作者：江丙云,孔祥宏,罗元元
出版社：数字艺术出版分社
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CAE分析大系——ABAQUS工程实例详解试读：
版权信息书名：CAE分析大系——ABAQUS工程实例详解作者：江丙云,孔祥宏,罗元元排版：KingStar出版社：数字艺术出版分社出版时间：2014-09-01ISBN：9787115359162本书由人民邮电出版社授权北京当当科文电子商务有限公司制作与发行。— · 版权所有 侵权必究 · —第1章工程分析价值和Abaqus能力本章导读
本章首先阐述了工程分析（CAE）在机械电子产品中的价值所起到的作用及其分析流程，随后介绍了功能强大的有限元分析软件Abaqus的发展历程、使用环境及其能力等。
学习重点机械电子产品概述工程分析价值和流程Abaqus功能介绍本书章节布局1.1机械电子产品概述
自从电子产品问世，其就与机械结构密不可分，电信号的发射及传输需要实体结构作为载体，同理，机械产品虽历史悠久，但进入电子时代，其控制系统、显示系统等也都需要电子产品的辅助。所以，只有将机械和电子两方面有效地结合，才能构成一个最优的产品及其系统，这正是机械、电子工程技术的前沿方向。1.1.1 机电产品组件
可以这么说，只要不是生活在深山老林、悬崖峭壁，每天从睁眼，就必不可少地要与机电产品接触，如手机、计算机、电视、乘用汽车和工程机械等，其中以机械为主的有乘用汽车、工程机械等；以电子为主的有手机、计算机等电子消费品。图1-1所示即为电子产品主板。图1-1 电子系统：主板
电子产品中各系统的连接与导通，主要靠组件实现，如图1-1所示的计算机和手机主板上焊接的许多I/O接口即为电子连接器（Connector）组件。图1-2所示为常见电子连接器，包括USB、DDR内存卡及RJ45网线接口等，其借助于电信号和机械力的作用使电路导通或换接，主要用于传输电信号或电磁能量。一般而言，一台电子设备中使用连接器高达数百件，连接着几十个电子系统。图1-2 电子组件：连接器
继续拆分电子组件，我们可以看到电子产品的最小组成单元——零件。图1-3展示了电子连接器组件的一般结构，其主要由基体塑件（Housing）、端子件（Terminal）等部分构成，其中，基体塑件是连接器的主结构，常用材质有尼龙、聚酯（PBT/PCT）等，其他端子件与其组装，并由其决定空间定位，同时起到使端子接触件等导体零件间绝缘的作用；端子件是连接器中实现电信号传送的桥梁，常采用的材料有青铜、磷铜和铍铜等，实物形状变化多样。图1-3 电子零件：连接器结构1.1.2 机电组件制造工艺
基于现有制造能力，一个机电产品的完成需经过金属件冲压成形、塑件注塑成形、金属件电镀、装配、包装等工艺过程。图1-4所示以电子连接器组件为例，简述其制造过程。图1-4 电子组件制造工艺流程
从图1-4所示可知，首先，产品开发设计部门根据电子组件功能要求，对其进行结构设计，并通过CAE有限元分析进行验证；其次，模具部门根据零件开发冲压模具（级进模）和塑胶模具并移交予模具加工部门，模具零件经车铣、平磨、放电、线切割和光磨等工序加工而成并移交予模具组立部门，经模具组立人员的组立和试模调试，确保能够冲压（注塑）出合格的零件再移交给冲压（注塑）制造部门量产；然后，由电镀厂对冲压出的钣金料带进行电镀，以改善其导电性、抗腐蚀和抗磨损性，提高可焊性；最后，把端子件带料与基体塑件进行组装，并对带料多余部分进行沿边切料制成连接器。
以上流程中，CAE发挥着巨大作用，用于指导、验证产品结构或制造工艺，已经成为产品设计段或制造段不可或缺的工具、手段之一。1.2工程分析（CAE）价值和能力
在成熟公司中，将CAE归为工程分析部门。工程分析部门起到对整个公司所有技术问题的咨询、指导、验证职能，其所用手段包括理论推导、公式计算、CAE分析、实验验证等，其中最为便捷和经济的手段即是CAE。CAE能够在没有实物样品的情况下对产品性能预估，同时能够对制造可行性预判。1.2.1 工程分析价值
工程分析（CAE）价值，从全局来说，体现在以设计反馈为向导，组织已有设计知识，开发具有战略性的通用设计知识与技术。定制标准分析手法（SOP），增强分析设计效率与准确度，执行各项常规验证分析工作，协助产品工程师快速有效地开发产品，降低后续可能发生的品质风险。
图1-5所示包括了工程分析（CAE）的价值。针对既有量产产品，发挥长期高价值，比如失效分析、改进设计并验证等；针对新开发产品，发挥短期高价值，比如设计分析、设计验证、制造可行性等。图1-5 工程分析（CAE）价值1.2.2 工程分析能力
工程分析在整个产品开发及量产中的价值是巨大的，其能够提供强大的技术支持，这主要源于具有强大的分析能力，可对公差、强度、受力和保持力、制造和装配、屈曲、振动、电子跌落、温升和热应力等进行分析。
依靠这些能力，工程分析执行各项常规验证分析，协助产品工程师快速有效地开发产品，如图1-6所示。同时，作为有限元分析（CAE）师，要时刻牢记自己是分析工程师，不是有限元软件操作工，建模求解前，要目的明确：证明什么？发现什么？有无案例引用？有无分析必要？结果有无参考价值？图1-6 工程分析（CAE）能力1.3工程分析软件Abaqus概述
工欲善其事，必先利其器。在工程分析的有限元分析（CAE）中，选择得心应手的分析软件能够事半功倍，其中Abaqus作为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有广泛的知名度和用户群，所分析出的结果具有更高的可信性及说服性。1.3.1 Abaqus概述
Abaqus由世界知名的有限元软件公司ABAQUS公司（原称HKS）于1978年推出，该公司于2005年被法国达索公司收购，并于2007年更名为SIMULIA（达索公司还具有众多知名3D软件，比如CATIA、SolidWorks等）。Abaqus的用户遍布世界各地，涉及机械、土木、水利、航空航天、船舶、电子电器、汽车等各个工程领域。
Abaqus是一款功能强大的工程有限元模拟软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到诸多复杂的非线性问题。Abaqus基于丰富的单元库，可模拟各种复杂的几何形状，同时拥有各种类型的材料模型库，可以模拟绝大多数典型工程材料，如金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。
具体而言，Abaqus不仅能够有效地进行静态和准静态分析、弹塑性分析、瞬态分析、模态分析、屈曲分析、碰撞冲击和爆炸分析、断裂疲劳和耐久性分析等结构分析以及结构优化、参数敏感性分析，还能进行声、热、电、磁和流体等各种物理场分析，更能够流-固耦合分析、声-固耦合分析、热-固耦合分析、压电和热电分析等。
所以，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，有限元软件Abaqus都能提供最全面的灵活解决方案。1.3.2 Abaqus分析模块
Abaqus分析模块包括三个主要的求解模块： Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit和Abaqus/CFD。此外，针对Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit还提供了扩展功能模块，包括Abaqus/ATOM、Abaqus/Aqua、Abaqus/Design、Abaqus/AMS、Abaqus/Foundation等，同时还为第三方软件提供了接口，包括SolidWorks和CATIA等3D软件、Moldflow和ADAMS等模拟软件以及其他后处理软件。
最为重要的是Abaqus提供了一个完整综合的工作环境Abaqus/CAE，其能够用于创建模型、提交作业、监控求解过程以及调用Abaqus/Viewer进行后处理。
以上所提到的分析模块的相互关系如图1-7所示。图1-7 Abaqus分析模块相互关系
注意
从Abaqus 6.12之后，电磁模块（Electromagnetic）单独列出，与三个主要模块并列。1．Abaqus/CAE
Abaqus/CAE (Complete Abaqus Environment) 是对Abaqus的交互式图形界面，其能够便捷快速地创建或导入分析模型的几何体，并切割成便于网格划分的区域块，同时应用其强大的网格划分功能，生成精确的单元和节点。
Abaqus/CAE是目前为数不多的采用“特征”参数化建模的有限元前处理程序，其创建几何体过程与Pro/E完全一致，用户可通过拉伸、旋转、放样等方式创建参数化几何体，圈内传言，正是Pro/E团队跳槽到Abaqus才开发了Abaqus/ CAE。当然，用户可以导入各种中间格式IGS、STP等几何体，也可与SolidWorks、CATIA等三维软件同步更新参数化几何体，不用转出中间格式。最为重要的是Abaqus/CAE能够导入纯节点的单元网格，无需附加几何体，这样就能够用几何体与单元网格混合建模，为用户特定建模提供了最佳的灵活性。
Abaqus/CAE能够创建完整的有限元模型，比如定义材料性能并赋予到相应部件上、加载边界条件及载荷等，同时能够对分析模型加以检测，随后提交分析任务并监视、控制分析过程。
上文也提到Abaqus/CAE能够在求解过程中随时调用Abaqus/Viewer进行后处理，查看求解结果。所以，Abaqus/ CAE是一个先进高效的前后处理器。2．Abaqus/Standard
Abaqus/Standard是一个通用的分析模块，其能够求解广泛的线性和非线性问题，包括静态、动态、热、电和电磁、质量扩散和声学等分析，以及与其他求解器联合分析复杂的非线性耦合物理场。
Abaqus/Standard提供了动态载荷平衡的并行稀疏矩阵求解器、基于域分解的并行迭代求解器和并行的Lanczos特征值求解器，进行一般过程分析和线性摄动过程分析，能够保证各类大规模计算问题有可靠的求解。3．Abaqus/Explicit
Abaqus/Explicit是一个特定目的的分析模块，其使用显式动力学，为模拟广泛的动力学问题和准静态问题提供精确、强大和高效的有限元求解技术，其不但支持应力/位移分析而且还支持完全耦合的瞬态温度-位移、声-固耦合等分析。
Abaqus/Explicit特别适用于模拟短暂、瞬时的冲击和其他高度不连续问题，比如手机电子产品的跌落实验、弹道冲击和汽车子系统的冲击等。
Abaqus/Explicit能够高效处理接触问题和高度非线性问题的能力使之成为求解许多非线性准静态问题的有效工具，应用其任意的拉格朗日-欧拉（ALE）自适应网格功能可以有效地模拟大变形金属轧制、钣金冲压和能量吸收装置缓慢挤压等，结合通用接触定义的能力，自动搜寻模型中各部件间的接触，无需用户干预。
Abaqus/Explicit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，无须在每个增量步求解耦合的方程系统和生成总纲，其时间步长自动设计，不需用户的介入就能很好地在分析稳定性和时间步长之间获得平衡。
Abaqus/Explicit与Abaqus/Standard具有各自的适用范围，相互配合使用可大大拓展Abaqus的功能。4．Abaqus/CFD
Abaqus/CFD是从Abaqus 6.10之后新增的流体动力分析模块，此新增模块能够求解广泛的不可压缩流问题，包括层流、湍流以及热对流等。此模块集成到Abaqus/CAE中，此模块下，流体的材料性质、流体边界、载荷以及流体网格等前处理均可直接定义，并可用Abaqus/Viewer查看其等值面、流速矢量等求解结果。
Abaqus/CFD不可压求解器采用混合离散方式，对于时变问题，采用一种先进的二阶投影法，压力采用基于节点的有限元离散，这种混合方法既保证了精度，又能够消除伪压模式出现的可能性，同时保留了传统有限体积法的局部守恒特性。
Abaqus/CFD对于有移动边界或变形几何的情况，提供了任何ALE法和自动网格变形法来保存边界层的网格尺寸，对于移动边界问题ALE和网格变形算法自动被激活。
最为主要的是Abaqus/CFD配合Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit能够处理流-固耦合等多物理场问题。5．Abaqus/Viewer
Abaqus/Viewer是Abaqus/CAE的子模块，其仅包含具有后处理能力的可视化（Visualization）图形交互界面。6．Abaqus/ATOM
Abaqus/ATOM是从Abaqus 6.11之后新增的优化设计模块，其能够对设计产品进行拓扑和形状优化。其具有先进的非线性结构优化功能，为产品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、降低产品质量和费用。
在本书的第13章将做详细讲解。7．Abaqus/Aqua
Abaqus/Aqua是附加到Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit的可选功能模块，其主要用于海洋工程的近海结构，比如石油平台。还有一些功能用于模拟风载、波载以及浮力等效应。在本书中，对此模块不做介绍。8．Abaqus/Design
Abaqus/Design是附加到Abaqus/Standard的可选功能模块，用于设计敏感性分析（DSA），能够预测设计参数变化对结构响应的影响。
在本书中，对此模块不做介绍，但在第13章将编辑代码命令替代此模块完成DSA。9．Abaqus/AMS
Abaqus/AMS也是附加到Abaqus/Standard的可选功能模块，其用于在自然频率提取中的自动多级子结构化（AMS）特征求解。在本书中，对此模块不做介绍。10．Abaqus/Foundation
Abaqus/Foundation可以说是Abaqus/Standard的一部分，其仅提供Abaqus/Standard中线性静力学和线性动力学分析功能。当Abaqus/Foundation可用时，Abaqus会自动用其代替Abaqus/Standard进行求解，可以有效地节省license token使用量。
在本书中，对此模块不做介绍。11．Abaqus Interface for Moldflow
此Abaqus接口用于注塑成型软件Moldflow与Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit联合分析，其能够把Moldflow注塑件的材料属性、玻纤方向和残余应力等信息转换后导入到Abaqus中进行结构分析。
在本书的第10章，将做详细讲解。12．Abaqus Interface for MSC.ADAMS
此Abaqus接口用于机械系统动力学仿真软件MSC.ADAMS与Abaqus联合分析，其能够把Abaqus中的有限元模型作为柔性部分输入到MSC.ADAMS中。
注意
在最新的Abaqus 6.13中，此接口被整合到Abaqus/Standard中作为Abaqus/adams执行程序。
在本书中，对此模块不做介绍。13．Geometry Translators
Abaqus提供了以下几何转换器用于把第三方CAD直接或间接传送到Abaqus/CAE中。
①直接传送：CATIA V5 Associative Interface、SolidWorks Associative Interface、Pro/ENGINEER Associative Interface、Abaqus/CAE Associative Interface for NX等。
②间接传送：Geometry Translator for Parasolid用于传送中间格式几何体。14．Translator utilities
Abaqus提供了以下转换器程序用于导入第三方软件的前处理文件，或导出Abaqus模型到第三方软件作前处理。
①导入程序：Abaqus fromansys、Abaqus fromdyna、Abaqus fromnastran、Abaqus frompamcras等；
②导出程序：Abaqus adams、Abaqus tonastran、abaqus toOutput2、abaqus tozaero等。1.4Abaqus使用环境
Abaqus具有完整的有限元分析使用环境：前处理、求解、后处理，其分析模块完全整合到统一的Abaqus/CAE平台上，保证了操作界面的一致性。同时，Abaqus/CAE把有限元分析中固定的逻辑步骤分成相应的功能模块，保证了用户操作的流程化，避免漏步骤或错误操作。
在Abaqus的使用过程中，还会自动生成一些数据文件，方便用户查看单元节点、日志、信息、求解进度和结果等。1.4.1 Abaqus主窗口
用户必须用到的Abaqus窗口有启动窗口和Abaqus/CAE窗口，它们非常直观，用户极易理解。1．中英文界面切换
随着中国用户的增加，SIMVLIA公司从2008年Abaqus 6.8EF开始推出了中文界面。以Win7系统安装的Abaqus 6.12为例（笔者写此章节时Abaqus 6.13中文版还未完整发布），中英文界面切换方法有以下两种：
●设置系统环境变量
控制面板→系统→高级系统设置：高级：环境变量。新增系统变量，名为ABAQUS_USE_LOCALIZATION，赋值为1。
●修改Configuration
打开C:\SIMULIA\Abaqus\6.12-3\CAEresources\Configuration\locale.txt，修改locale.txt文档中字符串zh_CN = 0为zh_ CN = 1。
但中文界面往往词不达意、难以理解，且帮助文件还未有汉语版，会造成“精神分裂”。还是英文界面高端、大气、上档次，故本书均使用英文界面。2．启动Abaqus/CAE
启动Abaqus/CAE常用的方法有两种：命令启动和快捷键启动
●命令启动
以Win7系统为例，开始→运行，输入cmd，启动DOS界面，在DOS输入命令：abaqus cae
●快捷键启动
以Win7系统为例，开始→所有程序→Abaqus 6.13：Abaqus CAE。
Abaqus/CAE启动以后，会弹出如图1-8所示的开始任务对话框，对话框中有如下选项：
●Create Model Database（创建模型数据）
创建新的Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit模型、流体CFD模型、电磁Electromagnetic 模型（与Abaqus/CAE主界面File→New Model Database等效）。
●Open Database（打开数据）
打开以前存储的模型数据以及输出的数据库文件（与Abaqus/CAE主界面File→Open等效）。
●Run Script（运行脚本）
运行包含有Abaqus/CAE命令的文件（与Abaqus/CAE主界面File→Run Script等效）。
●Start Tutorial（启动教程）
从帮助文档中打开Abaqus的基础介绍性教程（与Abaqus/CAE主界面Help→Getting Started等效）。
●Recent Files（最近文档）
用于打开最近使用的模型数据或输出数据（与Abaqus/CAE主界面File→Recent Files等效）。图1-8 开始任务对话框3．Abaqus/CAE主窗口
用户可以通过Abaqus/CAE建立完整模型及调出各个分析模块，图1-9显示了Abaqus/CAE的主窗口组成部分，当然，随着功能模块的改变，窗口外观会有相应变化。
主窗口组成部分简单介绍如下：
●标题栏（Title bar）
显示当前Abaqus/CAE版本和目前所打开的模型数据。
●菜单栏（Menu bar）
包括了所有可用的菜单目录，用于调用产品的全部功能。
●工具栏（Toolbars）
工具栏用于快速进入菜单栏的功能，可以说是菜单目录的快捷图标。
●环境栏（Context bar）
Abaqus/CAE是由一组功能模块（Modules）组成，每个模块用于完成一步建模，用户可在环境栏中自由切换模块。
●模型树（Model Tree）
用于显示模型的概略，和Pro/E、SolidWorks等软件的树目录类似，便于管理整个模型，模型树包含有几何部件、材料、分析步、加载、边界和接触等。
●结果树（Results Tree）
与模型树在同一栏，其用于显示输出结果文件或数据曲线的概略。图1-9 主窗口的组成部分
●工具箱区（Toolbox area）
当用户进入某一功能模块时，工具箱区会显示相应的工具，和工具栏相同，都是菜单目录的快捷图标。
●画布和作图区（Canvas and drawing area）
画布可视为是无限大的屏幕或公告栏，用户在其摆放视图（Viewport）或绘制二维图。
●视图（Viewport）
Abaqus/CAE的视图是摆放在画布上的窗口，用于显示有限元模型。
●提示区（Prompt area）
提示相应操作。比如，当加载边界，会提示选择几何体或网格。
●信息区（Message area）
用于显示状态信息和警告。
注意
信息区和命令行占用相同的位置，可以通过信息区左侧的按钮或切换。
●命令行接口（Command line interface）
用于输入Python命令和计算数学表达式。
注意
接口中包含有主要（>>>）和次要（...）提示符，按照Python语法完成输入。1.4.2 Abaqus/CAE功能模块
前文已有提到，Abaqus/CAE按照有限元建模流程被合理划分为几个相应的功能单元，称之为功能模块。每个模块仅包含与建模任务相关的特定部分工具，比如，Mesh（网格）模块仅包含用于划分、修改网格的工具。
如图1-10所示，用户可从环境栏下拉表切换到不同的功能模块，其模块排序遵循着建模逻辑。在很多情况下，用户必须完全遵循先后顺序，比如，生成装配体（Assembly）前，必须创建零件（Part）。当然，在不考虑模型状态的情况下，也允许用户在任何时候选择任一模块，但这样做会带来一些限制，比如，截面属性就不能赋予到未创建的零件（Part）上。图1-10 Abaqus/CAE模块
下文列出Abaqus/CAE的可用模块，并简单介绍每个模块的可完成建模任务。1．零件（Part）
此模块用于创建独立零件几何体，用户可以在Abaqus/CAE中直接用草图工具绘制，也可从其他CAD软件中导入。2．特性（Property）
用于定义材料参数、截面属性等，并把截面属性赋予到零件或零件一部分上，以确定零件的截面属性及材料性能。3．装配（Assembly）
和其他CAD软件一样，每个部件拥有自己的独立坐标系，当把这些部件装配到一起的时候，具有统一的全局坐标系。每个部件可重复被导入到装配中进行阵列等，未被导入装配的部件，不参与模型分析。
注意
一个Abaqus模型中仅允许有一个装配。4．分析步（Step）
分析步模块用于创建或设置分析类型以及相应的输出需求。可以定义多个分析步，方便边界条件和载荷等的变更，以及输出需求的改变，做到按需分析、按目的输出。5．相互作用（Interaction）
此模块用于定义不同部件区域之间的力或热相互作用，以及与周围环境的交互。举个最简单的例子：两个面之间的接触，即为相互作用。6．载荷边界（Load）
此模块用于定义载荷、边界条件和预定义场等。这个比较容易理解，比如固定边界、对面施加集中力、对物体加热和散热等。7．网格（Mesh）
此模块用于对Part几何体划分高质量的有限元网格，并可对独立网格进行编辑。8．优化（Optimization）
此模块用于创建优化任务，是通过设置一系列的目标和约束条件，对模型进行拓扑和形状优化。此模块是从Abaqus 6.11开始集成结构优化软件Tosca的功能。9．作业任务（Job）
此模块用于提交分析模型，以及监控求解进程。10．可视化后处理（Visualization）
此后处理模块用于可视化查看有限元模型和求解结果。11．草图（Sketch）
此模块用于绘制二维草图，此二维草图可用于创建Abaqus/CAE零件，比如梁、平面或3维实体部件。还可用于对部件进行切分，方便划分网格。1.4.3 Abaqus文件类型
Abaqus产生几类文件，有些在Abaqus运行中产生，运行后自动删除，有些用于分析、重启、后处理等的文件则被保留。详细阐述如下：1．数据库文件
数据库文件有两种：模型文件（model_database_name.cae）和结果文件（job_name.odb）。
两种文件均可使用Abaqus/CAE直接打开，.cae文件包含有模型的几何体、网格、载荷等完整模型的前处理信息，.odb文件包含有单元、节点和设定的求解结果信息。2．输入文件
INP格式文件（job_name.inp）为输入文件，包含有模型的节点、单元、材料、截面属性、集合、边界载荷和分析步等。
Abaqus/CAE提交任务时产生，也可通过其他有限元前处理软件写出。.inp文件可以输入到Abaqus/CAE中做分析Model，也可直接提交求解。3．结果文件
结果文件分三类：.fil文件、.psr文件、.sel文件。
job_name.fil文件为结果文件，是可被其他应用程序读入的分析结果数据格式；job_name.psr文件为参数化分析时要求的输出结果，为文本格式；job_name.sel 为结果选择文件，仅用于Abaqus/Explicit，为重启动分析所需文件。4．模型文件
job_name.mdl为模型文件，在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中运行数据检查后产生的文件，为重启动分析所需文件。5．数据文件
数据文件（job_name.dat）也属于文本文件，记录分析、数据和参数检查、内存和磁盘估算等信息，同时还会记录预处理.inp文件时产生的错误和警告信息。
注意
Abaqus/Explicit的分析结果不会写入这个文件。6．日志文件
日志文件（job_name.log）属于文本文件，记录了Abaqus执行过程的起止时间等。7．信息文件
信息文件有四类：.msg文件、.ipm文件、.prt文件和.pac文件。
job_name.msg用于详细记录分析计算中的平衡迭代次数、计算时间、警告信息等；job_name.ipm为内部过程信息文件，从启动Abaqus/CAE分析时开始写入，记录了从Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit到Abaqus/CAE的过程日志；job_ name.prt为零件信息文件，包含了零件与装配信息，重启动分析时需要；job_name.pac包含了模型信息，仅用于Abaqus/ Explicit，重启动分析时需要。8．状态文件
状态文件包括三类：.sta文件、.abq文件和.stt文件。
job_name.sta记录分析过程信息；job_name.abq仅用于Abaqus/Explicit分析，记录分析、继续和恢复命令，为重启动分析所需文件；job_name.stt是数据检查时写入的文件，重启动分析时需要。9．保存命令文件
此类文件有三类：.jnl文件、.rpy文件和.rec文件。
model_database_name.jnl是日志文件，用于复制已存储模型数据库的Abaqus/CAE命令；abaqus.rpy 记录一次Abaqus/ CAE操作中的所有命令；model_database_name.rec用于恢复内存中模型数据库的Abaqus/CAE命令。10．脚本文件
job_name.psf 是脚本文件，用户定义参数研究时需要创建此文件。11．重启动文件
job_name.res在Step模块中定义。12．临时文件
临时文件有两类：.lck文件和.ods文件。
job_name.lck 用于阻止并发写入输出数据库，输出数据库关闭后则自行删除；job_name.ods 用于记录场输出变量的临时运算结果，运行后自动删除。1.5Abaqus帮助指南
Abaqus在提供完备功能的同时为读者提供了详尽的帮助指南，有本地安装版和网络在线版，阅读格式有HTML和PDF两种。1.5.1 帮助指南使用
在Win7系统下，Abaqus 6.13为例，介绍几种打开帮助指南的方法。1．本地帮助指南
●操作系统，开始→所有程序→Abaqus 6.13 Documentation→HTML/PDF Documentation。
●操作系统，开始→所有程序→Abaqus 6.13→ Abaqus Documentation。
●在Abaqus/CAE主菜单，Help→Search & Browse Guides。2．在线帮助指南
●网址：http://docs.abaqus.com:8000/aoss-hdocs/v6.13/index.html
注意
修改网址中版本号，可查看相应版本的帮助指南，比如将v6.13改为v6.12。
打开后，可看到图1-11所示的帮助指南首页，单击相应的超链接可查看具体帮助指南。用户可在顶部搜索栏中输入关键词，单击“Search All Guides”按钮即可搜索出包含关键词的相关指南，同时关键词出现次数以降序排列显示在相应指南前。图1-11 Abaqus帮助向导首页1.5.2 帮助指南内容
从图1-11可知Abaqus提供的帮助指南有：1．Abaqus/CAE用户指南（Abaqus/CAE User’s Guide）
此指南对Abaqus/CAE的建模、求解以及后处理的使用做了详细说明，包括对Abaqus/Viewer。2．Abaqus分析用户指南（Abaqus Analysis User’s Guide）
此指南对网格单元、材料模型、分析过程和输入格式等做了完整说明，尤其是Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit和Abaqus/CFD的基础参考文档。3．Abaqus工程实例指南（Abaqus Example Problems Guide）
此指南包含详细的设计实例，大多数例子采用不同的单元类型、网格密度等对线性和非线性分析的方法和策略做了详细阐述。经典案例有：弹塑性管件撞击刚体墙大变形分析、薄壁弯头的非弹性屈曲分析、钣金深抽引分析等。此指南对研究新问题具有较大的实际参考意义。4．Abaqus基准校对指南（Abaqus Benchmarks Guide）
此指南的基准实例和求解用于评估Abaqus软件性能，其用多种网格单元类型对简单几何体或简化实例做测试，测试实例包含有NAFEMS全部实例。5．Abaqus/CAE入门指南（Getting Started with Abaqus: Interactive Edition）
此指南是一个自学教程，帮助新用户熟悉Abaqus/CAE界面，能够创建基本的实体、壳、梁和桁架等模型，并用Abaqus/Standard 或 Abaqus/Explicit进行静态、准静态和动态分析，其还提供一些结构分析案例的完整实用指南。6．Abaqus关键词入门指南（Getting Started with Abaqus: Keywords Edition）
此指南用于帮助新用户熟悉Abaqus的输入文件语法，以对静态和动态等问题进行应力分析。7．Abaqus在线文档使用指南（Using Abaqus Online Documentation）
此指南用于指导用户如何导航、阅读和搜索Abaqus帮助文档。8．Abaqus安装和许可证指南（Abaqus Installation and Licensing Guide）
此指南对安装Abaqus和设置许可证文件做了详细说明。当然，此指南仅适用于官方许可用户，未被官方认可用户可百度问“度娘”。9．Abaqus关键词参考指南（Abaqus Keywords Reference Guide）
此指南对全部适用于Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit和 Abaqus/CFD的关键词做了详尽说明。10．Abaqus理论指南（Abaqus Theory Guide）
此指南包含有详尽、严谨的Abaqus理论讨论，适用于具有一定工程背景的用户阅读。11．Abaqus验证指南（Abaqus Verification Guide）
此指南包含对Abaqus的基本测试。通过与精确理论计算或其他已认证结果做对比，验证Abaqus的每一个特定功能，比如分析过程、输出选项、多点约束等。12．Abaqus用户子程序参考指南（Abaqus User Subroutines Reference Guide）
此指南对全部适用于Abaqus分析中的用户子程序做了全面说明。13．Abaqus术语指南（Abaqus Glossary）
此指南用于对Abaqus中所用专业术语进行定义。14．Abaqus脚本用户指南（Abaqus Scripting User’s Guide）
此指南对如何使用Abaqus的脚本接口做了说明。对如何使用命令创建求解Abaqus/CAE模型、查看分析结果和自动重复分析任务等做了详尽阐述。15．Abaqus脚本参考指南（Abaqus Scripting Reference Guide）
此指南提供了每条Abaqus脚本命令的语法参考。16．Abaqus GUI工具箱用户指南（Abaqus GUI Toolkit User’s Guide）
此向导对如何使用Abaqus的图形用户界面（GUI）工具包做了说明，用于创建定制的Abaqus/CAE图像界面对话框。17．Abaqus GUI工具箱参考指南（Abaqus GUI Toolkit Reference Guide）
提供了全部Abaqus GUI工具包编程接口。18．Abaqus接口用户指南（Abaqus Interface for Moldflow User’s Guide）
此指南阐述了如何使用Abaqus Interface for Moldflow，以把模流分析结果转换传入Abaqus。19．Abaqus Release Notes
此指南包含对最新版Abaqus的新功能简介。
初学者可先阅读Getting Started with Abaqus，了解软件基本界面和概念，并练习提供的几个简单例子。更深入了解可阅读Abaqus/CAE User’s Guide和Abaqus Analysis User’s Guide。
借用哈尔滨工业大学曹鹏博士（Simwe论坛版主敦诚）的比喻“帮助文件就像一道法国大餐”。各种有限元、力学书籍是道开胃菜，没有此开胃菜，胃口小，肚子容量少；Abaqus/CAE User’s Guide是刀叉，没有此，没法吃大餐；Keywords Reference Guide是菜谱，虽然只认识其中几道菜，但足以了解法国菜的博大精深；Analysis User’s Guide是主餐牛排，必须点，没有牛排怎么也算不上法国大餐啊；Theory Guide是牛排文化，能让自己侃起来高端大气上档次；当然还有同餐的法国美女帅哥Example Problems Guide和Benchmarks Guide，他们优雅养眼的吃相，给未吃过西餐的你做标准示范。
当然，在吃法国大餐的同时，配料也不可少，Simwe等有限元论坛就像鹅肝，味道华美，回味悠长，群众基础广泛，男女老少新手高手；再来瓶红酒，中文Abaqus书籍能增加食欲，但要选这本82年的拉菲，味道纯正；饭后加份甜点，每年的Abaqus论文集，其香甜充盈每片味蕾，绕梁三月，回味着大餐的美妙。
如果要享受更舒适的服务，必须给服务生Abaqus培训小费，特别提醒，要吃正宗的法国大餐一定要到“正宗法国餐厅”——Abaqus公司。1.6Abaqus新版功能
Abaqus每隔一年左右都会发布新版本，增加一些实用新功能。下面对最近两版新功能给予简单介绍，以使读者对Abaqus最近几年的发展加以了解。1.6.1 Abaqus 6.12新功能
●新增节点、网格或面选择时，可建立相应Set集合。
●新增从单元网格生成几何面/体（见图1-12（a））。图1-12 Abaqus 6.12 新功能
●新增边界层网格划分。
●新增拖拽节点修改网格。
●新增间隙电传导系数接触属性。
●新增电磁分析模块。
●新增耦合热-电-结构分析。
●Abaqus/Standard中新增静磁分析。
●虚拟裂纹闭合技术（VCCT）增强。
●支持多GPGPU加速求解。
●新增多个切片结果同时显示功能（见图1-12（b））。1.6.2 Abaqus 6.13 新功能
●新增截面属性可赋予到单元集合。
●流体分析中新增实体热传导。
●流体分析中新增稳态求解。
●基于XFEM的裂纹传播能力增强。
● 多步顺序分析中，在Abaqus/Standard与Abaqus/Explicit的分析结果传递，新增支持质量与惯性点、C3D8I元素、连接元素以及参考点的import的传递。
●新增网格映射，可将Shell网格映射到几何形状完全不同的区域（见图1-13（a））。
●新增直接耦合电磁-热、电磁-力分析（见图1-13（b））。
●Abaqus Adams接口整合到Abaqus/Standard中，转换更完备。
●新增后处理中查看边界条件。图1-13 Abaqus 6.13 新功能1.7本书章节布局
本书依据最新版Abaqus 6.13，详细讲解Abaqus/CAE、Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit、Abaqus/CFD、Abaqus/ ATOM和Abaqus/Viewer等模块的基本应用，同时应用Abaqus与Moldflow接口详细介绍模流-结构联合分析、应用Abaqus脚本命令介绍敏感性分析以及应用流-固耦合求解多物理分析等。
为使读者全局把握本书章节布局与Abaqus模块的相互联系，特邀请清华大学博士生杜显赫（Simwe论坛版主）制作图1-14Abaqus计算流程地图加以阐释。图1-14 本书章节与Abaqus模块的联系（清晰大图见本书最后拉页）1.8本章小结
本章阐述了工程分析（CAE）在机械电子产品中所起到的价值作用及其分析流程，并介绍了功能强大的有限元分析软件Abaqus的发展历程、使用环境及其能力等，同时，对本书章节布局逻辑进行整理，使其融入到Abaqus模块及有限元分析流程中，以便让读者全面地了解本书与Abaqus的相互联系。第2章Abaqus快速入门
本章导读
本章首先阐述Abaqus有限元分析的通用标准操作流程及其模型数据库的组织关系，随后针对Abaqus/CAE的主要功能模块进行详细阐述，并提供相应的模板定制说明，加快Abaqus分析模型的建立及显示设置，最后提供实例演练Abaqus的基本建模流程及后处理。
学习重点Abaqus通用标准操作流程Abaqus/CAE模型数据组织Abaqus/CAE主要功能模块Abaqus/CAE模板定制Abaqus快速入门实例Abaqus输入文件INP的解释2.1Abaqus通用标准操作流程
由上章图1-7和图1-10大致可以了解到完成一个完整的Abaqus有限元分析的全过程，其通用标准操作流程（SOP）至少有三个步骤：前处理、求解计算和后处理，结合Abaqus/CAE功能模块，制作通用流程如图2-1。图2-1 Abaqus通用SOP2.2Abaqus/CAE模型数据组织
1.4.3小节提到模型数据库的不同文件类型，其用于分类保存Abaqus有限元模型的不同数据。一般用户采用Abaqus/CAE按照2.1节SOP建立模型，所建模型会保存在扩展名为.cae的文件中，此.cae模型数据库可以包含多个相关或不相关的有限元模型（Model），但每一个模型（Model）中只能有唯一的一个装配体（Assembly），装配体由若干个实例（Instance）组成。其中实例（Instance）不需重建，仅从部件（Part）映射而来，故一个部件（Part）可以映射多个实例（Instance），就像Pro/E中，一个部件可以反复多次被装配体引用。以上关系如图2-2所示。图2-2 Abaqus/CAE模型数据组织示意
由图2-2可知，材料（Material）定义到截面属性（Section）上，截面属性赋予到部件上；相互作用 （Interaction）、边界条件（Boundary condition）、载荷（Load）等定义到实例（Instance）上；此外网格划分可以针对部件，也可针对实例；而求解控制（Solver controls）和输出控制（Output controls）参数的定义，则是针对整个模型。
以上关系，也可从上章图1-9中树目录查看，下文将针对Abaqus/CAE的主要功能模块分别进行详细阐述。2.3创建部件（Part）
在有限元分析中，部件的几何模型是各种信息的载体，创建/导入部件是建立有限元模型必经之路。以下将简单介绍Abaqus/CAE的Part模块，使用此模块能够建立三维实体模型、二维平面模型和轴对称模型，几何形状有三维实体（Solid）、二维或三维的壳体（Shell）、线框体（Wire）和坐标点（Point），部件类型可以是变形体（Deformable）、离散刚体（Discrete rigid）、解析刚体（Analytical rigid）、欧拉（Eulerian）、电磁（Electromagnetic）和流体（Fluid）。2.3.1 Abaqus/CAE创建几何模型
在第1章提到，Abaqus/CAE的Part模块是基于特征（Feature-based）的参数化建模，其开发人员来自于Pro/E团队，故其围绕着设计意图的几何特征建模，同时遵循着几何行为准则。如图2-3所示即为Part模块工具箱，其包含有一系列特征建模命令及编辑命令。图2-3 Part模块工具箱
注意
针对不同分析类型，工具箱快捷图标会有所变化。快捷图标右下角有黑色三角形表示有隐藏命令，鼠标单击其上不放，即弹出隐藏图标。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]