ABAQUS非线性有限元分析与实例PDF电子书下载

上篇　ABAQUS应用指南 1

第1章　引言 1

1.1 HKS与ABAQUS 1

1.2　有限元著作和软件的发展历史 2

1.3　有限元带来设计的革命 5

1.4　在设计中应用ABAQUS 7

1.5　ABAQUS产品 7

1.5.1　ABAQUS软件产品 7

1.5.2　ABAQUS文档 9

1.6.1　使用隐式方法求解位移 11

1.6　有限元法的简单回顾 11

1.6.2　应力波传播的描述 13

1.7　关于ABAQUS实践教程 14

1.7.1　本书内容 14

1.7.2　本书中的一些约定 15

1.7.3　鼠标的基本操作 15

1.7.4　本书上篇中的有关章节 16

第2章　ABAQUS基础 17

2.1　ABAQUS分析模型的组成 17

2.2 ABAQUS/CAE简介 19

2.2.1　启动ABAQUS/CAE 19

2.2.2　主窗口的组成部分 20

2.2.3　什么是功能模块 22

2.3 例题：用ABAQUS/CAE生成桥式吊架模型 24

2.3.1　量纲 25

2.3.2　创建部件 26

2.3.3　创建材料 29

2.3.4　定义和赋予截面（section）特性 29

2.3.5　定义装配 31

2.3.6　设置分析过程 31

2.3.7　在模型上施加边界条件和载荷 34

2.3.8　模型的网格剖分 36

2.3.9　创建一个分析作业 38

2.3.10　检查模型 38

2.3.11　运行分析 39

2.3.1　2用ABAQUS/CAE进行后处理 40

2.3.13　应用ABAQUS/Explicit重新运行分析 46

2.3.14　对动态分析的结果进行后处理 47

2.4　比较隐式与显式过程 49

2.4.1　在隐式和显式分析之间选择 49

2.4.2　在隐式和显式分析中网格加密的成本 50

小结 50

第3章　有限单元和刚性体 52

3.1　有限单元 52

3.1.1　单元的表征 52

3.1.2　实体单元 55

3.1.3　壳单元 58

3.1.4　梁单元 60

3.1.5　桁架单元 61

3.2　刚性体 62

3.2.1　确定何时使用刚性体 63

3.2.2　刚性体部件 63

3.2.3　刚性单元 64

3.3　质量和转动惯量单元 65

3.4　弹簧和减振器单元 65

小结 66

第4章　应用实体单元 67

4.1　单元的数学描述和积分 67

4.1.1　完全积分 68

4.1.2　减缩积分 70

4.1.3　非协调单元 72

4.1.4　杂交单元 73

4.2　选择实体单元 74

4.3　例题：连接环 75

4.3.1　前处理——应用ABAQUS/CAE建模 75

4.3.2　后处理——结果可视化 85

4.3.3　用ABAQUS/Explicit重新进行分析 97

4.3.4　后处理动力学分析结果 97

4.4　网格收敛性 102

4.5　例题：橡胶块中的沙漏（ABAQUS/Explicit） 105

4.5.1　前处理——用ABAQUS/CAE创建模型 106

4.5.2　后处理 112

4.5.3　改变网格的效果 117

4.6　相关的ABAQUS例题 120

4.7　建议阅读的文献 120

小结 121

第5章　应用壳单元 123

5.1　单元几何尺寸 123

5.1.1　壳体厚度和截面点（section points） 123

5.1.2　壳法线和壳面 124

5.1.3　壳的初始曲率 125

5.2　壳体公式——厚壳或薄壳 126

5.1.4　参考面的偏移（referance surface offset） 126

5.3　壳的材料方向 127

5.3.1　默认的局部材料方向 127

5.3.2　建立可变的材料方向 128

5.4　选择壳单元 129

5.5　例题：斜板 129

5.5.1　前处理——用ABAQUS/CAE建立模型 130

5.5.2　后处理 134

5.6　相关的ABAQUS例题 141

5.7　建议阅读的文献 141

小结 142

6.1　梁横截面几何形状 143

第6章　应用梁单元 143

6.1.1　截面点（section points） 144

6.1.2　横截面方向 144

6.1.3　梁单元曲率 145

6.1.4　梁截面的节点偏移 146

6.2　计算公式和积分 147

6.2.1　剪切变形 147

6.2.2　扭转响应——翘曲 148

6.3　选择梁单元 149

6.4　例题：货物吊车 149

6.4.1　前处理——应用ABAQUS/CAE创建模型 151

6.4.2　后处理 161

6.5　相关的ABAQUS例子 165

6.6　建议阅读的文献 165

小结 165

第7章　线性动态分析 167

7.1 引言 167

7.1.1　固有频率和模态 167

7.1.2　振型叠加 168

7.2　阻尼 169

7.2.1　在ABAQUS/Standard中阻尼的定义 170

7.2.2　选择阻尼值 170

7.5　例题：货物吊车——动态载荷 171

7.4　动态问题的网格剖分 171

7.3　单元选择 171

7.5.1　修改模型 173

7.5.2　结果 176

7.5.3　后处理 178

7.6　模态数量的影响 181

7.7　阻尼的影响 182

7.8　与直接时间积分的比较 183

7.9　其他的动态过程 184

7.9.1　线性模态法的动态分析 184

7.11　建议阅读的文献 185

7.10 相关的ABAQUS的例子 185

7.9.2　非线性动态分析 185

小结 186

第8章　非线性 187

8.1　非线性的来源 188

8.1.1　材料非线性 188

8.1.2　边界非线性 188

8.1.3　几何非线性 189

8.2　非线性问题的求解 190

8.2.1　分析步、增量步和迭代步 191

8.2.2　ABAQUS/Standard中的平衡迭代和收敛 191

8.3　在ABAQUS分析中包含非线性 193

8.3.1　几何非线性 193

8.2.3　ABAQUS/Standard中的自动增量控制 193

8.3.2　材料非线性 194

8.3.3　边界非线性 195

8.4　例题：非线性斜板 195

8.4.1　修改模型 195

8.4.2　作业诊断 197

8.4.3　后处理 201

8.4.4　用ABAQUS/Explicit运行分析 205

8.5　相关的ABAQUS例子 205

8.6　建议阅读的文献 205

小结 206

第9章　显式非线性动态分析 207

9.1 ABAQUS/Explicit适用的问题类型 207

9.2　动力学显式有限元方法 208

9.2.1　显式时间积分 208

9.2.2　比较隐式和显式时间积分程序 209

9.2.3　显式时间积分方法的优越性 210

9.3　自动时间增量和稳定性 211

9.3.1　显式方法的条件稳定性 211

9.3.2　稳定性限制的定义 211

9.3.3　在ABAQUS/Explicit中的完全自动时间增量与固定时间增量 212

9.3.7　数值不稳定性 213

9.3.6　网格对稳定极限的影响 213

9.3.4　质量缩放以控制时间增量 213

9.3.5　材料对稳定极限的影响 213

9.4　例题：在棒中的应力波传播 214

9.4.1　前处理——用ABAQUS/CAE创建模型 214

9.4.2　后处理 219

9.4.3　网格对稳定时间增量和CPU时间的影响 224

9.4.4　材料对稳定时间增量和CPU时间的影响 225

9.5　动态振荡的阻尼 226

9.5.1　体粘性 226

9.5.2　粘性压力 227

9.5.3　材料阻尼 227

9.6.1　能量平衡的表述 228

9.6.2　能量平衡的输出 228

9.5.4　离散的减振器 228

9.6　能量平衡 228

9.7　弹簧和减振器的潜在不稳定性 229

9.7.1　确定稳定时间增量 231

9.7.2　识别非稳定性 232

9.7.3　消除不稳定性 235

小结 237

第10章　材料 239

10.1 在ABAQUS中定义材料 239

10.2　延性生金属的塑性 239

10.2.1　延性金属的塑性性质 239

10.2.3　在ABAQUS中定义塑性 240

10.2.2　有限变形的应力和应变度量 240

10.3　弹-塑性问题的单元选取 244

10.4　例题：连接环的塑性 244

10.4.1　修改模型 245

10.4.2　作业监控和诊断 246

10.4.3　对结果进行后处理 251

10.4.4　在材料模型中加入硬化特性 252

10.4.5　运行考虑了塑性硬化的分析 252

10.4.6　对结果进行后处理 253

10.5　例题：加强板承受爆炸载荷 259

10.5.1　前处理——用ABAQUS/CAE创建模型 260

10.5.2　后处理 266

10.5.3　分析的回顾 270

10.6　超弹性 273

10.6.1　引言 273

10.6.2　可压缩性 274

10.6.3　应变势能 275

10.6.4　应用试验数据定义超弹性行为 275

10.7　例题：轴对称橡胶支座 277

10.7.1　对称性 277

10.7.2　前处理——应用ABAQUS/CAE创建模型 278

10.7.3　后处理 285

10.8　大变形的网格设计 291

10.9　减少体积自锁的技术 292

10.10　相关的ABAQUS例题 293

10.11　建议阅读的文献 293

小结 294

第11章　多步骤分析 295

11.1　一般分析过程 295

11.1.1　在一般分析步中的时间 296

11.1.2　在一般分析步中指定载荷 296

11.2　线性摄动分析 296

11.2.1　在线性摄动分析步中的时间 297

11.2.2　在线性摄动分析步中指定载荷 297

11.3.1　前处理——用ABAQUS/CAE创建模型 300

11.3　例题：管道系统的振动 300

11.3.2　对作业的监控 302

11.3.3 后处理 303

11.4　重启动分析 304

11.4.1　重启动和状态文件 304

11.4.2　重启动一个分析 304

11.5　例题：重启动管道的振动分析 306

11.5.1　创建一个重启动分析模型 306

11.5.2　监控作业 307

11.5.3　对重启动分析的结果作后处理 307

11.6 相关的ABAQUS例题 310

小结 311

12.2　定义接触面 312

第12章　接触 312

12.1 ABAQUS接触功能概述 312

12.3　接触面间的相互作用 314

12.3.1　接触面的法向行为 314

12.3.2　表面的滑动 315

12.3.3　摩擦模型 315

12.3.4　其他接触相互作用选项 317

12.3.5　基于表面的约束 317

12.4　在ABAQUS/Standard中定义接触 318

12.4.1　接触相互作用 318

12.4.2　从属（slave）和主控（master）表面 318

12.4.4　单元选择 319

12.4.3　小滑动与有限滑动 319

12.4.5　接触算法 320

12.5　在ABAQUS/Standard中的刚性表面模拟问题 321

12.6　ABAQUS/Stancdard例题：凹槽成型 323

12.6.1　前处理——用ABAQUS/CAE建模 323

12.6.2　监视作业 335

12.6.3　ABAQUS/Standard接触分析的故障检测 335

12.6.4　后处理 338

12.7　在ABAQUS/Explicit中定义接触 343

12.8 ABAQUS/Explicit建模中需要考虑的问题 347

12.8.1　正确定义表面 347

12.8.3　网格细化 352

12.8.2　模型的过约束 352

12.8.4　初始过盈接触 353

12.9　ABAQUS/Explicit例题：电路板跌落试验 354

12.9.1　前处理——用ABAQUS/CAE建模 354

12.9.2　后处理 365

12.10　综合例题：筒的挤压 372

12.10.1　前处理——用ABAQUS/CAE创建模型 373

12.10.2　屈曲分析的结果 377

12.10.3　修改模型创建筒的挤压分析 378

12.10.4　挤压分析的结果 381

12.12　相关的ABAQUS例题 383

12.11　ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比较 383

12.13　建议阅读的文献 384

小结 384

第13章 ABAQUS/Explicit准静态分析 386

13.1　显式动态问题类比 386

13.2　加载速率 387

13.2.1　光滑幅值曲线 387

13.2.2　结构问题 387

13.2.3　金属成型问题 389

13.3　质量放大 390

13.4　能量平衡 391

13.5.1　前处理——应用ABAQUS/Explicit重新运算模型 392

13.5　例题：ABAQUS/Explicit凹槽成型 392

13.5.2　成型分析——尝试2 397

13.5.3　两次成型尝试的讨论 398

13.5.4　加速分析的方法 402

小结 405

下篇　ABAQUS应用实例 407

第14章　ABAQUS在土木工程中的应用（一） 407

14.1　问题描述 407

14.2　斜拉桥建模 407

14.2.1　桥塔建模 409

14.2.2　拉索建模 409

14.2.3　桥面体系 410

14.2.4　数值方法的选取 411

14.3　静力分析和施工过程仿真 412

14.3.1　常规方式的静力分析 412

14.3.2　逐段加载 417

14.4　动态分析 423

14.4.1　模态分析 424

14.4.2　地震反应时程分析 430

第15章　ABAQUS在土木工程中的应用（二） 434

15.1　钢筋混凝土圆柱形结构的倾倒分析 434

15.1.1　分析模型 434

15.1.2　ABAQUS混凝土本构模型 434

15.1.3　混凝土中的加强筋 439

15.1.4　分析结果 440

15.2　牙轮钻头破岩过程模拟 446

15.3　大型储液罐的动力分析 449

15.3.1　问题描述 449

15.3.2　储液罐有限元模型 450

15.3.3　附加质量公式和单元模型 452

15.3.4　动力响应分析过程 454

15.3.5　动力响应分析结果与讨论 454

16.1.1　前言 456

16.1.2　CAD模型和ABAQUS有限元模型 456

16.1　一种新型高速客车空气弹簧的非线性有限元分析 456

第16章　ABAQUS多场耦合问题工程实例 456

16.1.3　空气弹簧的有限元计算结果与分析 458

16.1.4　计算结果和分析 460

16.2　多场耦合问题在水坝工程中的应用两例 462

16.2.1　变形场—温度场—渗流场分析（THM分析）及堆石坝实例 463

16.2.2　掺MgO混凝土拱坝的施工／运行仿真分析（TCM分析） 468

16.2.3　小结 473

16.3　复合材料层合板固化过程中的化学场、温度场耦合问题 473

16.3.1　前言 473

16.3.2　ABAQUS有限元模型 474

16.3.3　材料属性 474

16.3.4　初始条件和边界条件 474

16.3.5　用户子程序 475

16.3.6　结果与分析 477

第17章　ABAQUS在焊接工业中的应用 480

17.1　用ABAQUS软件进行插销试验焊接温度场分析 480

17.1.1　平板焊接温度场有限元分析及实测对比 480

17.1.2　插销试验的温度场 483

17.2　焊接接头氢扩散数值模拟 484

17.2.1　接头扩散过程的几项基本假设 485

17.2.2　初始条件和边界条件 485

17.2.3　焊接接头氢扩散计算结果 486

第18章　橡胶超弹性材料的应用实例 489

18.1　问题简介 489

18.2.2　各类超弹性本构模型 490

18.2　橡胶各种本构关系模型 490

18.2.1　超弹性模型本构关系基本理论 490

18.2.3　小结 494

18.3　过盈配合平面应力下的小变形解 495

18.4　过盈配合平面应力下的大变形解 498

18.5　体积刚度及泊松比对过盈配合的影响 501

18.5.1　体积刚度对过盈配合的影响 502

18.5.2　泊松比对过盈配合的影响 503

第19章　ABAQUS用户材料子程序（UMAT） 504

19.1　引言 504

19.2.2　率相关塑性的基本公式 505

19.2.1　Johnson-Cook强化模型简介 505

19.2　模型的数学描述 505

19.2.3　完全隐式的应力更新算法 506

19.3　ABAQUS用户材料子程序 508

19.3.1　子程序概况与接口 508

19.3.2　编程 510

19.4　SHPB实验的有限元模拟 511

19.4.1　分离式Hopkinson压杆（SHPB）实验 511

19.4.2　有限元建模 512

19.4.3　二维动态分析 515

19.4.4　三维动态分析 524

19.5.1　UMAT 525

19.5　UMAT的Fortran程序 525

19.5.2　UMATHT（包含材料的热行为） 531

第20章　ABAQUS用户单元子程序（UEL） 533

20.1　非线性索单元 533

20.1.1　背景 533

20.1.2　基本公式 533

20.1.3　应用举例 534

20.1.4　非线性索单元用户子程序 536

20.2　利用ABAQUS用户单元计算应变梯度塑性问题 541

20.2.1　两种应变梯度理论 542

20.2.2　ABAQUS用户单元的使用 544

20.2.3　有限元计算的结果 545