl文件（model-data-name.jnl）、rpy文件（abaqus.rpy）和rec文件（model-data-name.rec）。
psf文件（job-name.psf）是用户参数研究（Parametric Study）时需要创建的文件。
res文件（job-name.res）用Step功能模块进行定义。
ABAQUS还会生成一些临时文件，可以分为两类：ods文件（job-name.ods）和lck文件（job-name.lck）。
ABAQUS为用户提供了便捷和详实的帮助文档，帮助各个层次的用户完成自己的分析。下面将对ABAQUS的帮助文档进行简单的讲解。
ABAQUS具有一套内容完整和充实的文档。除非特殊说明，用户都可从SIMULIA网站获得。常用的文档如下。
（1）《ABAQUS入门指南》（Getting Started with ABAQUS）。
该手册是针对初学者的入门指南，指导用户如何使用ABAQUS/CAE生成模型，使用ABAQUS/CAE、ABAQUS/Explicit或者ABAQUS/CFD进行分析，然后在可视化模块中观察结果。
（2）《ABAQUS在线文档使用》（Using ABAQUS Online Document）。
该在线手册的主要内容是指导用户如何阅读和搜索ABAQUS在线文档。
（3）《ABAQUS分析用户手册》（ABAQUS Analysis User’s Manual）。
这是最常见的ABAQUS手册，包含ABAQUS所有功能的参考手册，如单元、材料模型、分析过程、输入格式等内容。
（4）《ABAQUS/CAE用户手册》（ABAQUS/CAE User’s Manual）。
该手册通过三个便于理解的教程说明了如何运用ABAQUS/CAE生成模型、分析和评估结果、可视化。
（5）《ABAQUS关键词参考手册》（ABAQUS Keywords Reference Manual）。
该手册包括了对ABAQUS中全部关键词的完整描述，包括对其参数和数据行的说明。
（6）《ABAQUS实例手册》（ABAQUS Example Problems Manual）。
该手册包含许多详细的实例，用来演示那些具有意义的线性和非线性计算分析的方法和结果。每一个例题的说明中都包括了对单元类型和网格密度的讨论。
（7）《ABAQUS基准校对手册》（ABAQUS Benchmark Manual）。
该手册只有在线的版本，包括了用来评估ABAQUS特性的基准问题和标准分析（如NAFEMS基准问题），其结果与精确解和其他已经发表的结果进行了比较。这些问题对于学习各种单元和材料模型的性质会有很大的帮助。
（8）《ABAQUS验证手册》（ABAQUS Verification Manual）。
该手册只有网上版本，包括对ABAQUS每一个特定功能（如分析过程、多点约束、输出选项等）的基本测试问题。
（9）《ABAQUS理论手册》（ABAQUS Theory Manual）。
该手册只有在线版本，对ABAQUS理论方面进行了详尽而严谨的探讨，该内容面向具有一定工程背景的用户，并不需要作为日常参考。
下面将介绍如何使用ABAQUS帮助文档，现以ABAQUS 6.14为例。首先，介绍一下三种打开帮助文件的方法。
（1）在Windows操作系统下单击“开始”→“所有程序”→Abaqus 6.14 Documentation→HTML Documentation。
（2）在ABAQUS/CAE主菜单中选择Help→Search & Browse Guides…。
完成上述操作以后，就可以看到图1-9所示的ABAQUS帮助文档首页，里面列出了所有的帮助文档，直接单击上面的超链接就能打开相应的帮助文档。
图1-9 ABAQUS的帮助文档首页
用户可以在帮助文档首页顶部的搜索框中输入自己需要的关键词，然后单击Search All Guides。若该关键词出现在手册中，每本手册中出现的次数就以红色数字显示出来，如图1-10所示。单击页面顶部的Next Match和Previous Match，就可以依次显示此关键词所在的页面。
图1-10 在《Getting started with ABAQUS》中查看contact surface的搜索结果
本书建议初学者先阅读《Getting Started with ABAQUS》，此手册详细介绍了ABAQUS有限元分析的基本概念，并且提供了众多的实例。如果对ABAQUS/Standard和ABAQUS/ Explicit很熟悉，仅仅希望了解ABAQUS/CAE的使用方法，则继续练习附录提供的几个例子即可。
若遇到ABAQUS/CAE中的问题，则可以查阅《ABAQUS/CAE User’s Manual》；若是遇到ABAQUS/Explicit或者ABAQUS/Standard中的问题，则可以查阅《ABAQUS Analysis User’s Manual》。
当使用一个不熟悉的功能时，可以使用前面的搜索功能，在《ABAQUS Example Problems Manual》、《ABAQUS Verification Manual》和《ABAQUS Benchmark Manual》中搜索相应的实例。单击这些实例还可以获得相应的inp文件。此外，可以用提示符命令提取这些文件。
注意：
只有正版用户才能在ABAQUS的在线支持网站注册用户名。每次在此网站提交问题或询问解答之前，需要用户先以用户名登录，否则网站中的大部分内容都无法看到，使用关键词也无法搜索到相关结果。
下面将介绍一个简单的应力分析实例，帮助读者初步了解ABAQUS建模和分析的基本步骤，掌握ABAQUS进行应力和位移分析的方法。
一前后左右对称支座底面固定约束，上表面承受均布载荷0.5Mpa，结构尺寸如图1-11所示，求此支座受载后的Mises应力、位移分布。
材料性质：弹性模量E=2.1e3，泊松比v=0.31
均布载荷：p=0.5Mpa
图1-11 支座受均布载荷图
注意：
ABAQUS中的量都没有单位，用户应自己保证量纲的一致性。
如前所述，启动ABAQUS有两种方法，用户可以任选一种。
（1）在Windows操作系统中单击“开始”→“所有程序”→Abaqus 6.14-1→Abaqus CAE。
（2）在操作系统的DOS窗口中输入命令：abaqus cae。
启动ABAQUS/CAE后，在出现的Start Session（开始任务）对话框中选择Create Model Database。
在ABAQUS/CAE顶部的环境栏中，可以看到模块列表：Module：Part，这表示当前处在Part（部件）模块，在这个模块中可以定义模型各部分的几何形体。可参照下面步骤创建悬臂梁的几何模型。
（1）创建部件。对于图1-11所示的支座结构，可以先画出支座下层台阶结构的二维截面（矩形），再通过拉伸得到。
单击左侧工具区中的
（Creat Part）按钮，或者在主菜单里面选择Part→Create，弹出图1-12所示的Create Part对话框。
图1-12 Create Part对话框
在Name（部件名字）后面输入Mount，Modeling Space（模型所在空间）设为3D，Shape选择Solid（实体），Type采用默认的Extrusion，在Approximate size里面输入200。单击Continue…按钮。
注意：
如果无法输入字符，原因可能是当前正处于中文输入法的状态，应切换到英文输入法。
（2）绘制矩形。ABAQUS/CAE自动进入绘图环境，左侧的工具区显示出绘图工具按钮，视图区内显示栅格，视图区正中两条相互垂直的点划线即当前二维区域的X轴和Y轴，二者相交于坐标原点。
选择绘图工具箱中的
工具，窗口提示区显示Pick a starting corner for the rectangle—or enter X, Y（选择矩形的一个角点，或输入X、Y的坐标），依次输入矩形的两个对角点坐标，如图1-13所示。
（a）矩形左下角点坐标
（b）矩形右上角点坐标
图1-13 矩形对角点坐标
（3）绘制圆孔。选择绘图工具箱中的
工具，窗口提示区显示Pick a center point for the circle—or enter X, Y（选择矩形的一个角点，或输入X、Y的坐标），如图1-14（a）所示。接着需要输入一个圆周点坐标，最终确定一个圆，如图1-14（b）所示。同样的方法，依输入另外三个圆的参数坐标(-80,30)和(-89,30)；(80,30)和(89,30)；(80,-30)和(89,-30)，绘制完成的带圆孔的草图如图1-15所示。
（a）圆心坐标
（b）圆周点坐标
1-14 矩形对角点坐标
图1-15 底面圆孔草图
（4）绘制矩形倒角。选择绘图工具箱中的
工具，窗口提示区显示Fillet radius，输入倒角半径5，如图1-16所示，依次拾取矩形的两相邻边，为矩形绘制四个倒角，如图1-17所示。
图1-16 倒角半径
图1-17 矩形倒角草图
提示：
在视图区中移动鼠标时，鼠标就会自动对齐栅格点，视图区的左上角会显示当前位置的坐标。
如果在绘制过程中操作有误，可以单击绘图工具箱的撤销工具
来撤销上一步操作，也可以使用删除工具
来删除错误的几何图形，具体操作步骤如下。
① 单击绘图工具箱中的删除工具
。
② 在所绘图形中选择要删除的线或者图形，ABAQUS/CAE以红色高亮度显示被选中的对象。
提示：
如果想删除多个对象，可以在单击此对象的同时按住Shift键，或者按住鼠标左键不放，在视图区中画出一个矩形框，选中矩形框中的对象。如果想取消对某对象的选择，可以在单击此对象的同时按住Ctrl键。
③ 在视图区单击鼠标中键，或者单击提示区中的Done按钮，结束对删除工具
的使用。
④ 根据需要，重复②、③、④步骤。
注意：
在确认结束某一步操作的时候，一般总是在视图区中单击鼠标中键，或者单击窗口底部提示区的Done按钮（完成），以下不再赘述。
（5）由于前面操作中，已经选择了Extrusion类型，在上一步退出后，ABAQUS即弹出Edit Base Extrusion（编辑基本拉伸）对话框。在该窗口Depth中，输入拉伸尺寸20，如图1-18所示。然后单击OK按钮，视图区就出现了悬臂梁的结构图，如图1-19所示。
图1-18 Edit Base Extrusion对话框
图1-19 形成的悬臂梁结构图
（6）绘制上部凸台。选择绘图工具箱中的
工具，窗口提示区显示Select a plane for the solid extrusion，如图1-20（a）所示，在此选择底板的上表面作为草绘平面。接着需要选择一个参考边，选择上表面的一条短边即可，如图1-20（b）所示。同样的方法，绘制一矩形，依输入矩形的两对角点坐标（-60,-50）和（60,50），如图1-20（c）和图1-20（d）所示。
（a）
（b）
（c）
（d）
图1-20 上部凸台参数
在上一步完成后，ABAQUS即弹出Edit Extrusion对话框。在该窗口Depth中，输入拉伸尺寸50，如图1-21所示。然后单击OK按钮，视图区就出现了支座完整的结构图，如图1-22所示。
图1-21 Edit Extrusion对话框
图1-22 形成的支座结构图
（7）保存模型。在下一步之前，单击窗口顶部工具栏中的
按钮来保存所建立的模型。键入希望保存的文件名Mount，ABAQUS/CAE会自动加上后缀.cae。用户还可以在主菜单中选择File→Save对所建模型进行保存操作。
说明：
ABAQUS/CAE不会自动保存模型的数据，用户每隔一段时间自己保存模型。如果由于意外造成的系统死机或者无法自动退出ABAQUS/CAE，下次启动时就会显示自动恢复的对话框，选择Yes就可以自动恢复尚未保存的数据，但是有时会因为恢复文件中存在错误，出现自动恢复失败。所以建议用户养成经常保存模型的习惯。
在窗口左上角Module（模块）列表中选择Property（特性）功能模块，按照以下步骤来定义材料。
（1）创建材料。单击工具区左侧的
（Create Material）按钮，或者在主菜单中选择Material→Create，弹出Edit Material对话框（也可以双击左侧模型树中的Material来完成此操作），如图1-23所示。
在Name（材料名称）后面输入Steel，单击此对话框中的Mechanical（力学特性）→Elasticity（弹性）。在数据表中设置Young’s Modulus（弹性模量）为2.1e3，Poisson’s Ratio（泊松比）为0.31，其余参数不变，如图1-24所示，单击OK按钮。
说明：
在ABAQUS/CAE中，如果希望修改或撤销已经完成的操作，可以在窗口左侧的模型树中找到此项操作，在上面单击鼠标右键，选择Edit或者Delete。在绘制二维平面图时，可以单击绘图工具箱中的
按钮来撤销上一步操作。
图1-23 Edit Material对话框
图1-24 输入弹性模量和泊松比
（2）创建截面属性。单击左侧工具区的
（Create Section）按钮，或者在主菜单中选择Section→Create，弹出Create Section对话框（也可以双击左侧模型树中的Section来完成此操作），Name改为Section-Mount，如图1-25所示，保持其他默认参数不变，单击Continue…按钮。
图1-25 Create Section对话框
在弹出的Edit Section对话框（见图1-26）中，默认的参数（Material: Steel；Type：Solid, Homogeneous；Plane stress/strain thickness：1）不变，单击OK按钮。
图1-26 Edit Section对话框
（3）给部件赋予截面属性。单击左侧工具区的
（Assign Section）按钮，或者在主菜单中选择Assign→Section，单击视图区中的悬臂梁模型，ABAQUS/CAE以红色亮度显示被选中，在视图区中单击鼠标中键，弹出Edit Section Assignment对话框，如图1-27所示，单击OK按钮，完成截面属性设定，图1-28所示的是设定截面属性后的模型。
说明：
ABAQUS/CAE不把材料属性直接赋予单元或者几何实体，而是首先在截面属性（Section）中定义材料特性，再为每个部件赋予相应的截面属性。
图1-27 Edit Section Assignment对话框
图1-28 指定截面后的模型
注意：
ABAQUS/CAE推荐的建模方法是把整个数值模型（如材料、载荷、边界条件等）都直接定义在几何模型上，而不是像其他前处理器一样定义在单元或者节点上，这样在修改网格时不必重新定义材料和边界条件等模型参数。这样在处理复杂问题时，可以首先简单地划分粗网格，得到初步的模拟结果，然后再适当的区域细化网格。
整个分析模型是一个装配件，前面的Part功能模型中创建的各个部件将在Assembly功能模块中装配起来。
具体的操作方式：在窗口左上角的Module列表中选择Assembly（装配）功能模块。单击左侧工具区的
（Instance Part）按钮，或者在主菜单中选择Instance→Create（也可以直接单击左侧模型树中的Assembly左侧的+号，然后双击其下一层的Instance来完成此项操作）。
在弹出的Create Instance对话框中（见图1-29），前面创建的部件Mount自动被选中，默认参数为Instance Type：Dependent（mesh on part），单击OK按钮。
图1-29 Create Instance 对话框
ABAQUS/CAE会自动创建一个初始分析步（Initial Step），可以在其中施加边界条件，用户必须自己创建后续分析步（Analysis Step），用来施加载荷。具体操作方法如下。
（1）在窗口左上角的Module列表中选择Step（分析步）功能模块。单击左侧工具区的
（Create Step）按钮，或者在主菜单中选择Step→Create（也可以直接单击左侧模型树中的Steps来完成此项操作）。
（2）在弹出的Create Step对话框中，在Name后面输入分析步的名称，此处将默认值Step-1改为Step-Load-Mount。其余参数如图1-30所示（Procedure type：General；选择Static General），单击Continue…按钮。
（3）在弹出的Edit Step对话框（见图1-31）中，Description后面改为Load the top of the mount，其余参数都保持默认值，单击OK按钮，完成操作。
图1-30 Create Step对话框
图1-31 Edit Step对话框
在窗口左上角的Module列表中选择Load（载荷）功能模块，定义边界条件和载荷。
单击左侧工具区的
（Create Load）按钮，或在主菜单中选择Load→Create（也可以直接单击左侧模型树中的Loads来完成此项操作）。在弹出的Create Load对话框中（见图1-32），将Types for Selected Step（所选分析步的载荷类型）设为Pressure（单位面积上的压力），Step设为Step-Load-Mount，单击Continue…按钮。
此时窗口底部的提示区信息变为Select surfaces for the load，单击支座的上表面，ABAQUS/CAE以红色高亮度显示被选中的表面，在视图区中单击鼠标中键。在弹出的“Edit Load”对话框中（见图1-33），在Magnitude后面输入0.5，然后单击OK按钮。
说明：
载荷类型Pressure的含义是单位面积上的力，正值表示压力，负值表示拉力。
图1-32 Create Load对话框
图1-33 Edit Load对话框
单击工具区左侧的
（Create Boundary Condition）按钮，或者在主菜单中选择BC→Create（也可以直接单击左侧模型数据树中的BCs来完成此操作）。在弹出的Create Boundary Condition对话框中（见图1-34），在Name后面输入BC-Mount，将Step设为Initial，Types for Selected Step设为Displacement/Rotation，单击Continue…按钮。
此时窗口底部的提示区信息变为Select regions for the boundary condition，选择支座的下表面，ABAQUS/CAE以红色高亮度显示选中的平面，如图1-35所示，在视图区中单击鼠标中键。
图1-34 Create Boundary Condition对话框
图1-35 选择施加边界条件的底面
说明：
施加边界条件时，要准确地选中要选择的边界面。如果发现单击后支座其他部分的面被ABAQUS/CAE红色高亮度显示，说明刚才选中了显示的位置，这时应重新单击正确的位置。
提示：
为了更好地选中位置，可以借助菜单栏下工具栏中的
（Rotate View）按钮把支座旋转到合适的位置，单击鼠标中键。再根据窗口下面提示区的提示，在旋转后的模型中选择需要施加边界条件的面。
在弹出的Edit Boundary Condition对话框中（见图1-36），在U1、U2、U3前的方框中打钩，单击OK按钮，结果如图1-37所示。
图1-36 Edit Boundary Condition对话框
图1-37 创建边界条件后的支座模型
在窗口左上角的Module列表中选择Mesh（网格）功能模块，在窗口顶部的环境栏中把Object选项设为Part：Mount，如图1-38所示，即为部件Mount划分网格，而不是为整个装配件划分网格。
说明：
如果没有选择对部件划分网格，而是按照默认选项来对整个装配件划分网格，接下来的操作就会出现错误信息。
图1-38 把划分网格的对象设置为Part：Mount
在主菜单中选择Mesh→Controls命令，或单击左侧工具区的
（Assign Mesh Controls）按钮，弹出Mesh Controls（网格控制参数）对话框，将Element Shape（单元形状）设置为Tet，Technique设置为Free，如图1-39所示，单击OK按钮。
单击左侧工具区的
（Assign Element Type）按钮，或者在主菜单中选择Mesh→Element Type，弹出Element Type对话框，如图1-40所示。
图1-39 Mesh Controls 对话框
图1-40 Element Type对话框
单击Tet标签项，对话框中就出现了C3D10单元类型的信息提示。其余参数采用默认值，单击OK按钮。
在左侧工具区用鼠标单击
（Seed Part）按钮，或者直接在主菜单中选择Seed→Part…，就会出现Global Seeds对话框，选择单元大小默认值：9.5，如图1-41所示，单击OK按钮。
单击左侧工具区的
（Mesh Part）按钮，或者在主菜单中选择Mesh→Part，窗口底部的提示区显示OK to mesh the part?（为部件划分网格？），在视图区中单击鼠标中键，或直接单击提示区中的Yes，得到图1-42所示的网格。
图1-41 Global Seeds 对话框
图1-42 生成的网格
说明：
本例题的目的是通过一个简单的模型，让读者初步了解下ABAQUS/CAE的建模方法，因此使用了比较简单的网格划分方法，得到的网格较粗糙，计算得出的支座固定端处的应力结果将不会太精确。如果希望更准确地分析此悬臂梁受均布载荷的问题，可以进一步细化网格。
在窗口的左上角的Module列表中选择Job（分析作业）功能模块，如图1-43所示。
图1-43 设置到Job功能模块
单击左侧工具区的
（Creat Job）按钮，弹出Creat Job对话框，如图1-44所示，在Name后面输入Job-Mount，单击Continue…按钮，弹出Edit Job对话框，如图1-45所示，将Description设为Deform Mount，其他各参数保持默认值，单击OK按钮。
图1-44 Job Manager对话框
图1-45 Edit Job对话框
在Job Manager对话框中单击Submit（提交分析）按钮，对话框中的Status（状态）提示依次变为Submitted、Running和Completed，如图1-46所示的各个状态。分析完成后，单击此对话框中的Results（分析结果）按钮，自动进入Visualization模块。
（a）提交前状态 （b）已提交状态
（c）分析进行中 （d）分析完成
图1-46 提交分析
提示：
如果Status提示变为Aborted（分析失败），说明模型存在问题，分析已经终止。可以单击对话框中的Monitor（监视器）来检查错误信息，然后检查前面各个建模步骤是否都已经准确完成，更正错误后，再重新提交分析。
说明：
在ABAQUS/CAE对话框的底部常常可以看到两个按钮：Dismiss和Cancel，它们的作用都是关闭当前对话框。二者的区别在于：Dismiss按钮出现在包含只读数据的对话框中；Cancel按钮出现在允许做出修改的对话框中，单击Cancel按钮可以关闭对话框，而不保存所修改的内容。
看到窗口左上角的Module列表已经自动变成Visualization功能模块，在视图区显示出模型未变形时的轮廓图。
单击左侧工具区的
（Plot Undeformed Shape）按钮，或者在主菜单中选择Plot→Undeformed Shape，显示出未变形的网格模型。
单击左侧工具区的
（Plot Deformed Shape）按钮，或者在主菜单中选择Plot→Deformed Shape，显示出变形后的网格模型。
单击窗口右下角的Deformed Shape Options，在弹出的对话框中选择Superimpose undeformed plot（覆盖未变形图），单击OK按钮，看到变形图和未变形图的模型一起显示出来。
单击左侧工具区中的
（Plot Contours on Deformed Shape）按钮，或者在主菜单中选择Plot→Contours，显示出Mises应力的云纹图，如图1-47所示。
图1-47 变形后的Mises应力分布
单击左侧工具区的
（Animate：Scale Factor）按钮，可以显示缩放系数变化时的动画，再次单击此图标即可停止动画。
单击窗口顶部工具栏中的
（Query information）按钮，或者在主菜单中选择Tools→Query（查询），在弹出的Query对话框（见图1-48）中，选择Probe values（查询值），然后单击OK按钮。
图1-48 查询分析结果
在弹出的Probe Values对话框（见图1-49）中，将Probe（查询对象）设为Nodes，然后将鼠标移至悬臂梁的任意位置处，此节点的Mises应力就会在Probe Values对话框中显示出来。
图1-49 显示某节点处的Mises应力
在工具栏中单击
（Field Output）按钮，弹出Field Output对话框，如图1-50所示，当前的默认输出变量是Name：S（名称：应力），Invariant：Mises（变量：Mises应力）。
图1-50 选择方向1上的变形U1作为当前的显示结果
将输出变量改为Name：U（名称：位移），Component：U1（变量：在方向1上的位移），单击OK按钮，此时云纹图变成对U1的结果显示，如图1-51所示。将鼠标移至所关心的节点处，此处的U1就会在Probe Values对话框中显示出来，如图1-52所示，单击Cancel可以关闭此对话框。
图1-51 云纹图：方向U1上的变形
图1-52 显示数值：某节点处在方向1上的位移U1
至此，对此例题的完整分析过程已经完成。单击窗口顶部工具栏中的
按钮来保存模型，然后单击窗口右上方的
按钮，或者在主菜单中选择File→Exit，退出ABAQUS/CAE。
ABAQUS是一款功能强大的有限元软件，本章主要介绍了ABAQUS的使用环境和主要文件，并通过一个简单实例，介绍了利用它处理问题的流程。需要注意如下问题。
（1）ABAQUS可以完成多种类型的分析，如静态分析、动态分析、非线性分析、热传导分析、流体运动分析、流-固耦合分析、多场耦合分析、海洋工程结构分析、疲劳分析、冲击动力学分析、设计灵敏度分析等。
（2）ABAQUS/CAE是ABAQUS的交互式图形环境，可以方便快捷地构建模型，提交作业和显示分析结果。
（3）ABAQUS由多个模块组成，包括前处理模块（ABAQUS/CAE）、主求解器模块（ABAQUS/Standard、ABAQUS/Explicit和ABAQUS/CFD），以及ABAQUS/Aqua、ABAQUS/ Design、MOLDFLOW接口等专用模块。
（4）ABAQUS/Standard是一个通用分析模块，它使用的是隐式算法，能够求解广泛领域的非线性和线性问题，如静态问题、动力模态分析、复杂多场的耦合分析等。
（5）ABAQUS具有一套非常详尽的帮助文档。用户可以根据自己遇到的问题查阅相关的文档，其中，《Getting Started with ABAQUS》适合作为初学者的入门指南。
ABAQUS的所有功能都集成在各功能模块中，根据需要在ABAQUS/CAE主界面中激活各功能模块，对应的菜单和工具栏随即出现在界面中。
ABAQUS的模型是基于CAD软件中的部件和组装的概念建立起来的。ABAQUS的模型包括一个或多个部件，所有部件都在Part模块中建立，部件的草图在Sketch模块中创建，各部件在Assembly模块中进行组装，Property模块用于定义材料属性和截面特性。
学习目标
（1）掌握部件模块（Part）和草图模块（Sketch）的使用。
（2）熟悉特性模块（Property）的应用。
（3）了解装配模块（Assembly）的应用。
启动ABAQUS后，如图2-1所示，界面中出现ABAQUS的第一个功能模块——Part（部件）模块，Part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。
图2-1 Part（部件）功能模块界面
单击主菜单上的Part→Create命令，或者单击界面工具区，即图2-2中的Create Part（创建部件）工具
，将会弹出Create Part（创建部件）对话框，如图2-3所示。
在弹出的Create Part对话框中，第一栏是part的名称Name；第二栏为Modeling Space，有三种类型；第三栏为part的类型Type和Options选项；第四栏是Base Feature基本特征类型；第五栏为Approximate size项（部件的大致尺寸，其单位与模型的单位一致）。该对话框两个输入项默认值分别为Part-n（n表示创建的第n个部件）和200，其他选项均为单选项，具体介绍如下。
图2-2 创建部件的工具箱
图2-3 Create Part对话框
（1）Modeling Space 下面有三个选项，如表2-1所示。根据所要建立模型的空间结构选择其中的一个。
表2-1 Modeling Space选项
| 参 数 |
功 能 |
|---|---|
| 3D |
为默认选项，三维立体模型 |
| 2D Planar |
二维平面模型 |
| Axisymmetric |
轴对称模型 |
（2）Options 只有当建立轴对称可变形体时，该选项Include twist才被激活，允许轴对称的结构绕对称轴发生扭曲。
（3）Type 为部件的类型，主要介绍下面三个选项，如表2-2所示。
表2-2 Type选项
| 参 数 |
功 能 |
|---|---|
| Deformable（可变形体） |
为默认选项，适合绝大多数的模拟对象 |
| Discrete rigid（离散刚体） |
通常用于接触分析中，类似于可变形体，可以模拟任何形状的物体 |
| Analytical rigid（解析刚体） |
仅用于建立壳和曲线，不能模拟任何形状的物体，当模拟较简单的刚体时使用，为接触分析提供刚性表面 |
（4）Shape 为部件形态，随Modeling Space和Type选择的变化而变化，如表2-3所示。
表2-3 Shape选项
| 参 数 |
功 能 |
|---|---|
| Solid（实体） |
为默认选项，用于建立实体模型。只有在Modeling Space中选择3D及在Type中选择Deformable或Discrete rigid时，该项才出现 |
| Shell（壳体） |
用于建立壳体模型。当Modeling Space为3D或Type为Deformable时，可以选择构建壳体部件其中，当Modeling Space为3D且Type为Deformable或Discrete rigid时，ABAQUS提供四种方式建立壳体，在之后的Type中介绍；当Modeling Space为3D且Type为Analytical rigid时，Base Feature的选项为Extruded shell （拉伸壳）和Revolved shell（旋转壳） |
| Wire（线） |
用于建立位于同一平面内的线模型。除了Modeling Space为3D且Type为Analytical rigid之外，均可构建线部件 |
| Point（点） |
用于建立点模型，直接输入坐标值即可。除了Type为Analytical rigid之外，均可构建点部件 |
（5）Type 为建模方式，仅当Modeling Space为3D且Type为Deformable或Discrete rigid 时，该项才可选，如表2-4所示。本节将介绍前三种建模方式。
表2-4 Type选项
| 参 数 |
功 能 |
|---|---|
| Extrusion（拉伸） |
用于建立一般的三维模型。当Shape为Solid或Shell时，可以选择采用拉伸方式建立部件 |
| Revolution（旋转） |
用于建立旋转体模型。当Shape为Solid或Shell时，可以选择采用旋转方式建立部件 |
| Sweep（扫掠） |
用于建立不规则形状的模型。当Shape为Solid或Shell时，可以选择采用扫掠方式建立部件 |
注意：
可以对部件的特性进行修改，在模型树中单击Parts前的
，鼠标移至需要修改的Part上，单击鼠标右键，如图2-4所示，在弹出的命令菜单中单击Edit命令，弹出Edit Part对话框，如图2-5所示，可以修改该部件的Modeling Space、Type和Options。
在左侧目录树右键单击，会弹出右键菜单，如图2-4所示。如单击Edit按钮，弹出图2-5所示Edit Part对话框；如单击Rename按钮，弹出图2-6所示的重命名对话框。
图2-4 右键菜单
图2-5 Edit Part对话框
图2-6 Rename对话框
单击工具区中的Part Manager（部件管理器）工具
，弹出Part Manager对话框，如图2-7所示，其中列出了模型中的所有部件：创建（Create）、复制（Copy）、重命名（Rename）、删除（Delete）、锁定（Lock）、解锁（Unlock）、修正（Update Validity）、忽略操作（Dismiss）。
图2-7 Part Manager对话框
设置完图2-3中的对话框选项之后，单击Continue…按钮，进入绘制平面草图的界面，如图2-8所示。使用界面左侧工具区中的工具，可以作出点、线、面，作为构成部件的要素，如单击
按钮，可以绘制矩形，如图2-8所示，可以用鼠标在视图区点选两个矩形的对角点，也可以在提示区中输入对角点的坐标。
图2-8 绘制矩形草图
可以把建立好的模型导入ABAQUS中，导入分为下面两种情况，后面就这两种情况分别加以介绍。
ABAQUS提供了强大的接口，支持Sketch（草图）、Part（部件）、Assembly（装配件）和Model（模型）的导入，如图2-9所示。
对于每种类型的导入，ABAQUS都支持多种不同后缀名的文件，但导入的方法和步骤是类似的，如图2-10所示。另外，它还支持Sketch（草图）、Part（部件）、Assembly（装配）和VRML（当前视窗的模型导出成VRML文件）和OBJ的导出，如图2-11所示。
导出方法如图2-12所示。
图2-9 模型的导入菜单
图2-10 导入方法
图2-11 模型的导出菜单
图2-12 导出方法
有时在导入模型后会出现警告对话框，这是由于导入过程中可能有部分几何元素丢失，使得模型无效或不精确，需要进行修复工作。
有问题的模型在之后的操作中可能会遇到问题，这时需要仔细阅读警告提示的内容，然后单击Dismiss按钮。
如果出现了警告，则需要对导入的模型进行修复。执行Tools→Geometry Edit命令，弹出Geometry Edit（几何修复工具）对话框，如图2-13所示，在Category（种类）选项中选择需要修复的区域，系统有三个选项可以选择，分别是Edge（边）、Face（面）、Part（部件），此处选择Part。
Method选项与Category对应，用于选择几何修复的工具。本例中选择Convert to precise（转换为精确模型）。
单击Convert to precise后弹出一个对话框，如图2-14所示，再单击OK按钮进行几何修复。几何修复工具还可以在工具区调用，用鼠标左键按住工具区中的Stitch（缝合）工具
，展开工具条，单击右侧的Convert to precise（转换为精确模型）工具
，即可进行几何修复。
图2-13 Geometry Edit对话框
图2-14 警告对话框
几何修复结束后，可以查看模型。具体操作：单击工具栏中的Query information（询问信息）工具
，弹出Query对话框，如图2-15所示。
在General Queries（一般询问）中选择Geometry diagnostics（几何诊断），单击OK按钮，弹出Geometry Diagnostics对话框，如图2-16所示。勾选Geometry下的Imprecise entities复选框，单击Highlight按钮，视图区的模型中以高亮度显示出不精确的部分，如果没有高亮度区，表示该模型已没有不精确的部分。读者可以自行练习Geometry Diagnostics对话框中的其他选项。
图2-15 Query对话框
图2-16 Geometry Diagnostics对话框
提示：
Query information（询问信息）是非常有用的工具，可以对模型的各种信息进行查询，只有Job模块没有该工具。除了Step和Load模块只有General Queries（一般询问）外，各功能模块都同时包含General Queries（一般询问）和各自的Module Queries（模块询问）。读者也可以自行练习。
在创建或导入一个Part后，可以使用图2-17所示的工具对此Part作一定的修改，实现添加或者切除模型的一部分，以及倒角等功能。
图2-17 模型修改工具条
在Module（模块）列表中选择Property（特性），即进入Property（特性）功能模块，在此模块中可以进行材料和截面特性的设置，以及弹簧、阻尼器和实体表面壳的定义等。
进入功能模块后发现主菜单有所变化，如图2-18所示，同时工具区转变成与设置材料和截面特性相对应的工具，如图2-19所示。
图2-18 Property（特性）功能模块界面
图2-19 特性模块的工具区
执行Material→Create命令，或单击工具区中的Create Material（创建材料）工具
，如图2-20所示，弹出Edit Material（编辑材料）对话框。该对话框包括四个部分。
图2-20 Edit Material对话框
Material Behaviors（材料性质）选择的材料会依次列到下拉菜单的上部。其中包含五个菜单，下面分别对四个菜单项进行介绍。其中Electrical/Magnetic选项为电磁方面功能，这里不做介绍。
（1）General：通用特性，如表2-5所示。
表2-5 General菜单
| 参 数 |
功 能 |
|---|---|
| Density（密度） |
用于定义材料的密度。在动态分析中，必须指定每种材料的密度，这样才能形成质量矩阵 |
| Depvar |
用于定义状态变量矩阵的维数 |
| Regularization |
用于应变速率的调整，仅适用于ABAQUS/Explicit |
| User Material |
用于用户自定义的材料属性，包括力学、热学、热力学三种材料类型 |
| User Defined Field |
使用USDFLD用户子程序定义场变量 |
| User Output Variables |
使用UVARM用户子程序定义输出变量 |
（2）Mechanical：力学特性，如表2-6所示。
表2-6 Mechanical菜单
| 参 数 | 功 能 | |
|---|---|---|
| Elasticity（弹性） | Elastic（弹性） | 用于定义线弹性材料模型的属性 |
| Hyperelastic（超弹性） | 用于定义超弹性材料模型的属性 | |
| Hyperfoam（弹性泡沫） | 用于定义弹性泡沫材料模型的属性 | |
| Hypoelastic（亚弹性） | 用于定义亚弹性材料模型的属性 | |
| Porous Elastic（多孔弹性） | 用于定义多孔弹性材料模型的属性 | |
| Viscoelastic（黏弹性） | 用于定义黏弹性材料模型的属性 | |
| Plasticity（塑性） | 用于定义塑性材料属性，详见系统帮助文件《ABAQUS/CAE User’s Manual》 | |
| Damage for Ductile Metals | 用于定义塑性金属材料的损伤初始化准则 | |
| Damage for Traction Separation Laws | 用于定义traction-separation法则的参数，仅适用于Cohesive单元 | |
| Damage for Fiber-Reinforced Composites | 用于定义纤维加固的复合材料的损伤初始化准则 | |
| Deformation Plasticity | 用于定义塑变材料的属性，仅适用于ABAQUS/Standard | |
| Expansion | 用于设置热膨胀系数 | |
| Brittle Cracking | 用于设置脆性材料的断裂参数，仅适用于ABAQUS/Explicit | |
| Damping | 用于设置材料的阻尼 | |
（3）Thermal：热学特性，如表2-7所示。
表2-7 Thermal菜单
| 参 数 |
功 能 |
|---|---|
| Conductivity（传导率） |
用于定义材料的导热性能的热传导率 |
| Heat Generation |
在传热分析中使用HETVAL用户子程序提供内部生热，仅适用于ABAQUS/Standard |
| Inelastic Heat Fraction |
用于设置非弹性热分数 |
| Joule Heat Fraction |
用于设置焦耳热分数 |
| Latent Heat |
用于设置潜热参数 |
| Specific Heat |
用于设置比热 |
（4）Other：其他特性，如表2-8所示。
表2-8 Other菜单
| 参 数 |
功 能 |
|---|---|
| Acoustic Medium（声媒质） |
用于在声波传播问题中定义声媒质 |
| Electrical（电学的） |
用于定义与电学相关的电导率、介电特性和压电特性 |
| Mass Diffusion（质量扩散） |
用于定义质量扩散分析中的扩散率和溶解性 |
| Pore Fluid（孔隙流动） |
用于设置充满流体的多孔介质的特性，仅适用于ABAQUS/Standard |
| Gasket（垫圈） |
用于定义垫圈的材料属性，仅适用于ABAQUS/Standard |
| Eos |
用于定义流体动力学模型的状态方程，仅适用于ABAQUS/Explicit |
注意：
关于各种类型的材料属性的详细介绍请参阅系统帮助文件《ABAQUS/CAE User's Manual》和《ABAQUS Analysis User’s Manual》。
ABAQUS/CAE不能直接把材料属性赋予模型，而是先创建包含材料属性的截面特性，再将截面特性分配给模型的各区域。
单击工具区中的Create Section（创建截面）工具
，弹出Create Section对话框，如图2-21所示。该对话框包括两部分。
图2-21 Create Section对话框
单击Continue…按钮，弹出Edit Section对话框，如图2-22所示。
图2-22 Edit Section对话框
（1）Solid（实体）：用于定义实体的截面特性，包括Homogeneous（均匀体）和Generalized plane strain（一般平面应变）、Composite（复合的）等。Homogeneous用于定义二维、三维和轴对称实体的截面特性，Generalized plane strain用于定义二维平面实体的截面特性。
（2）Shell（壳）：用于定义壳体的截面特性，对应五个子选项：Homogeneous（均匀的）、Composite（复合的）、Membrane（膜）、Surface（表面）、General Shell Stiffness（广义壳刚度），其中，Surface类似于膜，但厚度为零。
（3）Beam（梁）：用于定义梁的截面特性，包括Beam（梁）和Truss（桁架）。在创
建梁的截面特性前，需要先定义梁的横截面的形状和尺寸。
（4）Fluid（流体）：用于定义流体截面性质。
（5）Other（其他）：ABAQUS/CAE还提供垫圈（Gasket）、黏合层（Cohesive）、声媒介（Acoustic infinite）、声-固耦合（Acoustic interface）的截面特性。
创建了截面特性后，就要将它分配给模型。首先，在环境栏的Part列表中选择要赋予截面特性的部件，如图2-23所示。
图2-23 在环境栏的Part列表中选择部件
然后单击工具区中的Assign Section（分配截面）工具
，或执行Assign→Section命令，按提示在视图区选择要赋予此截面特性的部分，单击提示区的Done按钮，弹出Edit Section Assignment（编辑截面分配）对话框，如图2-24所示。该对话框包括以下几项。
这里需要给出Cell的概念，Cell是ABAQUS/CAE中能单独赋予材料和截面属性的最小单元。在建立模型时，可以根据需要选择在基础模型上增加的部分是否是一个Cell。
如果在准备分配截面特性时，发现需要单独分配截面特性的部分没有分离出来，可以选用工具区中适当的Partition（分割）工具进行部件的分割，如图2-25所示。
图2-24 Edit Section Assignment对话框
图2-25 工具区中的Partition工具栏
提示：
Partition（分割）工具的功能详见系统帮助文件《ABAQUS/CAE User's Manual》。单击工具区的Section Assignment Manager（截面分配管理器）工具
，该管理器中显示已分配的截面列表。
ABAQUS还可以在Property模块中定义梁的截面特性、截面方向和切向方向。
梁的截面特性的设置方法与其他截面类型有所差异，主要体现在以下几个方面。
在分析前，还需要定义梁的截面方向，方法如下。
执行Assign→Beam Section Orientation命令，或单击工具区的Assigning Beam Orientation工具
，在视图区选择要定义截面方向的梁，单击鼠标中键，在提示区中输入梁截面的局部坐标的1方向，如图2-26所示，按Enter键，再单击提示区的OK按钮，完成梁截面方向的设置。
图2-26 提示输入梁截面的局部坐标的1方向
当部件由Wire（线）组成时，ABAQUS会默认其切向方向，但可以改变此默认的切向方向。
方法：在主菜单上选择Assign→Tangent，或单击工具
，在展开的工具条中选择Assigning Beam/Truss Tangent工具
，在视图区选择要改变切向方向的梁，单击提示区的Done按钮，梁的切向方向即变为反方向。此时，梁截面的局部坐标的2方向也变为反方向。
注意：
梁截面的局部坐标的1方向、2方向和梁的切向方向满足右手法则。
Property模块除了能设置材料和截面属性外，还可以通过Special菜单进行一些特殊的操作，下面对这些功能进行简单地介绍。
根据需要可以定义各种惯量，执行Special→Inertia→Create命令，弹出“Create Inertia”对话框，如图2-27所示，在Name栏中输入名称，在Type栏中可以选择Point mass/ inertia（点质量和转动惯量）、Heat capacitance（热容）、Nonstructural mass（非结构质量），单击Continue…按钮，在视图区选择对象进行相应惯量的设置。
图2-27 Create Inertia对话框
提示：
惯量的设置详见系统帮助文件《ABAQUS/CAE User’s Manual》。
在Property功能模块中，可以在实体模型的面或轴对称模型的边附上一层Skin（皮肤），适用于几何部件和网格部件。
提示：
在创建Skin之前，需要定义材料和截面属性。Skin的材料可以不同于其他部件的材料。Skin的截面类型可以是均匀壳截面（Homogeneous）、膜（Membrane）、复合壳截面（Composite）、表面（Surface）和垫圈（Gasket）。
单击Special→Skin→Create命令创建Skin，详见系统帮助文件《ABAQUS/CAE User’s Manual》。
一般情况下，不方便直接从模型中选取Skin，这时可以使用Set（集合）工具，方法为执行Tools→Set→Create命令，在弹出的Create Set对话框中输入name，单击Continue…按钮，在视图区中选择Skin作为构成集合的元素，单击提示区的Done按钮，完成集合的定义。
单击工具栏的Create Display Group（创建显示组）工具
，在Item栏中选择Sets，在其右侧的区域内选择包含Skin的集合，如图2-28所示。单击对话框下端的Intersect（相交）按钮，视图区即显示用户定义的Skin。
图2-28 用Create Display Group对话框选择包含Skin的集合
注意：
Skin不能重叠，仅一个Skin能定义在部件的一个指定表面。对于实体和轴对称部件，在Mesh功能模块中对部件进行网格划分时，ABAQUS会自动对位于表面的Skin划分对应的网格，而不用单独对Skin进行网格划分。
ABAQUS可以定义各种惯量，单击Special→Springs/Dashpots→Create命令，弹出Create Springs/Dashpots对话框，在Name栏中输入名称，在Connectivity Type栏中可以选择Connect two points（连接两点）和Connect points to ground（连接点和地面），后者仅适用于ABAQUS/Standard，单击Continue…按钮，在视图区选择对象进行相应的设置，使用时可以同时设置弹簧的刚度和阻尼器系数。
提示：
相关内容可参考系统帮助文件《ABAQUS/CAE User's Manual》及《ABAQUS Analysis User’s Manual》。
在Module（模块）列表中选择Assembly（装配），即进入Assembly（装配）功能模块。其主界面如图2-29所示。
图2-29 Assembly（装配）功能模块界面
在Part功能模块中创建或导入部件时，整个过程都是在局部坐标系下进行的。对于由多个部件构成的物体，必须将其在统一的整体坐标系中进行Assembly（装配）功能模块配，使其成为一个整体，这部分工作在Assembly功能模块中进行。
一个模型只能包含一个装配件，一个装配件可以包含多个部件，一个部件也可以被多次调用来组装成装配件。即使装配件中只包含一个部件，也必须进行装配，定义载荷、边界条件、相互作用等操作都必须在装配件的基础上进行。
装配的第一步是选择装配的部件，创建部件实体。具体操作方法如下。
执行Instance→Create命令，或单击工具区中的Instance Part（创建部件实体）工具
，弹出Create Instance对话框，如图2-30所示，可以选择从Parts和Models创建。
图2-30 Create Instance对话框
该对话框包括三部分，其中，Parts（部件）栏内列出了所有存在的部件，单击鼠标左键进行部件的选取，既可以单选，也可以多选，只不过多选时在单击的同时要借助键盘上的Shift键或Ctrl键。Instance Type（实体类型）选项用于选择创建实体的类型，有两个选项。
提示：
与创建非独立的部件实体相比，这种方法会耗用更多的内存；另外，由于节点集合和单元集合被写入每一个独立的部件实体中，这种方法的Inp文件也较大。
Auto-offset from other instances选项用于使实体间产生偏移而不重叠。整体坐标系的原点和坐标轴与第一个部件实体的重合，当继续添加部件实体时，ABAQUS/CAE会将新实体的坐标系对齐整体坐标系，这样部件实体间可能会产生重叠。
在创建实体前，选中此选项，ABAQUS/CAE会自动产生偏移而使各实体间无重叠，具体而言，对三维和二维的部件实体产生X方向的偏移，对轴对称部件实体产生Y方向的偏移。
完成设置后，单击OK按钮，完成实体的创建。
提示：
工具区和主菜单中没有删除实体等工具，一旦创建部件实体后，可以在模型树中进行这些操作。具体操作：在模型树中单击该模型Assembly前的
展开该列表，再单击Instances前的
，鼠标指向需要操作的实体，单击鼠标右键，弹出的命令菜单中的Delete按钮用于删除该实体，Suppress和Resume用于抑制和恢复该实体的选择。
部件实体创建完成后，其实体类型可以修改，方法为在模型树中选择该部件实体，单击鼠标右键，在弹出的命令菜单中单击Make Independent或Make Dependent，即可改变实体的类型。
ABAQUS/CAE还提供以阵列方式复制部件实体，包括线性阵列和辐射阵列两种模式，分别介绍如下。
执行Instance→Linear Pattern命令，或单击工具区的Linear Pattern（线性阵列模式）工具
，在视图区单击鼠标左键选取实体，单击提示区的Done按钮，弹出“Linear Pattern”对话框，如图2-31所示。该对话框包括以下几项。
（1）Direction l（方向1）栏用于设置线性阵列的第一个方向，默认为X轴。
（2）Direction 2（方向2）栏用于设置线性阵列的第二个方向，默认为Y轴，其选项与Direction l完全相同，不再赘述。
（3）Preview（预览）选项用于预览线性阵列的实体，默认为选择预览方式。
完成设置后，单击OK按钮，完成线性阵列的实体创建操作。
执行Instance→Radial Pattern命令，或单击工具区的Radial Pattern（辐射阵列模式）工具
，在视图区单击鼠标左键选取实体，单击提示区的Done按钮，弹出Radial Pattern对话框，如图2-32所示。该对话框包括以下几项。
图2-31 Linear Pattern对话框
图2-32 Radial Pattern对话框
（1）Number（数目）：用于设置阵列实体的数目（含原始实体），默认值为4，最小可以设置成2。
（2）Total angle（总角度）：用于设置原始实体与最后一个复制实体间的角度，范围为-360°～360°，正值代表逆时针方向，默认为绕Z轴90°。
（3）
（Select axis…）：用于设置辐射阵列的旋转轴，类似于线性阵列中的Direction功能。单击该按钮，在视图区中的原始实体上选择一条线段，新实体即以该线段为轴旋转排列。
（4）Preview（预览）：用于预览辐射阵列的实体，默认为选择预览方式。
创建了部件实体后，可以采用多种工具对实体进行定位，下面分别进行介绍。
使用平移和旋转工具可以完成部件实体在任何情况下的定位，常用工具有Translate（平移）、Rotate（旋转）、Translate To（平移到）。下面分别对这些工具进行介绍。
（1）Translate（平移）：执行Instance→Translate命令，或单击工具区的Translate Instance（平移实体）工具
，在视图区单击鼠标左键选取实体，单击提示区的Done按钮。有两种方法实现部件实体的平移。
（2）Rotate（旋转）：执行Instance→Rotate命令，或单击工具区的Rotate Instance（旋转实体）工具
，在视图区单击鼠标左键选取实体，单击提示区的Done按钮。
提示：
类似于平移工具，有两种方法确定部件实体的旋转轴。之后，在提示区输入旋转的角度，如图2-33所示，范围为-360°～360°，正值表示逆时针方向的旋转，默认为90°。
图2-33 提示输入旋转的角度
输入角度后按Enter键，视图区显示出实体旋转后的位置，单击OK按钮，完成部件实体的旋转。
（3）Translate To（平移到）：执行Instance→Translate To命令，或单击工具区的Translate To（平移到）工具
，在视图区单击鼠标左键选取移动实体的边（二维或轴对称实体）或面（三维实体），单击提示区的Done按钮，再选取固定实体的面或边，单击提示区的Done按钮。
注意：
该工具仅适用于实体模型。
提示：
类似于平移工具，选取平移矢量的起止点。之后，需要在提示区输入移动后两实体的间隙距离，如图2-34所示。负值表示两实体的重叠距离，默认为0.0，即选取的两实体的面或边接触在一起，单击Preview按钮预览，再单击Done按钮确认本次操作。
图2-34 提示输入两实体的间隙距离
如果沿平移矢量的方向选取的两实体的面或边不能接触在一起，那么该平移操作将无法进行，并弹出错误提示信息，如图2-35所示。
图2-35 错误提示信息
注意：
平移和旋转操作可以预览，但不能撤销或修改，读者可以在预览后再确定是否进行该操作。如果觉得实体的平移或旋转不符合要求，可以不断单击提示区的Go Back to Previous Step（返回上一步）按钮
，退回到任一步操作前的状态，再重新进行操作。
ABAQUS/CAE提供了一系列约束定位工具，包括在Constraint菜单和展开工具条
中。
提示：
这组工具与Translate To工具类似，都是通过指定两个部件实体间的位置关系来移动其中一个实体；不同的是约束定位操作可以撤销和修改。下面简要介绍各约束定位工具的功能。
（1）Parallel Face（平行面）：执行Constraint→Parallel Face命令，或单击展开工具条的左侧第一个工具，该工具用于使选取的移动实体的平面平行于选取的固定实体的平面。
（2）Parallel Edge（平行边）：执行Constraint→Parallel Edge命令，或单击展开工具条的左侧第三个工具，该工具用于使选取的移动实体的直线段平行于选取的固定实体的直线段。
（3）Face to Face（面对面）：执行Constraint→Face to Face命令，或单击展开工具条的左侧第二个工具，该工具类似于Parallel Face工具，用于使选取的移动实体的平面平行于选取的固定实体的平面，并使两个基准面间产生指定的间距。
（4）Edge to Edge（平行边）：执行Constraint→Edge to Edge命令，或单击展开工具条的左侧第四个工具，该工具类似于Parallel Edge工具，用于使选取的移动实体的直线段与选取的固定实体的直线段重合。
（5）Coincident Point（重合点）：执行Constraint→Coincident Point命令，或单击展开工具条的左侧第六个工具，该工具用于使选取的移动实体上的点与选取的固定实体上的点重合，但移动实体的方向保持不变。
（6）Coaxial（共轴）：执行Constraint→Coaxial命令，或单击展开工具条的左侧第五个工具，该工具用于使选取的移动实体的圆柱面或圆锥面平行于选取的固定实体的圆柱面或圆锥面共轴。
（7）Parallel CSYS（平行坐标轴）：执行Constraint→Parallel CSYS命令，或单击展开工具条的右侧第一个工具，该工具用于使移动实体上的基准坐标系的轴平行于固定实体上的基准坐标系的轴。
这七种工具的操作类似于Translate To工具，在此不再赘述，读者可以根据提示区的提示自行练习，系统帮助文件《ABAQUS/CAE User’s Manual》。
提示：
约束定位工具的操作结果不能进行预览，但可以选择模型树的Assembly→Position Constraints命令，将鼠标指向需要修改的操作，单击鼠标右键，在弹出的命令菜单中单击Edit按钮，弹出Edit Feature（编辑特征）对话框，如图2-36所示，即可在该对话框中对该约束定位操作进行修改。
图2-36 Parallel Face对话框
此外，弹出的命令菜单中的Delete命令用于删除该约束定位操作，Suppress和Resume命令用于抑制和恢复该约束定位操作。单独的约束定位操作很难对部件实体进行精确定位，往往需要几个约束定位操作的配合才能精确地定位部件实体。
当几个约束定位操作或旋转、平移操作与约束定位操作发生冲突时，可以选择Instance→Convert Constraints工具移除模型树中的所有约束定位操作的特征（模型的位置保持不变），之后，再进行平移和旋转操作或新的约束定位操作。
当装配件包含两个或两个以上的部件实体时，ABAQUS/CAE提供部件实体的合并（Merge）和剪切（Cut）功能。对选择的实体进行合并或剪切操作后，将产生一个新的实体和一个新的部件。
具体操作：执行Instance→Merge/Cut命令，或单击工具区中的Merge/Cut Instances（合并/剪切实体）工具
，弹出Merge/Cut Instances对话框，如图2-37所示。
该对话框的参数说明如下：
（1）Part name（部件名称）栏，用于输入新生成的部件的名称。
（2）Operations（操作）栏，用于选择操作的类型。
（a）Merge（合并），用于部件实体的合并。
（b）Cut geometry（剪切）选项，用于部件实体的剪切，仅适用于几何部件实体。
（3）Options（选项），用于设置操作的选项。
（a）Original Instances（原始实体）。
（b）Geometry（几何体）。
（4）Merge nodes（合并节点），该栏用于选择节点的合并方式，适用于带有网格的实体，如图2-37（b）所示。
（a）适用于几何部件的实体选项
（b）适用于带有网格的实体选项
图2-37 Merge/Cut Instances对话框
（5）Tolerance（公差），用于输入合并节点间的最大距离，默认值为
，即间距在内的节点被合并，适用于带有网格的实体，如图2-37（b）所示。
设置完Merge/Cut Instances对话框后，单击Continue…按钮，视图区选择需要操作的实体，单击提示区的Done按钮，ABAQUS/CAE进行合并或剪切运算，如果操作成功，则会生成一个新的部件实体显示在视图区，而原始实体不再显示在视图区中。此时，在环境栏的Module列表中选择Part，可以看到合并或剪切操作后生成的部件。
注意：
若对类型相同的几何部件实体（Dependent或Independent）进行合并或剪切操作，则生成同类的实体；若几何部件实体的类型不同，则生成非独立的实体（Dependent）。当对带有网格的实体进行合并或剪切操作时，总是生成非独立的实体（Dependent）。
ABAQUS的所有功能都集成在各功能模块中，用户根据需要在ABAQUS/CAE主界面中激活各功能模块，对应的菜单和工具栏随即出现在界面中。
本章详细介绍了Part模块、Sketch模块、Assembly模块、Property模块的功能，读者可以多加练习，并进一步从后面章节的学习中加以巩固。
ABAQUS的模型是基于CAD软件中的部件和组装的概念建立起来的。ABAQUS的模型包括一个或多个部件，所有部件都在Part模块中建立，部件的草图在Sketch模块中创建，各部件在Assembly模块中进行组装，Property模块用于定义材料属性和截面特性。
