本人学习abaqus多年的经验总结

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第二章ABAQUS基本使用方法；[2](pp15)快捷键：Ctrl+Alt+左键；②(pp16)ABAQUS/CAE不会自动保存模；丢失；[3](pp17)平面应力问题的截面属性类型是S；何模型上；载荷类型Pressure的含义是单位面积上的力，；[4](pp22)对于应力集中问题，使用二次单元；[5](pp23)Dismiss和Cancel按；据的对话框中

第二章 ABAQUS 基本使用方法

[2](pp15)快捷键：Ctrl+Alt+左键来缩放模型；Ctrl+Alt+中键来平移模型；Ctrl+Alt+右键来旋转模型。

②(pp16)ABAQUS/CAE 不会自动保存模型数据，用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外

丢失。

[3](pp17)平面应力问题的截面属性类型是Solid（实心体）而不是Shell（壳）。 ABAQUS/CAE 推荐的建模方法是把整个数值模型（如材料、边界条件、载荷等）都直接定义在几

何模型上。

载荷类型Pressure 的含义是单位面积上的力，正值表示压力，负值表示拉力。

[4](pp22)对于应力集中问题，使用二次单元可以提高应力结果的精度。

[5](pp23)Dismiss 和Cancel 按钮的作用都是关闭当前对话框，其区别在于：前者出现在包含只读数

据的对话框中；后者出现在允许作出修改的对话框中，点击Cancel 按钮可关闭对话框，而不保存

所修改的内容。

[6](pp26)每个模型中只能有一个装配件，它是由一个或多个实体组成的，所谓的“实体”（instance）

是部件（part）在装配件中的一种映射，一个部件可以对应多个实体。材料和截面属性定义在部件

上，相互作用（interaction）、边界条件、载荷等定义在实体上，网格可以定义在部件上或实体上，

对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。

[7](pp26) ABAQUS/CAE 中的部件有两种：几何部件（native part）和网格部件（orphan mesh part）。

创建几何部件有两种方法：（1）使用Part 功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样等特征来直

接创建几何部件。（2）导入已有的CAD 模型文件，方法是：点击主菜单File→Import→Part。网

格部件不包含特征，只包含节点、单元、面、集合的信息。创建网格部件有三种方法：（1）导入

ODB 文件中的网格。（2）导入INP 文件中的网格。（3）把几何部件转化为网格部件，方法是：进

入Mesh 功能模块，点击主菜单Mesh→Create Mesh Part。

[8](pp31)初始分析步只有一个，名称是initial，它不能被编辑、重命名、替换、复制或删除。在初

始分析步之后，需要创建一个或多个后续分析步，主要有两大类：（1）通用分析步（general analysis

step）可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包含以下类型：

—Static, General: ABAQUS/Standard 静力分析

—Dynamics, Implicit: ABAQUS/Standard 隐式动力分析

—Dynamics, Explicit: ABAQUS/ Explicit 显式动态分析

（2）线性摄动分析步（linear perturbation step）只能用来分析线性问题。在ABAQUS/Explicit 中

不能使用线性摄动分析步。在ABAQUS/Standard 中以下分析类型总是采用线性摄动分析步。

—Buckle: 线性特征值屈曲。

—Frequency: 频率提取分析。

—Modal dynamics: 瞬时模态动态分析。

—Random response: 随机响应分析。

—Response spectrum: 反应谱分析。

—Steady-state dynamics: 稳态动态分析。

[9]（pp33）在静态分析中，如果模型中不含阻尼或与速率相关的材料性质，“时间”就没有实际的物

理意义。为方便起见，一般都把分析步时间设为默认的1。每创建一个分析步，ABAQUS/CAE 就

会自动生成一个该分析步的输出要求。

[10] （pp34）自适应网格主要用于ABAQUS/Explicit 以及ABAQUS/Standard 中的表面磨损过程

模拟。在一般的ABAQUS/Standard 分析中，尽管也可设定自适应网格，但不会起到明显的作用。

Step 功能模块中，主菜单Other→Adaptive Mesh Domain 和Other→Adaptive Mesh Controls 分别

设置划分区域和参数。

[11]（pp37）使用主菜单Field 可以定义场变量（包括初始速度场和温度场变量）。有些场变量与分

析步有关，也有些仅仅作用于分析的开始阶段。使用主菜单Load Case 可以定义载荷状况。载荷状

况由一系列的载荷和边界条件组成，用于静力摄动分析和稳态动力分析。

[12]（pp42）独立实体是对部件的复制，可以直接对独立实体划分网格，而不能对相应的部件划分

网格。非独立实体是部件的指针，不能直接对非独立实体划分网格，而只能对相应的部件划分网格。

由网格部件创建的实体都是非独立实体。

[13]（pp45）Quad 单元（二维区域内完全使用四边形网格）和Hex 单元（三维区域内完全使用六

面体网格）可以用较小的计算代价得到较高的精度，因此应尽可能选择这两种单元。

[14]（pp45）结构化网格和扫掠网格一般采用Quad 单元和Hex 单元，分析精度相对较高。因此优

先 选用这两种划分技术。使用自由网格划分技术时，一般来说，节点的位置会与种子的位置相吻

合。使用结构化网格和扫掠网格划分技术时，如果定义了受完全约束的种子，划分可能失败。

[15]（pp45）划分网格的两种算法：

中性轴算法（Medial Axis）：

（1）中性轴算法（Medial Axis）更易得到单元形状规则的网格，但网格与种子的位置吻合得较差。

（2）在二维区域中，使用此算法时选择Minimize the mesh transition（最小化网格的过渡）可提

高网格质量，但更容易偏离种子。当种子布置得较稀疏时，使用中性轴算法得到的单元形状更规则。

（3）如果在模型的一部分边上定义了受完全约束的种子，中性轴算法会自动为其他的边选择最佳

的种子分布。

（4）中性轴算法不支持由CAD 模型导入的不精确模型和虚拟拓扑。

Advancing Front 算法

（1）网格可以与种子的位置很好地吻合，但在较窄的区域内，精确匹配每粒种子可能会使网格

歪斜。

（2）更容易得到单元大小均匀的网格。有些情况下， 单元均匀是很重要的， 例如在

ABAQUS/Explicit 中，网格中的小单元会限制增量步长。

（3）容易实现从粗网格到细网格的过渡。

（4）支持不精确模型和二维模型的虚拟拓扑。

[16]（pp50）网格划分失败时的解决办法

网格划分失败的原因：

（1）几何模型有问题，例如模型中有自由边或很小的边、面、尖角、裂缝等。

（2）种子布置得太稀疏。

如果无法成功地划分Tet 网格，可以尝试以下措施：

（1）在Mesh 功能模块中，选择主菜单Tools→Query 下的Geometry

Diagnostics，检查模型中

是否有自由边、短边、小平面、小尖角或微小的裂缝。如果几何部件是由CAD 模型导入的，

则应注意检查是否模型本身就有问题（有时可能是数值误差导致的）；如果几何部件是在

ABAQUS/CAE 中创建的，应注意是否在进行拉伸或切割操作时，由于几何坐标的误差，出

现了上述问题。

（2）在Mesh 功能模块中，可以使用主菜单Tools→Virtual Topology（虚拟拓扑）来合并小的边

或面，或忽略某些边或顶点。

（3）在Part 功能模块中，点击主菜单Tools→Repair，可以修复存在问题的几何实体。

（4）在无法生成网格的位置加密种子。

[17]（pp51）网格质量检查

在Mesh 功能模块中，点击主菜单Mesh→Verify，可以选择部件、实体、几何区域或单元，检查其

网格的质量，获得节点和单元信息。在Verify Mesh 对话框，选择Statistical Checks（统计检查）

可以检查单元的几何形状，选择Analysis Checks（分析检查）可以检查分析过程中会导致错误或

警告信息的单元。单击Highlight 按钮，符合检查判据的单元就会以高亮度显示出来。

[18]（pp51）单元类型

ABAQUS 拥有433 种单元，分8 大类：连续体单元（continuum element，即实体单元solid

element）、壳单元、薄膜单元、梁单元、杆单元、刚体单元、连接单元和无限元。

（1）线性单元（即一阶单元）；二次单元（即二阶单元）；修正的二次单元（只有Tri 或Tet 才有

此类型）。

（2） ABAQUS/Explicit 中没有二次完全积分的连续体单元。

（3）线性完全积分单元的缺点：承受弯曲载荷时，会出现剪切自锁，造成单元过于刚硬，即使

划分很细的网格，计算精度仍然很差。

（4）二次完全积分单元的优点：（A）应力计算结果很精确，适合模拟应力集中问题；（B）一般

情况下，没有剪切自锁问题。但使用这种单元时要注意：（A）不能用于接触分析；（B）对

于弹塑性分析，如果材料不可压缩（例如金属材料），则容易产生体积自锁；（C）当单元发

生扭曲或弯曲应力有梯度时，有可能出现某种程度的自锁。

（5）线性减缩积分单元在单元中心只有一个积分点，存在沙漏数值问题而过于柔软。采用这种

单元模拟承受弯曲载荷的结构时，沿厚度方向上至少应划分四个单元。优点：（A）位移计

算结果较精确；（B）网格存在扭曲变形时（例如Quad 单元的角度远远大于或小于90o），

分析精度不会受到明显的影响；（C）在弯曲载荷下不易发生剪切自锁。缺点：

（A）需要较

细网格克服沙漏问题；（B）如果希望以应力集中部位的节点应力作为分析目标，则不能选

用此单元。

（6）二次减缩积分单元不但保持线性减缩积分单元的上述优点，还具有如下特点：（A）即使不

划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题；（B）即使在复杂应力状态下，对自锁问题也

不敏感。使用这种单元要注意：（A）不能用于接触分析；（B）不能用于大应变问题；（C）

存在与线性减缩积分单元类似的问题，即节点应力的精度往往低于二次完全积分

单元。

（7）非协调模式单元可克服线性完全积分单元中的剪切自锁问题，仅在ABAQUS/Standard 有。

优点：（A）克服了剪切自锁问题，在单元扭曲比较小的情况下，得到的位移和应力结果很

精确；（B）在弯曲问题中，在厚度方向上只需很少的单元，就可以得到与二次单元相当的

结果，而计算成本却明显降低；（C）使用了增强变形梯度的非协调模式，单元交界处不会

重叠或开洞，因此很容易扩展到非线性、有限应变得位移。但使用这种单元时要注意：如

果所关心部位的单元扭曲比较大，尤其是出现交错扭曲时，分析精度会降低。

（8）使用Tri 或Tet 单元要注意：（A）线性Tri 或Tet 单元的精度很差，不要在模型中所关心的

部位及其附近区域使用；（B）二次Tri 或Tet 单元的精度较高，而且能模拟任意的几何形状，

但计算代价比Quad 或Hex 单元大，因此如果能用Quad 或Hex 单元，就尽量不要使用Tri

或Tet 单元；（C）二次Tet 单元(C3D10)适于ABAQUS/Standard 中的小位移无接触问题；

修正的二次Tet 单元(C3D10M)适于ABAQUS/Explicit 和ABAQUS/Standard 中的大变形和

接触问题；（D）使用自有网格不易通过布置种子来控制实体内部的单元大小。

（9）杂交单元 在ABAQUS/Standard 中，每一种实体单元都有其对应的杂交单元，用于不可压

缩材料（泊松比为0.5，如橡胶）或近似不可压缩材料（泊松比大于0.475）。除了平面应力

问题之外，不能用普通单元来模拟不可压缩材料的响应，因为此时单元中的应力士不确定

的。ABAQUS/Explicit 中没有杂交单元。

[19]（pp57）在混合使用不同类型单元时，应确保其交界处远离所关心的区域，并仔细检查分析结

果是否正确。对于无法完全采用Hex 单元网格的实体，还可采用以下方法：（A）对整个实体划分

Tet 单元网格，使用二次单元C3D10 或修正的二次单元C3D10M，同样可以达到所需精度，只是计

算时间较长；（B）改变实体中不重要部位的几何形状，然后对整个实体采用Hex 单元网格。

[20]（pp60）三维实体单元类型的选择原则

（1）对于三维区域，尽可能采用结构化网格划分或扫掠网格划分技术，从而得到Hex 单元网格，

减小计算代价，提高计算精度。当几何形状复杂时，也可以在不重要的区域使用少量楔形单元。

（2）如果使用了自由网格划分技术，Tet 单元类型应选择二次单元。在

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ABAQUS/Explicit中应选择；修正的Tet单元C3D10M，在ABAQUS/S；模型中存在接触，而且使用的是默认的硬接触关系，则；（3）ABAQUS的所有单元均可用于动态分析，选；ABAQUS/Explicit模拟冲击或爆炸载荷；力波的效果优于二次单元所采用的一致质量公式；如果使用的是ABAQUS/Standard，在选；（1）对于应力集中问题，尽

ABAQUS/Explicit 中应选择

修正的Tet 单元C3D10M，在ABAQUS/Standard 中可以选择C3D10，但如果有大的塑性变形，或

模型中存在接触，而且使用的是默认的硬接触关系，则也应选择修正的Tet 单元C3D10M。

（3）ABAQUS 的所有单元均可用于动态分析，选取单元的一般原则与静力分析相同。但在使用

ABAQUS/Explicit 模拟冲击或爆炸载荷时，应选用线性单元，因为它们具有集中质量公式，模拟应

力波的效果优于二次单元所采用的一致质量公式。

如果使用的是 ABAQUS/Standard，在选择单元类型时还应该注意：

（1）对于应力集中问题，尽量不要使用线性减缩积分单元，可使用二次单元来提高精度。如果

在应力集中部位进行了网格细化，使用二次减缩积分单元与二次完全积分单元得到的应力

结果相差不大，而二次减缩积分单元的计算时间相对较短。

（2）对于弹塑性分析，如果材料是不可压缩性的（例如金属材料），则不能使用二次完全积分单

元，否则会出现体积自锁问题，也不要使用二次Tri 或Tet 单元。推荐使用的是修正的二次

Tri 或Tet 单元、 非协调单元以及线性减缩积分单元。

（3）如果模型中存在接触或大的扭曲变形，则应使用线性Quad 或Hex 单元以及修正的二次Tri

或Tet 单元，而不能使用其它的二次单元。

（4）对于以弯曲为主的问题，如果能够保证在所关心的部位的单元扭曲较小，使用非协调单元

可以得到非常精确的结果。

（5）除了平面应力问题之外，如果材料是完全不可压缩的（如橡胶材料），则应使用杂交单元；

在某些情况下，对于近似不可压缩材料也应使用杂交单元。

[21]（pp61）壳单元类型及选择原则

如果一个薄壁构件的厚度远小于其典型结构整体尺寸（一般为小于1/10），并且可以忽略厚度

方向的应力，就可以用壳单元来模拟此结构。壳体问题可分两类：薄壳问题（忽略横向剪切变形）

和厚壳问题（考虑横向剪切变形）。对于单一各向同性材料，一般当厚度和跨度的比值小于1/15 时，

可以认为是薄壳；大于1/15 时，则可以认为是厚壳。对于复合材料，这个比值要更小一些。

按薄壳和厚壳分为：通用壳单元和特殊用途壳单元。前者对薄壳和厚壳均有效；按单元定义方式可分为：常规壳单元和连续体壳单元。前者通过定义单元的平面尺寸、表面法向何

初始曲率来对参考面进行离散，只能在截面属性中定义壳的厚度，不能通过节点

来定义壳的厚度。

后者类似于三维实体单元，对整个三维结构进行离散。

选择原则：

（1）对于薄壳问题，常规 壳单元的性能优于连续体单元；而对于接触问题，连续体壳单元的计

算结果更加精确，因为它能在双面接触中考虑厚度的变化。

（2）如果需要考虑薄膜模式或弯曲模式的沙漏问题， 或模型中有面内弯曲， 在 ABAQUS/Standard 中使用S4 单元可获得很高的精度。

（3） S4R 单元性能稳定，适用范围很广。

（4） S3/S3R 单元可以作为通用壳单元使用。由于单元中的常应变近似，需要划分较细的网格来

模拟弯曲变形或高应变梯度。

（5）对于复合材料，为模拟剪切变形的影响，应使用适于厚壳的单元（例如S4、S4R、S3、S3R、

S8R），并要注意检查截面是否保持平面。

（6）四边形或三角形的二次壳单元对剪切自锁或薄膜自锁都不敏感，适用于一般的小应变薄壳。

（7）在接触模拟中，如果必须使用二次单元，不要选择STRI65 单元，而应使用S9R5。

（8）如果模型规模很大且只表现几何线性，使用S4R5 单元（线性薄壳单元）比通用壳单元更

节约计算成本。

石亦平ABAQUS 有限元分析实例祥解之读后小结

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（9）在ABAQUS/Explicit 中，如果包含任意大转动和小薄膜应变，应选用小薄膜应变单元。

[22] 梁单元类型的选择

如果一个构件横截面的尺寸远小于其轴向尺度（一般的判据为小于1/10），并且沿长度方向的应力

是最重要的因素，就可以考虑梁单元来模拟此结构。ABAQUS 中的所有单元都是梁柱类单元，即可

以产生轴向变形、弯曲变形和扭转变形。Timoshenko 梁单元还考虑了横向剪切变形的影响。B21

和B31（线性梁单元）以及B22 和B32 单元（二次梁单元）是考虑剪切变形的Timoshenko 梁单

元，它们既适用于模拟剪切变形起重要作用的深梁，又适用于模拟剪切变形不太重要的细长梁。这

些单元的截面特性与厚壳单元的横截面特性相同。

ABAQUS/Standard 中三次单元B23 和B33 被称为Euler-Bernoulli 梁单元，它们不能模拟剪切变形，

但适合于模拟细长的构件（很截面的尺寸小于轴向尺度的1/10）。由于三次单元可以模拟沿长度方

向的三阶变量，所以只需划分很少的单元就可以得到很精确的结果。

选择原则：

（1）在任何包含接触的问题中，应使用B21 或B31 单元（线性剪切应变梁单元）。

（2）如果横向剪切变形很重要，则应采用B22 或B32 单元（二次Timoshenko 梁单元）。

（3）在ABAQUS/Standard 中的几何非线性模拟中，如果结构非常刚硬或非常柔软，应使用杂交

单元，例如B21H 或B32H 单元。

（4）如果在ABAQUS/Standard 中模拟具有开口薄壁横截面的结构，应使用基于横截面翘曲理论

的两单元，例如B31OS 或B32OS 单元。

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