1 初识ABAQUS

1.1 ABAQUS/CAE工作界面简介

1.2 悬臂梁应力分析

1.2.1 建立部件（Part）

1.2.2 建立材料（Material）

1.2.3 定义Section和指定Section

1.2.4 组装（Assembly）

1.2.5 建立Step分析步

1.2.6 设置荷载和边界条件

1.2.7 用Mesh模块划分网格

1.2.8 生成Job并进行计算

1.2.9 结果后处理

1.3 小结

2 混凝土重力坝静力分析

2.1 建模

2.1.1 生成Part

2.1.2 定义材料属性和Section

2.1.3 划分网格

2.1.4 组装

2.1.5 荷载和边界条件

2.2 提交计算与结果整理

2.3 小结

3 混凝土重力坝抗震分析

3.1 Inp输入文件

3.2 自振特性分析

3.3 振型分解反应谱法分析

3.4 时程反应分析

3.4.1 材料线弹性工况分析

3.4.2 材料非线性工况分析

3.5 小结

4 地下洞室开挖

4.1 建模

4.2 地应力平衡

4.3 洞室开挖与分析结果

4.4 小结

5 边坡稳定性分析

5.1 有限单元建模

5.2 摩尔-库仑模型与Drucker-Prager模型的材料参数转换

5.3 Inp文件材料和分析步定义

5.4 降强法结果

5.5 小结

6 拱坝静动力分析

6.1 拱坝有限元网格

6.2 拱坝横缝模拟

6.3 动水附加质量

6.4 拱坝自振频率计算

6.5 模态叠加法计算拱坝地震响应

6.6 考虑横缝的拱坝非线性时程分析

6.7 小结

图表索引2100433B

《ABAQUS水利工程应用实例教程》为ABAQUS有限元软件入门指导书，通过水利工程中的常见结构分析实例，按照建模、分析计算及后处理的步骤，帮助初学者迅速熟悉软件的功能和应用。主要内容包括：初识ABAQUS；混凝土重力坝静力分析；混凝土重力坝抗震分析；地下洞室开挖；边坡稳定性分析；拱坝静动力分析。

冲压成型应用

1. 模拟加工过程中的成本节约 加工成形技术是制造工业中的一种重要的技术。

当前，制造行业加工工艺正朝着高技术的方向发展，越来越多的公司在产品研发和制造过程中开始注重仿真技术的应 用。

采用ABAQUS进行仿真模拟的目的是节约开发成本、加快研发速度和提高产品质量。ABAQUS可以针对不同操作系统（如Unix，Linux和 Windows等）进行单机或多机并行运算，节省更多运算时间。

下面以ABAQUS某汽车用户的车门设计为例，说明ABAQUS在冲压成型有限元模拟中的应用。

某型号汽车车门的传统设计流程其中主要设计及加工成本如下：

1. 软质模具的设计和加工成本为20万美元；

2. 初期生产并修改模具的周期一般不低于12周；

3. 硬质模具的设计修改和加工成本为75万美元；

4. 最后产品试生产、模具方案的定型、修正生产流程直至正式生产的周期一般为8~9个月。

其中，硬质模具的设计费用包含在前期软质模具设计费用之中，后期只计算修改模具设计的费用。

采用ABAQUS进行数字仿真之后。

修改设计流程之后，主要设计和加工成本如下：

1. 软质模具的设计和加工成本为10万美元；

2. 初期生产并修改模具的周期缩短为4周；

3. 硬质模具的设计修改和加工成本为25万美元；

4. 最后产品试生产、模具方案的定型、试生产、修正生产流程直至正式生产的周期一般为3.5~4个月。

经过以上计算可以明确看出，仅车门的设计费用就节约了2/3，而设计周期则缩短为原来的1/3。

1. 模拟加工成形过程中的难点

加工成形过程的数值模拟受到材料非线性、几何非线性和边界非线性的综合影响，直接计算的难度非常大。从力学 本质来看，很多的成形过程可以简化为准静态过程，对该过程的有限元模拟通常有两种方法：静力隐式方法和动力显式方法。根据动力松弛法的原理，动力系统的稳 态解和静力解是一致的。所以本文所涉及的算例均采用显式动力学的方法，即使用ABAQUS/EXPLICIT求解器模块，对不同的加工成形过程进行模拟。

算例表明，ABAQUS在处理加工成形中可以得到令人满意的结果。

1. 实际应用

2. 1.普通油箱的冲压成形 本实例模拟油箱的冲压成型过程。考虑到在冲压成型过程中，油箱结构的对称性，本文通过模拟图3左下所示的结构，对 其进行模拟分析，达到分析整个油箱成型的目的。首先，通过ABAQUS/CAE完成成 形的全过程，模拟结果跟实际生产过程相吻合。

3. 2.钛合金板材的冲压成型ABAQUS模拟过程

4. 3.蒙拉成形蒙拉成型的ABAQUS模拟。

5. 4.橡皮囊成形及钣金成形

6. 5.弯管成形弯管成形

7. 6.圆锥管成形圆锥管

8. 结论

以上实例的模拟都是在ABAQUS平台下进行的。结果表明，采用ABAQUS处理加工成型过程中所涉及到的 非线性力学问题，能够得到比较令人满意的结果。此外，ABAQUS还提供了种类丰富的用户子程序接口，用户可以根据需要编写特殊的本构关系曲线、复杂的载 荷和边界条件以及灵活多样的用户单元等，这些功能在研究领域和工业领域中都取得了广泛地应用。

应用

是功能最强的非线性分析软件，可应用在以下领域：建筑、勘查、地质、水利、交通、电力、测绘、国土、环境、林业等方面

《ABAQUS在隧道及地下工程中的应用》系统地阐述了地下工程数值模拟的基本原理和方法，通过一系列的工程实例，详细地介绍了ABAQUS在隧道及地下工程设计及施工中的应用。《ABAQUS在隧道及地下工程中的应用》可供土木工程、岩土与隧道工程、地质工程、水利工程、石油工程的专业人员使用，还可作为以上专业研究生的教学参考书。

《ABAQUS在隧道及地下工程中的应用》共分为11章，前两章为入门介绍，主要包括ABAQUS基础知识、ABAQUS模块简介、隧道及地下工程的设计施工方法；第3～8章介绍了有限元法进行隧道及地下工程设计和施工过程力学分析的基本原理，给出了采用ABAQUS软件进行隧道及地下工程数值模拟的工程实例，包括隧道施工工法优化、盾构隧道施工过程模拟、分岔隧道围岩稳定性计算、考虑渗流-应力耦合效应的隧道稳定性分析、隧道支护结构可靠性评价及深部岩体围岩稳定性分析；为了帮助二次开发，后面3章介绍了ABAQUS软件二次开发的基本原理及使用方法，详细地介绍了如何使用用户子程序，包括常用用户子程序、用户子程序UMAT接口原理、用户材料子程序UMAT二次开发、岩土参数敏感性分析及岩土工程反演模型的数值实现。

《ABAQUS在隧道及地下工程中的应用》主要立足于实际工程应用，将ABAQUS相关模拟功能和隧道及地下工程中的具体研究对象结合起来，背景性较强，属于ABAQUS软件分析的高级篇。

不论是你想深入了解一个复杂产品的细节行为，进行设计更新，理解新材料的力学行为，还是模拟制造工艺过程，Abaqus有限元产品都能提供最全面灵活的解决方案去完成上述任务。Abaqus产品提供高精度、可靠、高效的解决方案，用于求解非线性问题、大规模线性动力学应用以及常规的仿真。Abaqus产品集成显式和隐式求解器，这使得用户可以在后续的分析中直接使用上一个仿真分析的结果，用于考虑历史加载的影响，例如加工制造。用户自定义功能，用户界面的定制，这些灵活的手段可以更好地加入用户的想法，使得用户有更多的选择以减少分析时间。

Abaqus有限元产品采用最新的高性能并行计算环境，允许用户的模型尽可能的复杂，而不用担心计算能力的限制。这样可以使得用户最少的简化模型，从而增加了结果的真实性，也减少了反复修改模型的时间。很多合作伙伴的产品都由于Abaqus产品强大的功能而将其内置或定制专用界面。使用全球最完整强大的有限元产品，去探索产品的真实行为并加速创新吧。

Abaqus/CAE

Abaqus有限元建模、后处理以及过程自动化的完整解决方案

使用Abaqus/CAE用户可以快速高效地创建、修改、监控、诊断以及可视化Abaqus分析过程。Abaqus/CAE用户界面将建模、分析、任务管理和结果可视化功能集成为一个统一、易于操作环境之下，不论对于初学者还是有经验的用户，都非常易学和高效。Abaqus/CAE支持类似CAD一样的交互式功能，例如基于特征、参数化建模、交互式和脚本操作、用户定制界面等。

在Abaqus/CAE中，用户可以创建几何模型，也可以导入CAD模型，或者基于几何生成网格，而这些网格跟CAD模型不再关联。CATIA V5、SolidWorks和 Pro/ENGINEER的交互式接口可以保证CAD和CAE装配模型的一致性，并且可以快速地进行模型更新而不丢失任何用户定义的分析特征。

Abaqus/CAE开放的用户定制工具提供了强大的自动化分析流程解决方案，这样仿真专家可以定制验证好的工作流程，将仿真知识和经验固化到其中。Abaqus/CAE同样提供强大的后处理定制功能，使得用户可以读取和操作任何Abaqus分析的结果。

Abaqus/Standard

Abaqus/Standard适合求解静态和低速动力学问题，这些问题通常都对应力精度有很高的要求。例如垫片密封问题，轮胎稳态滚动问题，或复合材料机翼裂纹扩展问题。对于单一问题的模拟，可能需要在时域和频域内进行分析。例如在发动机分析里，首先需要模拟包含复杂垫片力学行为的发动机缸盖安装模拟，接着才是进行包含预应力的模态分析，或是在频域内的包含预应力的声固耦合振动分析。Abaqus/CAE支持Abaqus/Standard求解器的所有常用的前后处理功能。

Abaqus/Standard计算结果可以作为初始状态用于后续的Abaqus/Explicit分析。同样的，Abaqus/Explicit计算结果也可以继续用于后续的Abaqus/Standard分析。这种集成的灵活性使得可以将复杂的问题分解，将适合用隐式方法的分析过程用Abaqus/Standard求解，例如静力学、低速动力学或稳态滚动分析;而将适合用显式方法的用Abaqus/Explicit求解，例如高速、非线性、瞬态占主导的问题。

发布的产品

Abaqus/AMS

Abaqus/Standard的附加分析功能允许用户使用自动多级子结构特征值求解器(AMS)去计算模态问题。Abaqus/AMS特征值求解器的计算性能远超默认的Lanczos求解器，尤其是对于大规模模型需要提取大量的模态时。大量的模型测试表明，对于模态提取问题，AMS求解器要快10-25倍，这取决于模型的复杂程度。

Abaqus/Aqua

Abaqus/Aqua是用于海洋工程的一个附加模块，可以应用于海洋工程结构领域，能够完成导管架和立管的结构分析，拖管过程模拟计算以及浮体结构分析计算;可以计算结构浮力、风载荷以及波流载荷作用下的拖曳力和惯性力等环境载荷。

Abaqus/Design

Abaqus/Design作为Abaqus/Standard的补充附加模块，主要用于设计灵敏度分析(DSA)。设计灵敏度对于理解设计空间变化以及预测设计改变的影响都非常有用。设计灵敏度可以为再设计和基于梯度的优化提供基础。

Abaqus/Foundation

Abaqus/Foundation提供Abaqus/Standard中的线性静力学和线性动力学分析功能。当Abaqus/Foundation可用时，Abaqus会自动探测分析是否能够应用线性摄动分析类型，然后使用Abaqus/Foundation代替Abaqus/Standard进行分析，可以有效地节省license token使用量。

Abaqus/Explicit

Abaqus/Explicit是特别适合于模拟瞬态动力学为主的问题的有限元产品，例如电子产品的跌落、汽车碰撞和穿甲侵彻。Abaqus/Explicit能够高效地求解包括接触在内的非线性问题和许多准静态问题，如金属的滚压成型、吸能装置的低速碰撞。Abaqus/Explicit使用方便，可靠性高，计算高效。Abaqus/CAE支持Abaqus/Explicit求解器的所有常用的前后处理功能。

Abaqus/Explicit计算结果可以作为初始状态用于后续的Abaqus/Standard分析。同样的，Abaqus/Standard计算结果也可以继续用于后续的Abaqus/Explicit分析。这种集成的灵活性使得可以将复杂的问题分解，将适合于显式方法的求解的高速、非线性、瞬态占主导的问题用Abaqus/Explicit求解;而适合与隐式方法的分析过程用Abaqus/Standard求解，例如静力学、低速动力学或稳态滚动分析。

Abaqus/CFD

Abaqus/CFD为Abaqus提供了计算流体动力学分析功能，Abaqus/CAE支持该求解器的所有的前后处理需求。并行的CFD分析功能可以求解多数的非线性流体传热和流固耦合问题。

Abaqus/CFD可以解决以下不可压缩流动问题：

• 层流和湍流：内流或外流的稳态和瞬态问题，横跨的雷诺数范围可以很大，分析时几何可以很复杂。还可以分析由空间变化的分布体力诱发的流动问题。

• 热对流：包括热传导和自然对流问题，需要求解能量方程。这类问题包括大范围普朗特数的湍流热传导。

• ALE动网格：Abaqus/CFD对运动方程、热传导方程和湍流传输方程采用ALE描述进行动网格分析。动网格问题通常包括指定边界运动，这种边界条件对于流体流动来说相对独立，常出现于流体流动或流固耦合问题中。

Abaqus 附加模块

Abaqus统一有限元产品允许用户开发定制应用，并可以将合作伙伴或自主开发的功能集成到Abaqus中。SIMULIA提供Moldflow、MSC.ADAMS和MADYMO的分析接口。FTSS的碰撞假人模型也可以在碰撞分析和乘员安全分析中使用。Abaqus各地区办公室开发了大量基于Abaqus的定制功能，例如印刷电路板模块(PWB)，缠绕复合材料模块，金属覆盖成型模块等。SIMULIA也提供Fe-safe用于模拟疲劳问题。

拓扑优化(ATOM)

Abaqus 拓扑优化模块(ATOM)具有先进的非线性结构优化功能，为产品设计师和工程师提供满足结构需求和制造工艺的设计，同时提高产品性能、降低产品重量和费用。

ATOM能够使Abaqus用户对单个部件或者装配体进行拓扑和外形优化，同时考虑材料非线性、接触非线性和几何非线性的影响。

ATOM的优点：

• 缩短设计周期

• 减重从而降低费用

• 通过控制峰值应力以提高产品寿命

• 降低失效率以提高产品质量

分析接口

MoldFlow分析接口

该附加模块可以将MoldFlow注塑分析的结果导入到Abaqus中，为后续的分析考虑材料方向和残余应力因素的影响。MoldFlow提供制造过程中部件的力学和热力学材料参数以及残余应力结果信息。力学参数(包括纤维角度因素的影响)信息由MoldFlow计算，并以沿部件厚度方向积分点位置处的正交各项异性参数的方式写出到接口文件中。

MSC.ADAMS分析接口

MSC.ADAMS分析接口可以让用户在采用MSC.ADAMS进行多体动力学分析时使用Abaqus模型的刚度信息。MSC.ADAMS分析接口可以将Abaqus模型的刚度矩阵转换为ADAMS/Flex需要的数据格式。

MADYMO联合仿真

该附加模块在Abaqus/Explicit中使用，可以在车辆-乘员碰撞安全模拟中使用Abaqus/Explicit和MADYMO进行联合仿真。该分析技术可以直接将Abaqus/Explicit的碰撞分析和MADYMO的乘员分析进行耦合。使用Abaqus/Explicit和MADYMO进行碰撞安全分析的用户手册可以通过AOSS下载。

CAD交互式接口

交互式接口能够将CAD模型传递到Abaqus/CAE中。这些功能强大的附加模块仅需鼠标轻轻一点，就可将部件或整个装配体传递到Abaqus/CAE中。用户可以在CAD软件中修改几何模型，使用交互式接口快速更新Abaqus/CAE的有限元模型，而不丢失任何分析特征。这些交互式接口需要在每个CAD软件中安装插件使用，然后在Abaqus/CAE中通过CAD连接工具建立相应的连接。

CATIA V5交互式接口

CATIA V5交互式接口可以使用交互式导入将CATIA V5的部件和装配体传递到Abaqus/CAE中。CATIA V5模型中的材料和组定义也可以传递到Abaqus/CAE中。除此之外，CATIA V5交互式接口还可以直接导入CATIA V5的.CATPart 和 .CATProduct格式的模型。

CATIA V5交互式接口有以下几点功能：

• 自动交互式导入是一个功能强大的工具，这可以使用户快速地从CATIA V5中传递模型到Abaqus/CAE中，而两个软件需要在同一台电脑上同时运行。当CAD模型传递结束后，用户可以继续在CATIA V5中修改CAD设计，然后只需轻点鼠标即可将修改后的模型更新到Abaqus/CAE中。同时用户在Abaqus/CAE中创建的任何特征，例如分区、载荷、边界条件、集合、面等，都会在导入过程中自动重新生成。

• CATIA V5交互式接口可以使用户在Abaqus/CAE中修改CATIA模型中的特征参数，例如孔径或拉伸长度。修改后的参数会更新CATIA和Abaqus/CAE中的模型。

• 如果CATIA V5和Abaqus/CAE没有同时运行，或运行在不同的电脑上，用户可以使用手动的交互式导入。使用CATIA V5交互式接口插件，用户可以保存装配体为.eaf格式。用户可以可以将.eaf格式的模型导入到Abaqus/CAE中，或者使用此文件更新Abaqus/CAE在现有的模型。另外，手动交互式导入可以在不同的Windows平台之间运行(例如，32位Windows上的CATIA V5建立的CAD模型，可以通过此功能导入到64位Windows上的Abaqus/CAE中)。

• 直接导入不是交互式导入，因此也不需要使用CATIA V5交互式导入插件。只要将CATIA V5的几何模型保存为标准的部件或装配体格式文件，就可以直接导入到Abaqus/CAE中。用户将不能使用直接导入功能更新Abaqus/CAE现有模型，但是可以使用此功能在32位和64位Windows平台之间传递几何模型。交互式导入和直接导入为企业或供应商之间模型从CATIA V5导入到Abaqus/CAE中提供了很大的灵活性。

CATIA V5交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8或以上版本，兼容CATIA V5 R18、R19、R20和R21。

Pro/ENGINEER交互式接口

Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用交互式导入将Pro/ENGINEER的部件和装配体传递到Abaqus/CAE中。除了交互式导入，Pro/ENGINEER交互式接口也包含了直接导入接口，可以写出.enf_abq格式的部件和装配体。.enf_abq格式文件可以接着被导入到Abaqus/CAE中。

Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用户在Abaqus/CAE中修改Pro/ENGINEER模型中的特征参数，例如孔径或拉伸长度。修改后的参数会更新Pro/ENGINEER和Abaqus/CAE中的模型。

Pro/ENGINEER交互式接口有以下几点功能：

• 自动交互式导入是一个功能强大的工具，这可以使用户快速地从Pro/ENGINEER中传递模型到Abaqus/CAE中，而两个软件需要在同一台电脑上同时运行。当CAD模型传递结束后，用户可以继续在Pro/ENGINEER中修改CAD设计，然后只需轻点鼠标即可将修改后的模型更新到Abaqus/CAE中。同时用户在Abaqus/CAE中创建的任何特征，例如分区、载荷、边界条件、集合、面等，都会在导入过程中自动重新生成。

• Pro/ENGINEER 交互式接口可以使用户在Abaqus/CAE中修改Pro/ENGINEER模型中的特征参数，例如孔径或拉伸长度。修改后的参数会更新Pro/ENGINEER和Abaqus/CAE中的模型。

• 如果Pro/ENGINEER和Abaqus/CAE没有同时运行，或运行在不同的电脑上，用户可以使用手动的交互式导入。使用Pro/ENGINEER交互式接口插件，用户可以保存装配体为.eaf格式。用户可以可以将.eaf格式的模型导入到Abaqus/CAE中，或者使用此文件更新Abaqus/CAE在现有的模型。另外，手动交互式导入可以在不同的操作系统平台之间运行(例如， Windows上的Pro/ENGINEER建立的CAD模型，可以通过此功能导入到Linux上的Abaqus/CAE中)。

• 直接导入接口使用单个文件将Pro/ENGINEER的几何模型导入到Abaqus/CAE中，而不是交互式导入。使用Pro/ENGINEER 交互式插件，用户可以保存.enf_abq格式文件。用户可以使用这种文件格式将几何模型随后导入到Abaqus/CAE中。但是用户不能使用直接导入接口更新Abaqus/CAE中现有的模型，而且不能在不同平台之间传递几何模型。交互式导入和直接导入为企业或供应商之间模型从Pro/ENGINEER导入到Abaqus/CAE中提供了很大的灵活性。

Pro/ENGINEER 交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8及以上版本。

SolidWorks交互式接口

SolidWorks交互式接口可以轻松地将Solidworks中的部件或装配体导入到Abaqus/CAE中，接着用户可以修改Solidworks中的几何模型，该接口自动地更新Abaqus/CAE中模型修改且不丢失任何分析特征。当用户在使用Solidworks不断更改设计模型而分析工具是基于Abaqus时，SolidWorks交互式接口就显得非常有用。

SolidWorks交互式接口有以下几点功能：

• 自动交互式导入是一个功能强大的工具，这可以使用户快速地从SolidWorks中传递模型到Abaqus/CAE中，而两个软件需要在同一台电脑上同时运行。当CAD模型传递结束后，用户可以继续在SolidWorks中修改CAD设计，然后只需轻点鼠标即可将修改后的模型更新到Abaqus/CAE中。同时用户在Abaqus/CAE中创建的任何特征，例如分区、载荷、边界条件、集合、面等，都会在导入过程中自动重新生成。

• 当SolidWorks和Abaqus/CAE没有同时运行，或运行在不同的电脑上，用户可以使用手动的交互式导入。使用SolidWorks交互式插件，用户可以保存装配体为.eaf格式。用户可以可以将.eaf格式的模型导入到Abaqus/CAE中，或者使用此文件更新Abaqus/CAE在现有的模型。另外，手动交互式导入可以在不同的操作系统平台之间运行(例如， Windows上的SolidWorks建立的CAD模型，可以通过此功能导入到Linux上的Abaqus/CAE中)。

SolidWorks交互式接口需要Abaqus/CAE 6.8EF及以上版本，且SolidWorks 为2009 SP1及以上版本。

复合材料建模模块(CMA)

基于Abaqus/CAE的复合材料建模模块(CMA)具有功能强大的复合材料仿真能力和先进的建模技术，补充和扩展了原有Abaqus/CAE中的复合材料功能，并与Abaqus/CAE完美的融合在一起。

复合材料建模模块(CMA)直接将准确的纤维角度和铺层厚度传递到Abaqus分析中，并且允许快速地查看并修改复合材料模型。该产品也生成制造数据以保证分析模型与最终结构匹配，并与Simulayt公司的其他产品无缝集成。

复合材料建模模块的优势：

• 确保在复合材料铺层的制备初始阶段工艺上的可制造性，避免由于错误设计而增加成本

• 通过提高模型的真实性以及降低模型设置时间来实现快速改进设计

• 企业中复合材料结构的分析、设计和制造的无缝连接提高整个研制过程的效率

碰撞假人模型和防护栅栏模型

碰撞假人和防护栅栏模型是用户碰撞和乘员安全分析的附加产品。这些模型在Abaqus/Explicit中使用。以下模型可用：

前碰假人模型：

• Hybrid III 5th

• Hybrid III 50th

• Hybrid III 95th

• Hybrid III 5th Ballast

• Hybrid III 50th Ballast

• Hybrid III 95th Ballast

侧碰假人模型：

• SID Iis

• SID IIs Floating Rib Guide (FRG)

• SID IIs SBL D

• EuroSID II

• EuroSID II Rib Extension (RE)

• World SID 50

后碰假人模型：

• BioRID II

防护栅栏模型：

• IIHS侧碰防护栅栏

• EEVC补偿前碰 防护栅栏

• NHTSA 侧碰和后碰防护栅栏

• 2000高级侧碰防护栅栏

头部模型：

• EMHF

腿部模型：

• FLEX PLI GTR

行人头部模型：

• EEVC行人头部模型(成年人、青年人、小孩)

CZone

该功能基于Abaqus，为能量耗散复合材料结构提供先进的碰撞分析功能。

CZone是基于Abaqus/Explicit的附加模块，提供