Abaqus学习笔记.doc

一 Abaqus使用日记Abaqus标准版共有“部件（part）”、“材料特性（property）”、“装配（assemble）”、“计算步骤（step）”、“交互（interaction）”、“加载（load）”、“单元划分（mesh）”、“计算（job）”、“后处理（visualization）”、“草图（sketch）”十大模块组成。建模方法：一个模型（model）通常由一个或几个部件（part）组成，“部件”又由一个或几个特征体（feature）组成，每一个部分至少有一个基本特征体（base feature），特征体可以是所创建的实体，如挤压体、切割挤压体、数据点、参考点、数据轴，数据平面，装配体的装配约束、装配体的实例等等。1首先建立“部件”（1）根据实际模型的尺寸决定部件的近似尺寸，进入绘图区。绘图区根据所输入的近似尺寸决定网格的间距，间距大小可以在edit菜单sketcher options选项里调整。（2）在绘图区分别建立部件中的各个特征体，建立特征体的方法主要有挤压、旋转、平扫三种。同一个模型中两个不同的部件可以有同名的特征体组成，也就是说不同部件中可以有同名的特征体，同名特征体可以相同也可以不同。部件的特征体包括用各种方法建立的基本特征体、数据点（datum point）、数据轴（datum axis）、数据平面（datum plane）等等。（3）编辑部件可以用部件管理器进行部件复制，重命名，删除等，部件中的特征体可以是直接建立的特征体，还可以间接手段建立，如首先建立一个数据点特征体，通过数据点建立数据轴特征体，然后建立数据平面特征体，再由此基础上建立某一特征体，最先建立的数据点特征体就是父特征体，依次往下分别为子特征体，删除或隐藏父特征体其下级所有子特征体都将被删除或隐藏。特征体被删除后将不能够恢复，一个部件如果只包含一个特征体，删除特征体时部件也同时被删除2建立材料特性（1）输入材料特性参数弹性模量、泊松比等（2）建立截面（section）特性，如均质的、各项同性、平面应力平面应变等等，截面特性管理器依赖于材料参数管理器（3）分配截面特性给各特征体，把截面特性分配给部件的某一区域就表示该区域已经和该截面特性相关联3建立刚体（1）部件包括可变形体、不连续介质刚体和分析刚体三种类型，在创建部件时需要指定部件的类型，一旦建立后就不能更改其类型。采用旋转方式建立部件，在绘制轴对称部件的外形轮廓时不能超过其对称轴。（2）刚体是不能够施加质量、惯性轴等特性的，建立刚体后必须给刚体指定一个参考点（reference point）。在加载模块里对参考点施加约束和定义其运动，对参考点施加的荷载或运动就相当于施加给了整个刚体。4模型装配（1）在装配（assemble）模块里首先建立部件实例（part instance），一个部件实例可以看作部件的代表，但并不是原部件的拷贝。实例一直和原部件保持关联，当原部件几何形状发生变化时，实例也发生相应变化。不能对部件实例直接编辑，一个装配模型可以包含一个部件的多个实例。所有装配模型中的实例都是该装配模型的特征体，在创建第一个实例时所生成的装配模型总体坐标系也是该装配模型的一个实例。同一个部件中所有特征体在装配模块中对该部件建立实例时会形成一个整体，也即形成了装配模型中一个特征体。选择该实例时，该实例在装配之前原部件中所有特征体都被选择了，原部件中所有特征体在装配后形成了一个整体。对于各部件的实例，可以在view菜单assembly display options选项里选择instance标签对现有的各实例决定其是否显示在当前视窗中，这一功能对选择视窗中的对象很有帮助。所有建立的部件实例组成了装配模型新的特征体，在特征体管理器中查看。后续所有模块的操作对象就是所生成的部件实例，也即装配模型中的特征体，而不是原来的部件。65：部件实例有独立的和非独立的两种，缺省状态是非独立实例。独立的实例划分网格时独立划分，与源部件不相关，非独立实例划分网格时和源部件相关联。（2）在部件模块里定义部件，在材料特性模块来赋予部件材料参数，然而，在使用装配模块将各个部件装配成一个模型时，所操作的对象仅仅是部件实例，而不是部件本身。在交互模块、加载模块和单元划分模块里所操作的对象都是装配集合模型中各个部件的实例。（3）创建了一个部件实例后，ABAQUS需要生成一个装配体的总体坐标系定位该实例，该装配体的总体坐标系与创建部件时的总体坐标系是两个不同的坐标系。在创建部件基特征体时的绘图（sketch）坐标原点与装配体的总体坐标系原点重合，并且xy坐标平面和装配体总体坐标系xy平面平行。创建了第一个实例后，装配模块会在当前视图中显示出整体坐标系的原点和方向，ABAQUS定位该实例的方法就是将该实例基特征体的坐标原点（绘制平面草图的坐标原点）与装配体总体坐标系原点重合。（4）定位各个部件实例除了移动和旋转方法外，装配模块提供了定位各个部件实例的工具集，通过选择实例的面或边来定位。可以选择部件实例的面或边移动，成为移动部件实例，也可以选择面或边固定，成为固定部件实例。常见的定位标准包括：平行面、面对面、平行边、边对边、共轴、点重合、坐标系平行、接触。各定位标准之间互不影响，可以用新的定位标准替换原定位标准使实例重新定位。平行面：两个选择的面相互平行面对面：选择的两个面相互平行并且有一个给定的间距平行边：所选择的两个边相互平行边对边：所选择的两个边相互平行并且有一个给定的间距或者两个边共线共轴：两个选择的面轴线重合每一个定位标准都作为装配模型的特征体而保存，可以在特征体管理器里进行编辑，也即用来定位的面、边、点、轴、坐标系都成为了装配体的特征体。5定义分析步骤：（1）对模型施加荷载和边界条件之前或者定义模型的接触问题之前，必须定义不同的分析步骤。然后可以指定在哪一步施加荷载，在哪一步施加边界条件，哪一步去定相互关联。创建了分析步骤后，CAE会选择分析过程相应的输出变量，选择变量写入输出结果文件数据库的频率。(2)CAE缺省地创建初始步（initial）分析步骤创建完成后自动生成了输出结果管理器(3)输出结果要求ABAQUS求解器通常计算每一个增量步许多变量值，而往往我们只对其中某一小部分计算数据感兴趣，软件提供了指定要输出到计算结果数据库中的某些变量结果的功能。输出要求包括一下一些信息：（a）所需要的变量或者变量分量；（b）模型中某一特定区域和积分点的计算结果；（c）写到计算结果数据库中各变量值的写入频率；建立了第一分析步后，CAE缺省地选择和相应的分析过程中输出变量集。缺省的情况下，CAE输出模型中每个节点或积分点的计算值。场变量输出（field）和历程输出（history）（a）场变量输出：在通常情况下，后处理模块采用变形形状、等直线或矢量图来看实时输出结果，由ABAQUS生成的实时输出结果数据库文件都很大，因此可以通过输出要求来限制结果数据库的大小。（b）历程输出：ABAQYUS对模型中指定点产生历程输出数据。在大多数情况下可以使用后处理模块在XY坐标系中查看历史输出结果。结果的输出频率依赖于如何使用计算生成的各种数据，输出频率可以很高。可以建立历史输出要求，通过该要求限制历史输出频率。在建立历史输出要求时可以指定某一个独立的变量写入输出结果数据库。输出要求的传递（propagate）创建了第一个分析步后，ABAQUS自动创建一个缺省的场变量输出要求和历程输出要求，并将其传递给其后创建的分析步。通用分析步（general step）和线性干扰分析步（linear perturbation step）分析步包括通用步和线性干扰步两大类，对第一个建立的通用步和线性干扰步ABAQUS自动建立一个缺省的实时输出结果要求和历史输出结果要求。这两种要求都可以传递给其后的分析步，当在已有的分析步中插入新的通用分析步或者线性干扰分析步时，其上一个分析步相应的输出结果要求会自动传递给该分析步。如果在所有已有分析步之前插入一个新的分析步，ABAQUS将不会建立一个缺省的结果输出要求给该新的分析步，这时可以创建一个新的结果输出要求，也可以在结果输出要求管理器中将该分析步的下一分析步输出结果要求移动到该分析步。如果删除一个分析步，相应的结果输出要求以及其后由该步传递的各分析步的输出结果要求都将被删除。如果某一个分析步没有相应的结果输出要求，在计算模块（job）里生成输入文件时将会给出警告。输出文件用于从计算结果中绘制变形形状，等直线。输出文件管理器是依赖于步骤管理器而存在的，6选择监视自由度可以定义模型中选定部分的特殊单元和节点集合，对这些集合可以在属性模块中分配断面特性、在交互模块中创建接触节点和表面集合的接触对、在加载模块中加载和施加边界条件、在步骤模块中指定输出文件要求、在显示模块中显示特定区域的计算结果。7在交互模块中创建接触表面用于相互作用的接触问题在复杂的接触模型中首先要要用表面工具集创建接触接触表面集合供后面指定主从接触表面是选择方便，但是如果模型简单，接触表面很容易选择就无需创建接触表面，可以直接从模型中选择。当创建一个曲面接触面，必须指明是内表面还是外表面，可以通过所给出的矢量箭头确定。一个表面集合中可以有多个表面，从表面集合管理器中可以查看各表面集合。8建立交互作用特性交互作用是用来建立模型中接触表面或相距很近的表面之间力学关系的对象。可以建立一系列交互作用特性，它和交互作用相互独立，每个交互作用都可以被分配到交互作用特性。交互作用特性共有三种：接触特性（contact）、膜条件特性（file condition）、激励和传导特性（actuator/sensor）接触交互作用特性可以是切向接触和法向接触，接触面间可以是有摩擦、无摩擦和阻尼接触，还可以相互间分离。接触交互作用特性中通常包含阻尼、热传导、热辐射、摩擦生热等信息。接触交互作用特性可以被通用接触、面对面接触或自我接触等交互作用引用。膜条件交互作用特性定义膜层传热系数为温度的函数。膜条件特性只能被膜条件交互作用引用。9建立交互作用交互作用依赖于所建立的分析步。建立交互作用时必须指定主作用面和从作用面。对于主、从作用面可以从已经创建的作用面集合中选择，也可以从视窗中直接选择。10施加边界条件和荷载在加载模块（load）中施加边界条件和荷载。施加边界条件也依赖于说建立的分析步。实体单元（solid element）只有平动自由度，没有转动自由度，所以施加边界条件时只需约束起平动自由度即可。对于分析刚体来说，约束只能施加给分析刚体的参考点。缺省的情况下，ABAQUS将边界条件传递给其后的每一个分析步。对每一个分析步中的边界条件可以进行编辑和修改。11网格划分（1）进入单元划分模块后，ABAQUS的颜色代表该模型中不同区域适合用哪种方法就行单元划分。绿色表示可以可以采用结构法划分，黄色表示可以用旋转扫描法划分，橙色表示该区域不能用缺省的单元（实体单元缺省的单元为六面体单元hexahedral）形状进行单元划分，必须对该区域进行分解后才能用缺省的单元形状进行单元划分。当然，可以采用四面体单元（tetrahedral）利用只有网格技术对任何形状的模型区域进行单元划分。（2）分解模型（partition）可以对模型中的边（edge）、面（face）和体（cell）进行分解。用来将边、面、体分解成更小部分的点、边、面都成为模型中的特征体，这些特征体和其他特征体一样可以在特征体管理器中查看。（如：将一个体分解成两部分需要用一个面将体切割成两部分，这个面就成了模型中一个新的特征体。）分解一个体的方法有五种，也即有五种分割特征体可以将一个特征体分解：定义切割面（define cutting plane）、使用数据平面（use datum plane）、延伸平面（extended face）、挤压或旋转边（extrude/sweep edges）、N-sided patch。一次分解操作仅仅只是将被分解的对象分解成两部分，并不能改变被分解对象所在特征体（部件实例）的整体性，也即原特征体或其上的某一组成部分被分解一次，该特征体并不会被分解成两部分。（3）单元划分控制不能对刚体进行单元划分。在mesh control中指定单元类型（六面体单元、四面体单元等等）和单元划分方法（结构划分法（structured）、自由划分法（free）、旋转划分法（sweep）等等）。操作的对象是被分解后的边、面、和体，可以对同一实例（装配模型的特征体）分解后产生的不同边、面、体分别采用不同的单元划分方法，指定不同的单元类型。（4）分配单元类型选择单元库（standard、explicit）、确定线性单元（linear）或者二次单元（quadratic）、确定这两种单元的特性：杂交元（hybrid formulation）、缩步积分（reduced integration）、非协调单元模式（incompatible modes）。操作的对象是被分解后的边、面、和体，可以对同一实例（装配模型的特征体）分解后产生的不同边、面、体分别指定不同的单元库、单元特性等。（5）指定单元大小指定划分单元的近似尺寸。操作的对象是被分解后的边、面、和体。（6）划分单元操作对象是整个实例（装配体的特征体）12提交工作13画布对象画布可以看作是一个无限的屏幕或黑板，在上面可以布置各种对象。画布对象包括三大类：视窗、画布文字注释、画布箭头注释。（1）视窗是画布上显示模型和分析结果的对象。可以画布上随意建立和删除视窗，控制其尺寸、位置和外观，但是画布上至少有一个视窗对象，不能全部删除所有的视窗对象。（2）文字注释和箭头注释只能根据画布定位，与视窗无关，可以在视窗之内也可以在视窗之外，移动视窗对文字和箭头注释的位置没有任何影响，但是可以调整他们的位置使得他们处于视窗之中。14草图模块（sketch）草图是二维的剖面图，可以用于生成三位部件。在草图模块中可以定义平面部件、梁、或者分割体用于挤压、平扫、旋转等方法形成三维部件。在草图模块中也可以定义与特征体无关的独立的二维平面断面图。15后处理文件输出(1) *File Output：定义输出到结果文件File Output选项可以输出节点、单元、整体数据到选定的文件。*EL FILE、*ENGERGY FILE和*NODE FILE 选项必须和*FILE OUTPUT选相联使用。ABAQUS输入文件（input file）ABAQUS输入文件包含模型数据和历史数据。模型数据定义有限元模型：单元、节点、单元特性、材料定义等等。模型数据用来组织生成部件，部件经过装配后生成各种模型。历史数据定义对模型的操作，即求解模型响应所需要的时间顺序或加载情况等。在ABAQUS里将这个历史过程分解为不同的分析步。每一个分析步都是某一特定类型的响应，如静载、动力响应，土体瞬时固结等等。分析步的定义必须包括过程类型（静态应力分析、热传导分析等）、时间积分和非线性求解控制参数、荷载和输出控制。非线性求解步和线性慑动分析步ABAQUS中的非线性求解步和线性慑动分析步有着明显的差别。非线性分析步定义一系列事件，上一个非线性步必须为下一个非线性步提供初始条件。线性慑动分析步提供了系统基本状态（BASE STATE）的线性响应，基本状态也就是优先于线性慑动分析步的最后一个非线性分析步。每一个非线性分析步都必须把前一个非线性分析步的状态作为自己的初始条件。例如，动力分析可以不加载，动力响应主要来自静力分析步中所储存应变能的释放。（2）计算结果输出到data file或者results file所给定的场变量或历程变量可以通过下面Keyword写入.dat文件，但是不能在CAE中实现。*CONTACT PRINT *EL PRINT *ENERGY PRINT *INTERACTION PRINT *MODAL PRINT *NODE PRINT *SECTION PRINT二 内存问题：在你的ABAQUS安装目录找到site文件夹里面的abaqus_v6.env文件，将它 copy到你的工作目录下，打开作相应的修改就可以了。比如： pre_memory = 512 mb /预处理分配的内存 standard_memory = 800 mb /standard计算的内存 mp_mode = MPI scratch=D:/temp /计算的过程文件放在此目录下 mp_file_system = (DETECT,DETECT) 三 ABAQUS约定相关每种软件在顺利运行中都有自己的一套在诸如单位、符号、变量值表示等方面的约定用法，如果想用此种软件进行适合自己的分析，自己进行主观操作之外，对它的这种约定我们也要提起注意，否则很容易产生我们觉察不到的问题。（参考 abaqus analysis manual 中1.2.2Conventions）1. 自由度2. 坐标系统3. 单位4. 时间尺度5. 曲面方向6. 应力与应变7. 旋转1自由度Abaqus中对单位的认定与其他软件（如ANSYS）稍微有点不同就在于默认情况下abaqus是以1、2、3等数字来表示各种自由度的标符的，在手写inp中，只能以它们表示自由度。除了轴对称单元（.ax.）以外，其它单元对自由度进行如下约定：1. x方向（平动自由度）2. y方向。3. z方向。4. 绕x轴旋转的旋转自由度（以弧度表示）5. 绕y。6. 绕z。7. 翘曲（对于开口截面梁单元）8. 孔隙压力（或静水压）9. 电势11温度（或质量扩散分析中的归一化浓度）12. 第二温度（对于壳、梁）13. 第三温度。14. 其他其中，x、y、z默认情况下是分别与系统的整体坐标系X、Y、Z相一致的，但如果使用*Transform对结点进行局部坐标系转化的话，那么它们将与局部坐标系中的相关坐标轴一致。 对轴对称单元的平动与旋转自由度如下规定：1. r方向（径向）位移2. z方向（轴向）位移5. 绕z轴旋转（用于带扭曲的轴对称单元），以弧度表示6. r-z平面的旋转（用于轴对称壳单元），以弧度表示用*transform进行结点坐标系转换的自由度改变同上。 可用的自由度上述所列自由度并不是同时都能用在某一单元结点上的，不同的分析，不同的单元自会有适合其分析的自由度，而其他则在此是失效的。 ABAQUS/Standard中的内部变量除了上述所列的自由度外，ABAQUS/Standard对某些单元还内定了内部自由度变量（如用于施加约束的拉格朗日乘子），一般情况下，使用ABAQUS分析并不需要去了解这些变量，但在进行分析过程中，当迭代中对非线性约束的满足进行检验时常用到这些内部变量，这从msg文件中的错误警告信息中可以看到。内变量与内部结点相关，内部结点在ABAQUS中为系统分析所用，以负的结点号出现以别于我们所定义的结点。2坐标系 同一般规定一样，ABAQUS采用的基本坐标系（系统整体坐标系）是直角坐标系，方向遵循右手法则。为便于各种分析，用户可以自行定义局部坐标系以便于建模、定义材料、定义载荷以及变量输出等。 建模中，常在node/ngen中加入*system 材料中，常以*orientation进行定义局部坐标系（尤其对于壳、梁单元） 载荷中，用*transform可以定义局部坐标系下的载荷 输出中，先前定义的*transform（用于结点变量）与*orientation可以发挥作用。3单位 实际上，ABAQUS没有单位的概念，它仅是通过有限元方法对矩阵进行数学运算得到结果，理论上没有什么物理意义，但各种变量从人为地角度赋与物理意义以及物理定理的数学表示，从而发动ABAQUS进行求解出有意义的的结果来，由此看来，结果是否有效，人对各种数据变量的主观把握是重要的。单位的一致性可以保证结果运算不会产生与之相关的问题。一般，ABAQUS建议用一套认可的单位制进行单位定义，比方说，国际单位制。当然，如果你原意通过一系列的转化（转化因子可能复杂）的话，可以不遵守单位一致性的约定。旋转及角度表示ABAQUS中，旋转自由度（4、5、6）以弧度来表示，而其他角度相关的一般都以真实角度表示（如相角、*ncopy,shift中的旋转角度），其实，便于好记的说法就是，与长度或三角运算相关的用弧度，与旋转相关的用角度表示。（个人理解） 国际单位制国际单位制是我们最常用的一套符合一致性要求的单位系统（SI）。其基本的单位共五个：长度（m），质量（kg）、时间（s）、温度（K）、电流（A）。其他相关单位均在此单位基础上组合或推导出来。如力，其单位为牛顿（N）：类似地，库伦在国际单位制中为：焦耳（J）：电势在国际单位制中为伏特（V），其单位标准为：然而，有时国际标准单位在分析中使用并不方便。比如说，结构分析中常用到的杨氏模量，其单位常用为MPa（N/mm2），此时，为单位一致，与之相对应的其他基本单位应为（1吨1000KG、千米、秒）。 美（英）式单位对我们而言，总是不太习惯使用美式或英式单位制，这是因为其单位命名规则不像国际单位制中的表示的那样清楚。比方说，1磅力等于1磅质量（lbm）乘以重力加速度（单位为）。如果以磅力、英尺(ft)和秒作为基本单位的话，则质量lbm可以表示为：。但在一般情况下，密度的单位为，所以若要以上述基本单位表示的话，就必须转化为：（不方便？）而且，从手册中也容易让我们在lb倒底代表的是lbm还是lbf而感到模糊。我们必须通过查看其由哪些单位组成推导出才能确认是什么。另外，难理解的还有两个单位，一个是斯（勒格）slug（lbf sec2/ft），其被定义为在受到一磅重的力作用时产生每秒钟一英尺的加速度的质量单位。另一个是磅达poundal（是这么称呼的吧，？），被定义为使质量1磅的质点发生1尺/秒加速度的力。以下两个有用的转化为：和。这里g为重力加速度值（单位为：）。 ABAQUS单位符号表示单位符号SI单位lengthLmetermassMkilogramtimeTsecondtemperaturedegree Celsiuselectric currentAAmpereforceFNewtonenergyJJouleelectric chargeCCoulombelectric potentialvoltmass concentrationPParts per million4时间ABAQUS共有两种时间计法，一种是步时间（step time）另一种是总分析时间（total time）。除了线性扰动分析（它不考虑时间），步时间是从每一分析步开始计算，而总分析时间则是从第一个step开始计算起的所有step的时间积累（包括*restart步）。5关于空间曲面的局部方向 完全的空间曲面定义需要有局部面方向的定义以完成定义诸如基于单元接触曲面的切向滑移方向或是壳单元的应力应变方向。对此类方向ABAQUS作如下规定： 默认的局部1方向是整体x轴向曲面的投影，如果该x轴垂直于曲面（与曲面法线夹角小于0.1度），其局部1方向是整体z轴向曲面的投影。而局部2方向则是局部1方向依右手法则形成，故而局部1、2和曲面的正法线的构形局部坐标轴方向（依右手法则）。如下图。曲面的正法线方向是通过构成该单元的结点以右手法则旋转而成。局部曲面方向可以通过*orientation定义。 当考虑垫片单元或与*section print和*section file相关的局部坐标系统定义时，曲面的局部1-、2-方向变成局部2-、3方向。 对于线型单元如梁beam、管pipe、杆truss的空间方向，其默认的局部1-方向和2方向该单元的切向与横向（其具体方向与结点定义顺序有关），当然也可以通过*orientation进行修改。关于壳单元的应力方向规定15.6.1Shell elements: overviewDefinition of local directions on the surface of a shell in spaceThe default local directions used on the surface of a shell for definition of anisotropic material properties and for reporting stress and strain components are defined in “Conventions,” Section 1.2.2. 1.2.2 ConventionsLocal directions on surfaces in spaceLocal directions are needed on surfaces in space; for example, to define the tangential slip directions on an element-based contact surface or to define stress and strain components in a shell. The convention used in ABAQUS for such directions is as follows.The default local 1-direction is the projection of the global -axis onto the surface. If the global -axis is within 0.1 of being normal to the surface, the local 1-direction is the projection of the global -axis onto the surface. The local 2-direction is then at right angles to the local 1-direction, so that the local 1-direction, local 2-direction, and the positive normal to the surface form a right-handed set (see Figure 1.2.21). The positive normal direction is defined in an element by the right-hand rotation rule going around the nodes of the element. The local surface directions can be redefined; see “Orientations,” Section 2.2.5. Figure 1.2.21 Default local surface directions.The local 1- and 2-directions become local 2- and 3-directions, respectively, when considering gasket elements or the local systems associated with integrated output sections (“Integrated output section definition,” Section 2.5.1) or user-defined sections (“Section output from ABAQUS/Standard” in “Output to the data and results files,” Section 4.1.2 局部旋转方向对于几何线性分析而言，以默认的材料方向（初始参考中定义）就可以将应力应变表示出来。对于几何非线性分析，在ABAQUS/Standard中的小应变壳单元（S4R5, S8R, S8R5, S8RT, S9R5, STRI3, 和 STRI65）使用总体拉格朗日应变算法，应力应变可以相对于参考构型的材料方向改定。垫片单元是小应变小位移单元，默认情况下其应力应变值也是以初始参考构型定义的行为方向输出。对于有限膜应变单元（所有的膜单元以及S3/S3R, S4, S4R, SAX,和 SAXA单元）和在ABAQUS/Explicit中的小应变单元，其材料方向是随着曲面的平均刚性旋转运动而变以形成当前构型的材料方向。此时这些单元的应力应变则是根据当前的参考构型中的材料方向给出的。（更详细地说明可以参考ABAQUS相关手册）。用户可以决定与*section print和*section file相关的局部坐标系统是固定不动还是随着曲面的平均刚性运动而旋转。6应力应变的规定在定义材料特性时，在ABAQUS中应力应变的各个分量定义如下顺序：1-方向的正应力：2方向的正应力：3方向的正应力：1-2面的剪应力：1-3方向的剪应力：2-3方向的剪应力比如，一个完全各向异性、线弹性矩阵为：1-、2-和3-方向的确定依靠所选择的单元类型。对于实体单元就是整体坐标系的空间方向。对于壳单元和膜单元，1-、2-方向默认上是壳或膜曲面的局部方向。可以通过*orientation对三个方向进行适合自己分析的修改。对于实体单元的几何非线性分析，默认的方向并不会随着材料的旋转而变化。然而，如果通过*orientation定义的方向则会旋转。ABAQUS/Explicit在分析中，在内部以不同的顺序完成对各应力的存储。对于几何非线性分析，无论是否使用*orientation，这些被存储的变量总是随着材料的方向旋转的，这一点在子程序VUMAT被使用时尤显重要。 各向异性材料行为 在连续体单元中定义各向异性材料行为时，用*orientation所定义的材料方向是很重要且必要的。 零值应力在分析中，如果应力值一直为零，在矩阵存储时将被忽略。例如，对于平面应力分析，ABAQUS仅存储两个面内的正应力和一个面内的剪应力。 剪应变ABAQUS输出工程剪应变： 应力应变测量 在ABAQUS中，应力使用的是柯西应力（？）或真实应力值，即每单位当前面积上的应大小。详细地请看手册。“Stress measures,” Section 1.5.2 of the ABAQUS Theory Manual。 对于几何非线性分析，存在多种不同的应变计量方法。不像真实应力，它没有很清楚的真实应变的计法。对同一种物理变形，在大应变分析中不同的应变测量方法会给出不同的应变值，当然其值所能反应的实际性也就不同。如何选择最好的应变测量方法，这依靠分析类型、材料行为以及在一定程度上也依靠个人喜好！详见“Strain measures,” Section 1.4.2 of the ABAQUS Theory Manual 默认情况下，在ABAQUS/Standard中应变以“综合”总应变（E）输出，对于大应变的壳、膜和实体单元，还有两种其他的总应变计法可以输出：自然应变（LE）和公称应变（NE）。 在ABAQUS/Explicit中，自然应变（LE）是默认的应变输出，也可以要求公称应变输出。而“综合”应变在ABAQUS/Explicit中是无法得到的。 总（综合）应变默认情况下，ABAQUS/Standard输出到.dat文件和.fil文件的应变为综合应变，这是对于所有可以在材料体下将应变率数值积分获得有限应变的单元都适用的：，其中和分别是分析中第n+1次和第n次的总应变，为旋转张量的增量，为从第n次增量到第n+1次增量的总应变增量。对于使用正转坐标系统（右手法则）的单元（使用*orientation有限应变壳单元、膜单元和实体单元）上式可以简化为：应变增量可以通过对变形率D在整个时间增量上积分得到：这种应变计法对于弹塑性（粘弹性材料）或弹性蠕变材料都是适合的，这是因为塑性应变和蠕变应变都是通过相同的积分方式得到的。在这样的材料里，弹性应变是很小的（因为屈服应力相对于弹模来说是较小的），此时总（综合）应变可以直接地与塑性应变和蠕变应变相对比！ 如果应变的主方向关于材料方向的变化而旋转变化的，那么最后所得到的应变是不能和总变形相联系的，此时无论采用的是何种坐标系统。如果主应变方向保持固定，那么应变就是变形率的积分：这与稍后将要讨论的自然应变等效。 格林应变在ABAQUS/Standard中，对于小应变壳和梁单元，默认的应变计法E为格林应变： 此时，F为变形适量梯度而I为特征张量。这种应变计法适合于在小应变、大旋转分析中使用这些单元。分量代表沿原定义方向的应变，不能在有弹塑性或超弹性材料行为的有限应变分析中使用小应变壳和梁单元，因为可能会导致不正确的分析结果！公称应变 公称应变NE被定义为： 其中，为左拉伸张量，为主拉伸，为在当前材料参数下的主拉伸方向。因此，主公称应变也就是在主材料参数方向下长度变化对原长度的比值，从而直观地解释了变形。自然应变 自然应变LE被定义为：（式中变量同上）。 应力不变量在ABAQUS中许多结构模型都是根据应力不变量进行阐述的，这些应力不变量为：等效压应力：Mises等效应力：第三偏应力不变量：这中间，S为偏应力，被定义成：七有限旋转空间中，对于有限旋转作如下规定：定义、为关于整体X、Y和Z轴的旋转量（也就是指在一个节点的4、5、6自由度）。定义，其中，方向P为旋转同方向，为右手法则得出的旋转角度（弧度表示），见下图。值不是唯一确定的。在大旋转问题中，如果总旋转量超过，可以加或减任意倍的（以得到在内的值），而这可能会导致旋转分量的不连续输出。 这个规则提供了在大多数分析中对于运动边条和弯矩的简便输入以及输出的简单解释。由ABAQUS产生的对旋转的输出代表的是关于一固定轴从原参考构型到当前构型的旋转。此输出不同于对结点的旋转历史输出。而且，这个规则成为了小旋转分析甚至是施加到初始有限旋转上的小旋转情况（这种情况可在关于一个预变形状态下小振动研究考虑）最通常的规则。组合旋转 因为有限旋转的方向性，它不是累积的，它们被指定的方式与其它种边条被指定的方式有所不同：在整个step上指定的旋转增量必须是从分析步开始的构型到该步末所需要的构型旋转结点所需要的旋转量。对于总旋转量，在分析中它将结点旋转到最终的位置，但如果它是在其他的几个初始参考构型中施加的，那么在一个分析步中就使结点旋转到总量来说是不够的（也可以说是不正确的）。如果对于某结点施加的一个旋转增量是在该分析步开始（也就是上一分析步结束时）时使该结点从其旋转边界条件旋转并最终在该步结束时到其最终位置的话，那么在该步末的模型此结点的边界条件诸如旋转向量就应该是。如果旋转向量的方向保持不变，那么定义旋转边条和总旋转向量的方法是相同的。下面以梁的旋转为例来说明如何指定组合有限旋转以及说明有限旋转输出：梁最初位一x轴上，现在想进行如相复合旋转：最行使梁绕z轴旋转60度，随后梁自旋（以自己梁轴）90度，最后使梁绕在x-y平面内垂直于梁体的轴旋转90度。该分析的组合旋转分为三步，分别施加旋转微量 、和，其中：在这个例子中，、和。这里代表每一个绕旋转轴有限旋转的大小。上述的三个旋转向量分别在第一个步开始的构型定义时施加。用*Boundary,type=velocity可以很简便地进行定义。为方便起见，在ABAQUS中对于velocity类型的边条其默认的amplitude值为常量。如下为一个典型的ABAQUS分析步，将结点1固定在原点而将旋转加于结点2上：STEP, NLGEOMStep 1: Rotate 60 degrees about the z-axis *STATIC*BOUNDARY, TYPE=VELOCITY 2, 4, 5 2, 6, 6, 1.047198 *END STEP* *STEP, NLGEOMStep 2: Rotate 90 degrees about the beam axis *STATIC*BOUNDARY, TYPE=VELOCITY 2, 4, 4, 0.785398 2, 5, 5, 1.36035 2, 6, 6 *END STEP* *STEP, NLGEOMStep 3: Rotate beam onto z-axis *STATIC*BOUNDARY, TYPE=VELOCITY 2, 4, 4, 1.36035 2, 5, 5, -0.785398 2, 6, 6 *END STEP推荐使用上述方示施加有限旋转边界条件（*boundary, type-velocity为默认的amplitude定义类型）。然而，如果旋转边条是作为位移类型边条加载的话，上面的输入格式需要进行改变，在ABAQUS/Standard中，对于某一分析步的边条是在分析步内定义整体或该步最终的边界状态。这种情况下，所有以前分析步中所指定的边条必须要被添加到增量的旋转向量分量上。ABAQUS/Standard的分析步定义将变为：*STEP, NLGEOM Step 1: Rotate 60 degrees about the z-axis *STATIC*BOUNDARY 2, 4, 5 2, 6, 6, 1.047198 *END STEP* *STEP, NLGEOMStep 2: Rotate 90 degrees about the beam axis *STATIC*BOUNDARY 2, 4, 4, 0.785398 2, 5, 5, 1.36035 2, 6, 6, 1.047198 *END STEP* *STEP, NLGEOMStep 3: Rotate beam onto z-axis *STATIC*BOUNDARY 2, 4, 4, 2.145748 2, 5, 5, 0.574952 2, 6, 6, 1.047198 *END STEP可以看出，第二、三步的边条是分别加上了前几步已定义的旋转边界条件！四 ABAQUS单元小结1、 单元表征单元族：单元名字里开始的字母标志着这种单元属于哪一个单元族。C3D8I是实体单元；S4R是壳单元；CINPE4是无限元；梁单元；刚体单元；膜单元；特殊目的单元，例如弹簧，粘壶和质量；桁架单元。自由度dof（和单元族直接相关）：每一节点处的平动和转动1 1方向的平动2 2方向的平动3 3方向的平动4 绕1轴的转动5 绕2轴的转动6 绕3轴的转动7 开口截面梁单元的翘曲8 声压或孔隙压力9 电势11 度（或物质扩散分析中归一化浓度）12梁和壳厚度上其它点的温度轴对称单元1 r方向的平动2 z方向的平动6 r-z方向的转动节点数：决定单元插值的阶数数学描述：定义单元行为的数学理论积分：应用数值方法在每一单元的体积上对不同的变量进行积分。大部分单元采用高斯积分方法计算单元内每一高斯点处的材料响应。单元末尾用字母“R”识别减缩积分单元，否则是全积分单元。ABAQUS拥有广泛适用于结构应用的庞大单元库。单元类型的选择对模拟计算的精度和效率有重大的影响；节点的有效自由度依赖于此节点所在的单元类型；单元的名字完整地标明了单元族、单元的数学描述、节点数及积分类型；所用的单元都必须指定单元性质选项。单元性质选项不仅用来提供定义单元几何形状的附加数据，而且用来识别相关的材料性质定义；对于实体单元，ABAQUS参考整体笛卡尔坐标系来定义单元的输出变量，如应力和应变。可以用*ORIENTATION选项将整体坐标系改为局部坐标系；对于三维壳单元，ABAQUS参考建立在壳表面上的一个坐标系来定义单元的输出变量。可以用*ORIENTATION选项更改这个参考坐标系。2实体单元(C)实体单元可在其任何表面与其他单元连接起来。C3D:三维单元CAX:无扭曲轴对称单元，模拟3600的环，用于分析受轴对称载荷作用，具有轴对称几何形状的结构；CPE:平面应变单元，假定离面应变33为零，用力模拟厚结构；CPS:平面应力单元，假定离面应力33为零，用力模拟薄结构；广义平面应变单元包括附加的推广：离面应变可以随着模型平面内的位置线性变化。这种数学描述特别适合于厚截面的热应力分析。可以扭曲的轴对称单元：用来模拟初始时为轴对称的几何形状，且能沿对称轴发生扭曲。这些单元对于模拟圆柱形结构，例如轴对称橡胶套管的扭转很有用。反对称单元的轴对称单元：用来模拟初始为轴对称几何形状的反对称变形。适合于模拟像承受剪切载荷作用的轴对称橡胶支座一类的问题。如果不需要模拟非常大的应变或进行一个复杂的，改变接触条件的问题，则应采用二次减缩积分单元（CAX8R,CPE8R,CPS8R,C3D20R），如果存在应力集中，则应在局部采用二次完全积分单元（CAX8,CPE8,CPS8,C3D20等）。对含有非常大的网格扭曲模拟（大应变分析），采用细网格划分的线性减缩积分单元（CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R等），对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调元（CAX4I,CPE4I,CPS4I,C3D8I）的细网格划分。如果在模型中采用非协调元应使网格扭曲减至最小。三维情况应尽可能采用块状单元（六面体）。当几何形状复杂时，完全采用块体单元构造网格会很困难，因此可能有