abaqus论文

《从ABAQUS在土木工程中的一个应用实例简要说下我对

ABAQUS软件的认识》

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一、ABAQUS的发展

作为一种功能强大的有限元分析软件，ABAQUS在商业有限元软件中占有

极其重要的位置。从简单的线弹性问题到复杂的几何非线性和材料非线性问题均获得了广泛应用。其有效性不论在工程应用还是在科学研究方面均得到了验证。ABAQUS包含了丰富的单元库和材料库，能够模拟各种材料受力和变形行为，特别是其提供了UMAT和UEL，为研究者提供了开发平台。

二、ABAQUS功能简介

以ABAUQS6. 5为例，ABAQUS安装完成后，在程序菜单出现的AEAQUS

工具条下有以下几个选项: ABAQUSCAE ，ABAQUS Command，ABAQUS Documentation，ABAQUS Licensing，ABAQUS Verification，ABAQUS Viewer，My ABAQUS，Uninstall ABAQUS。经常用到的主要是前三项，为了使ABAQUS计算所涉及的文件均存储到同一目录下，运行ABAQUS Command比较方便，在ABAQUS Command的Dos窗口下，运行批处理文件abq651.bat，该文件存放在C：\\ABAQUS\\Command目录下(假定ABAQUS安装在C盘根目录下)，为了方便可将该文件另外保存为aba.bat。该文件所包含的内容为@echo off C：\\ABAQUS\\6.5.1\\exec\\abq651. exe%，接下来就可以运行 ABAQUS不同模块了。如Aba cae进人CAE界面；ABAQUS在土木工程中的应用Aba viewer进人后处理；Aba job= wang interactive交互式运行wang. inp文件；Aba job= wang datacheck interactive交互运行wang. inp文件，且仅对其进行数据检查；Aba fetch job= terzaphi_cpe8p. inp将terzaphi_cpe8p. inp解压释放到当前目录下，因为文件名字比较长，可以仿前面定义批处理文件的方式进行类似处理，如定义文件名为f. bat，其内容为Aba fetch job= terzaphi_cpe8p. inp，在当前目录下键人f并回车，即可完成文件的释放存储。

有限元软件主要由前处理、计算和后处理三部分组成，ABAQUS有限元软件也不例外。ABAQUS/CAE由十部分构成，分别为Part, Property,Assembly,Step,Interaction,Load,Mesh,Job, Visualization和Sketch,界面左侧为与之部分对应的树状图，界面底部分别为输出窗口和Python脚本语言输人窗。 1. Part模块

ABAQUS/CAE:Part module-Part-Create，可以创建313,21) Planar和Axisym-metric三种类型几何模型，几何模型的类型可以是变形体和刚体，几何属性可以为实体、壳、线和点。这里值得注意的是轴对称问题被单独提出来进行分析，而平面应力和平面应变问题则被包含在2D Planar中。

生成Part后，为了对Part不同部分赋予不同材料参数、接触的定义、规则网格划分等原因，往往需要对Part进行切割，切割一般需要进行两步操作才能完成，首先是定义切割平面，定义方式:Part module-Tools-Datum进行定义，对于切割平面很多时候是采用Offsetfrom principal plane(xy plane, xz plane和yz plane),Offset from plane和3 points。工作平面定义完成后就可以进行切割了，切割的操作方式为:Part module-Tools-Partition. 2. Property模块

该模块主要用于定义材料的本构模型，ABAQUS中封装了大量可用于土木工程的本构模型，通过Property- Material- Create- Mechanical进行定义。完成力学定义行为并给定材料名称后，接着通过Property→Section→Create定义断面

(section)，建立与材料属性相关联的断面，然后通过Property→Assign→Section对不同Part或Part的不同部分(可定义为set)进行材料赋值。这里需要强调的是对干梁单元需要通过Property→Profile→Create建立梁的几何断面，同时还要通过Property→Assign→Beam Section Orientation对梁单元断面方向进行定义。 3. Assembly模块

任何一个结构都可以视为一个Instance，它由很多个Part构成，Part间连续、接触或通过螺栓等形式连接。通过Assembly-Instance-Create建立由不同Part构成的In-stance，可以对Instance中的Part进行移动、旋转等操作，更主要的是可以对Instance中的Part进行布尔运算，如Assembly-.Instance-Merge/Cut，在合并操作中对相交边界有删除(Remove)和保留(Retain)两个选项，后一选项在很多时候用得更多，因为进行Merge/Cut操作后，先前的多个Part生成了一个新的Part，选择“保留”选项后可以进人到Property模块对同一Part不同部分赋予不同材料参数。

4. Step模块

进人Step-Create，分析类型(Procedure type)有两类，其一为Linear perturbation,包括Buckle, Frequency, Static, Linear pertubation和Steady-state dynamics,Direct四部分，应用更多的是频率的计算和振型的提取；其二为General，几乎包含了所有的分析类型，具体包含 Coupled temp-displacement，用干温度位移场的祸合分析，如热辐射使结构温度升高，因变温而使受约束结构产生温度应力；Coupled thermal-electric，主要用于压电材料的分析; Dynamic, Implicit，隐式动力分析；Dynamic, Explicit，显式动力分析；Dynamic, Temp-disp, Explicit，显式温度位移分析;Geostatic，地应力场计算，在岩土工程中地应力场的准确确定决定了后继计算结果的有效性；Heat transfer，热传导计算分析；Mass diffusion；Soils，土的固结分析；Static, General，一般的静力分析；Static,Riks，弧长法静力分析；V isco，粘弹性及蠕变分析。荷载步中增量步分为两种:自动增量法和固定时间增量法，同时在荷载步中要给出最大迭代次数等参量。 5. Interaction模块

结构中各个构件间的连接形式千差万别，连接形式对结构在外荷载作用下响应的影响至关重要。在该模块中，主要包含四部分，具体为Interaction, Constraint, Connector, Special oInteraction-Interaction-Property，定义接触面间的接触属性，包括定义摩擦系数等参量;由Interaction-Interaction-Create创建由接触面和目标面构成的接触对，应用最多的是Surface-to-surface contact接触问题，如结构物与土之间的接触问题。由Interaction-Constraint-Create建立Tie, Coupling, Shell-to-solid coupling, Em-bedded region, Equation等约束条件，其中Tie约束适用于约束面间网格划分不一致但变形又连续的情况。而Embedded region功能可能模拟加筋对基体的增强功能，如钢筋混凝土实体结构(不是采用壳或梁进行模拟)，分别创建钢筋和混凝土模型，然后将钢筋埋置到混凝土结构中去。 Interaction-Connector-Create，主要用于构件间的U型连接、焊接、铰接等连接的模拟，这一点在机械工程中具有重要的应用价值。

Interaction-Special-Inertia，用于定义结构中的集中质量和惯性矩，这主要应用在悬索桥梁及高层建筑的地震分析中。Interaction-Special-Crack，用于定义结构中的裂纹及裂尖，为后继网格划分生成奇异单元奠定基础。Interaction-Special-Spring/Dash-pot，定义弹簧和阻尼器。 6. Mesh模块

网格划分前需要对Part定义种子(Seeds)，通过Mesh→Seed→Edge By Number (Edge By Size, Edge Biased)完成种子的定义，对几何模型的边可以均匀划分，也可按等比数列进行划分。具体划分的数目和方法要通过数值模拟试验确定，最终与理论解或试验结果进行对比以确定经济合理的网格划分规模。 7. Job模块

通过Job→Job→Create创建Job的名字，分析完成后存储的相关文件的主文件名均为该Job名字。在Submission中包含T Job type, Run Mode和Submit Time；在General下主要是User subroutine file的选择;在Memory下主要是内存的划分;Parallelization设置并行计算的一些内容；Precision定义问题分析的精度。 8. Visualization模块

后处理部分主要包括变形图显示(Visualization→Plot→Deformed shape)，输出变量的云状图(Visualization→Plot→Contours).输出结果包括场变量输出(Visualization-Result-Field output)和与时间有关的变量的输出(Visualization→Result→History output).也可以将后处理结果导出到外部文件中去(Visualization→ Report→XY, Field out→put)，以便进一步编辑和处理。 9. Sketch模块

通过该模块可以生成轮廓线或由外部文件导人生成轮廓线，对于土木工程来说，用得比较多的是Autocad绘图软件，在Autocad中生成的二维线转存为扩展名为DXF的文件，然后在ABAQUS/CAE下选择File→Import→Sketch就可导人到Sketch模块中。在创建Part时进人到Sketch界面下，由Sketch→Add→Sketch就可以将先前由Autocad导人的Sketch显示于当前界面下，进而创建所需要的Part。

三，ABAQUS在土木工程中的一个应用实例（混凝土结构动力分析）

混凝土坝的地震响应分析

本算例为Koyna坝，该坝在1967年12月11日受到6. 5级地震荷载作用。采用混凝土损伤塑性材料模型评价在任意荷载作用下混凝土结构的稳定性和损伤情况。本算例已被很多研究者进行过研究，包括Chopra and Chakrabarti(1973)和Lee and Fenves(1998)等。本算例引自B2. 1. 15a 1.问题描述

浇筑而成的Koyna坝似一独块巨石，其几何形状如图12. 1. 1所示