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