ABAQUS/CAE产品综述

作者：北京怡格敏思软件技术有限公司

欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 简介 ABAQUS/CAE是一个对于ABAQUS分析任务建模、管理和监控的完整环境；同样可以有效地观察ABAQU分析的可视化结果。ABAQUS/CAE的可视化能力同样可以在其单独的产品ABAQUS/Viewer中实现。 产品目标 ——提供一个完整的集成建模能力和分析方案。 ABAQUS/CAE集成了建模、分析、任务管理和结果评价系统。各项功能存储于各个集成模块中，每一个模块包含了一系列逻辑子集以含盖所有功能。用户界面高度集中使得对于初学者很容易学习和掌握。熟悉ABAQUS的概念―诸如步骤、接触、截面、集合、材料和幅度－对于ABAQUS的使用者，绘图界面有很好的自主性。 ——CAD系统和其他建模工具的完美组合 ABAQUS/CAE基于在很多CAD系统中很常见的诸如零件、安装零件等概念，零件可以生成或者用其他系统输入其几何尺寸（在ABAUQS/CAE中再划分网格）或网格单元。 ——对于大规模模型的有效运算性能 ABAQUS/CAE设计用于解决较大模型问题，从而增加了ABAQUS的广泛应用性。 ——包含一个交互界面用于生成特殊用户系统 扩充产品可用性的一个主要功能是通过ABAQUS/CAE用户交互界面用于实现特定的功能。Python编程语言被植入ABAQUS/CAE中作为一个脚本命令语言和GUI扩展工具。 用户界面 ABAQUS/CAE的界面由菜单、按钮和表格组成；对偶尔使用者和熟练的用户同样适用。菜单提供了实现所有功能的路径，而按钮则加速这些功能的实现。 用户界面上端的主要功能包括： ——在有限显示区内的多重视图显示 视图是用于显示模型和计算结果的窗口。显示区是一个有限的屏幕或布告栏，用于显示视图和注解。不同模型的结果可以同时显示。 ——菜单条 显示可利用下拉式菜单。 ——工具栏和工具箱 快速实现菜单条中可以实现的功能的方式。 ——上下文感应帮助 上下文感应帮助可以在用户界面的任何一个方面激活。 ——帮助菜单 一个对于上下文感应帮助的下拉式菜单及在线帮助文档。 ——上下文工作条 结合当前视图的对于模型的定义和修改以及数据库的输出。 ——注解 在显示区随处可见的文本和箭头。 ——查询 提供诸如探针的快速实现信息工具的方式。 视图和显示 模型可以旋转、平铺和利用鼠标动态的缩放。用户自定义视图可以单独和标准视图存储于视图工具箱中。 模型可以按下述方式显示： ——填充单元 ——隐藏线 ——浅色阴影 ——控制框图 可以同时应用多重视图，在同一视图中，按不同的视角、显示方式和不同的模型显示。视图可以任意在显示区中移动和缩放尺寸以达到最好的可视化效果。显示区可以按用户需要在屏幕范围内缩放。 打印 ABAQUS/CAE可以按PostScript、Encapsulated PostScript、PNG和TIFF格式打印图形信息。图片可以直接传递给打印机，或者可以存储于文件中用于其他文档或随后的打印。 图片可以按彩色、黑白色、灰度图等形式生成。用户可以控制图形的大小和分辨率。 模块 各个功能存储于各个组块中，每一个组块包括对于相关功能的一个逻辑组合。模块按用户需要在初始菜单中激活。模块菜单和工具栏出现在每一个模块中。 几何模型 零件和安装 ABAQUS/CAE的模型是基于在CAE中的功能包中的零件和安装概念建立起来的。独立零件的几何构型可以通过以下三种方式得到： ——从其他建模系统输入模型几何尺寸。 ——从其他建模系统输入有限单元网格。 ——通过ABAQUS/CAE建立几何模型。 最终模型将被安装组合在一起形成分析模型。 零件 ABAQUS/CAE模型中的零件可以是二维的，轴对称的或者是三维的。零件由实体表面和曲线组成。一个零件代表一个可变形实体或是一个解析体或是一个离散刚体表面。 零件管理器列出模型中所有零件的列表，可以用于复制、重新命名和删除。零件同样可以通过查询得知它的体积和部分性质，还可以测量模型上两点之间的距离。 几何特征输入与输出 零件的几何尺寸可以从另外的建模模块输入。当一个零件存在于ABAQUS/CAE中，可以通过ABAQUS/CAE的几何生成功能生成附加的模型，比如：空洞，倒角，等等。 ABAQUS/CAE应用的是ACIS几何学引擎。因此，几何学的建立可以从其它的以ACIS为基础的功能包实现并且可以保证其精确性。 二维几何学问题可以通过SAT，IGE或DXF格式输入。三维几何学问题可以通过SAT，IGES或VDA-FS格式进行输入输出。另外二维几何学问题可以通过SAT或IGES格式输出。 ABAQUS/CAE提供自动的或手动的几何修补工具。自动修复被输入模型是通过修复由CAD和ABAQUS/CAE之间产生的公差实现的。附加的修复工具可以用于修改方向，边缘和表面，或者在已有的几何构型上生成表面和单元。 输入网格 零件可以从ABAQUS的输入文件或输出数据库中以有限单元网格的形式输入。节点集和单元集可以引入并用于表征材料性质，外加荷载和边界条件等等。如果网格被修改后输入，所有已用于输入节点集和单元集的属性将保持不变。 附加节点和单元集可以直接在输入网格零件上生成，分析属性可以附加其上。ABAQUS/CAE提供选择工具以利于输入网格实体的选取。例如：复杂表面可以通过选取一个个单位表面使得所有被选取表面之间的夹角大于等于用户指定的角度，从而利于网格的划分。 网格编辑工具可以用于修改已经输入的网格。用户可以清除已有节点和单元，生成新的网格和单元，修改节点坐标，确认和翻转壳体法线，并且可以轻松地将单元从一阶反转到二阶或者反之依然。 参数几何 零件模块包括一个图形模板，通过工具利用参数有效的生成适度复杂的几何体。 零件是由特征构造而成的。特征可以修改，零件可以重新生成，使得参数可以灵活方便的应用。特征可以被删除或者暂时通过命令隐藏在其后重新恢复。 下列基本特征可以用于生成零件几何构型： ―剪切特征 延伸包 旋转包 覆盖包 圆形孔洞 —混和 圆形/倒角 沟槽 —实体特征 延伸一个垂直于平面的二维形态（由草图定义） 沿轴旋转一个二维形态（由草图定义） 沿指定路径平移一个二维形态 —表面特征 定义一个平面表面 将由草图定义的直线或曲线延伸成一个面 沿轴旋转由草图定义的直线或曲线 沿指定路径平移由草图定义的直线或曲线 选择一个实体的表面 —线型特征 面上的直线或曲线 联接两个点 下列功能同样适用于生成复杂模型： ——参考几何 参考几何学用于在区域内协助分块切割或生成模型。参考几何属于构造几何－它并不属于模型的一个部分。参考坐标系，参考轴，参考点和参考平面可以通过多种途径生成。各种类型的参考几何体可以任意的从工作面板上引入移出。 ——分割工具 一个模型可以分割成不同的区域。这些区域可以应用于分配材料性质，加载和给定边界条件。分割可以同样应用于划分网格。边界，表面，实体可以通过不同方式进行划分。 草图 ABAQUS/CAE中的草图工具用于定义二维模型的二维几何体，三维模型的特征，以及分割模型划分网格或分配材料性质。草图通过给出适当的形状，草图维数，最终校正尺寸几个步骤形成。草图可以缺少约束或过量约束，因此，草图不必要给出完整的尺寸。 草图可以由点，线，弧，圆和齿条组成，每一种都可以有不同的形成方式。实体可以被复制，翻转及旋转。倒角可以在曲线之间定义。参考线或圆可以用于协助形成草图。另外，草图网格可以由已存在的几何体连接，以便确定草图的位置。 草图可以保存和恢复。他们可以按SAT，IGES和DXF的格式输入。输入的草图可以按照需求重新编辑和延展。草图可以按照SAT和IGES格式输出。 装配 当所有的零件生成后（通过输入文件或者ABAQUS/CAE的建模工具形成都可以），安装组件用于将各个模型零件安装成一个可以分析的几何体。在安装组件中，通过应用合适的放置工具可以将不同的模型零件有机的结合起来。 单一的零件可以多次引入。例如：许多标准螺钉可以将不同的零件组合安装起来。在这种情况下，可以生成一个螺钉的零件，多次应用这一零件并将它移到合适的位置。ABAQUS/CAE中的每一个零件都包含有一个单独的标征几何体的装配过程用于分析计算。 零件的安装过程中可以通过定义特殊运动方向或选择部件上的参考点实现转化旋转。下列约束条件提供用于确定零件之间的相对距离： －接触 一组表面和另外一组表面简 单接触 －平行面 两个平面之间相互平行 －面对面 两个面相互平行并且给定之 间的距离 －平行边界 两个边相互平行 －边对边两条边相互平行并且给定之间的距离 －同轴 两个特殊的圆锥面或圆柱面有相同的轴向和旋转方向,提供选项将一系列约束条件转化到绝对位置。 零件的定位和安装约束是所有的特征。如果一个零件的几何特征有所改变，零件定位和安装的过程的重新生成可以自动实现。 分析属性 ABAQUS/CAE允许ABAQUS分析过程中必有的属性如材料性质，加载历史，分析类型等等可以由ABAQUS的用户自定义生成。 当分析工作生成的时候，所有的属性都已定义在几何模型上并且映射到每一个有限单元网格。属性在重新生成时保存。例如：如果一个模型的特征被改变，模型重新生成，所有的分析属性将随着模型的改变自动重新分配。 集合可以用ABAQUS/CAE生成。集合包括几何模型的几何学特性和输入网格中的节点集和单元集。当分析工作生成或者求解程序的输入文件生成时，集合中任何与几何特性有关的节点单元的将包括所有合适的节点集和单元集。属性可以通过指定集合名称或直接选择区域而进行应用。 性质 性质模块允许对于不同模型区域定义不同的材料性质。性质的定义要符合ABAQUS的风格：通过定义一系列材料，生成由一种或多种材料组成的区块，并可以按需要给出附加的几何特征数据，例如壳体的厚度。材料和梁模块的方向可以指定。区块可以指定到模型的区域上。 —材料材料管理器允许材料的生成，修改，复制，重新命名和删除。下列ABAQUS中的材料模型数据可以生成： *常规 密度，热膨胀，阻尼 *弹性 线弹性包括平面应力正交失效选项，多孔弹性，次弹性，超弹性包括试验数据输入，超弹性泡沫，粘弹性。 *电性质 导电，绝缘，压电。 *质量扩散 扩散能力，可溶性。 *塑性 各向同性和运动硬化的Mises塑性，Hill’s正交塑性，多孔塑性，延性破坏，蠕变，体积膨胀，扩展的Drucker-Prager模型，Capped Drucker-Prager模型，剑桥－粘土模型，挤压泡沫模型，应变率相关塑性，混凝土，变形塑性，ORNL模型。 *孔隙流动性质 胶体，湿度膨胀，渗透性，孔隙流体流动，多孔体积模量，吸收率。 *热性质 导热性能，特殊热性能，潜热，热的生成，非弹性热分数，焦耳热分数。 *密封垫圈 厚度性质，横向剪切弹性，薄膜弹性。 *用户材料模型 —截面 截面管理器允许截面的生成，修改，复制，重命名和删除。可以生成实体，壳，薄膜和桁架截面的数据。也可以定义集中质量和刚体参考点的旋转惯性。 —轮廓轮廓管理器允许梁截面轮廓的生成，修改，复制，重命名和删除。目前，支持箱型，组合，工字梁和管道截面。 —表面一个三维模型的表面或二维模型的边界可以被植入壳和薄膜单元，与下面已存在的连续单元享用共同节点。表面管理器可以用于生成，修改，复制，重命名和删除表面定义。 —评估对于测试数据有效的超弹性材料，尽管不知应变势能，可以评价材料以确定哪一种势能最好。这一曲线拟合过程是完全相互作用的，并且将试验数据的材料性能叠加，共同绘制成X-Y坐标的曲线。 步骤 步骤模块允许在分析过程中定义步骤。用户可以方便地将整个加载过程划分为一系列步骤。每一步都有与之关联的分析过程，以及荷载，边界条件，相互作用和输出要求。 步骤管理器可以显示步骤的顺序和步骤的生成。可以支持如下有关步骤的分析过程： —常规，非线性分析 孔洞流－固耦合问题 温度－位移耦合问题 热－电耦合问题 显式动态应力/位移分析（ABAQUS/Explicit） 显式动态温度－位移耦合分析（ABAQUS/Explicit） 岩土应力状态 热传导分析 隐式动态应力/位移分析 质量扩散分析 静态应力/位移分析 粘弹性/粘塑性响应 —线性扰动分析 特征值屈曲 线性静态应力/位移分析 固有频率萃取 随机响应分析 随机谱分析 稳态谐波荷载响应 瞬变模型动力分析 每一步的输出需要在步骤组块中特殊定义。输出要求可以生成输出数据库（用ABAQUS/CAE进行结果分析）和重启动文件（用于重新启动分析）。诊断输出打印在信息文件里，在分析过程中可以监控指定的变量。 相互作用 相互作用模块允许模型之间的相互作用和约束。模块支持如下相互作用的定义： —接触 面－面接触 自接触 —弹性基础 —热 传导 边界辐射 模块支持如下约束定义： —约束表面 —方程 对于接触的相互作用，可以定义力和热接触的性质。力接触性质包括摩擦行为、常规行为和与粘性阻尼关联的间隙。热接触性质包括接触面间的传导、生成和辐射。 相互作用管理器显示在模型中定义的所有相互作用，包括每一步中起作用的相互作用。 规定条件 荷载/边界条件/初始条件模块用于定义初始条件，以及荷载和边界条件的历史。显示出任何步骤有效的规定条件。 荷载管理器，边界条件管理器，初始条件管理器允许已定义的规定状态在每一有效步中显式出来，他们也允许状态的生成、复制、重命名和删除。 定义如下类型的规定条件： —边界条件 指定模型中任何位置节点的位移和旋转。Short-cuts适用于一般边界条件如嵌固和对称约束。指定动力学分析的速度和角速度。指定实体和壳的温度场。 可以通过生成一个振幅曲线指定随时间变化的边界条件，并在边界条件定义中参考这一曲线。 —荷载 应用集中荷载、压力和体力。也支持螺栓荷载。指明热传导分析中的热流分布。 荷载随时间的变化可以通过生成振幅曲线并在荷载定义过程中参考这一曲线来实现。 ——初始条件 初温度和初速度可以应用在任何区域。 划分网格 ABAQUS/CAE中含有对于一维、二维和三维区域的复杂的网格计算方法。常规状态下，ABAQUS/CAE担保在同一零件中相邻区域网格的可兼容性。如果网格不能实现其兼容性，ABAQUS/CAE将自动在不可兼容网格之间的表面生成捆绑约束面。在不同零件中不必要网格一定可兼容。 网格种子 网格的疏密程度可以通过网格种子的数量来控制。对于一个完整的零件可以指定其典型单元的大小。零件边界上可以按照典型单元长度或所需单元数量定义局部网格种子的数目。种子可以平均分布或者可以由一端渐进分布。尽管约束可以用于强化网格精度而加密网格或者精确指定网格数目，网格种子通常只是实际网格密度的象征。 结构网格 曲线可以用一维单元进行划分。 二维问题是任何由三条曲线或者四条曲线限制的区域可以用四边形单元进行划分。 三维问题中任何可拓扑为立方体或者可以由重点细分的三维实体都可以用六面体单元划分。 表面网格 应用基于中心轴方法的算法，提供任意表面的四边形网格的自动划分。 实体网格 可以自动划分四面体网格。 提供切割工具允许用户将几何体切割成可划分网格的区域，以便实现六面体网格的划分。此区域可以通过构造或覆盖技术进行网格划分。ABAQUS/CAE给出图示反馈信息指明哪些区域可以划分，如活塞、活塞销和曲轴的划分过程。 单元选择 单元类型可以指定到模型的区域上。ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit支持绝大部分单元类型，包括如下单元族： —梁 —连续体 轴对称和广义轴对称 平面应变和广义平面应变 平面应力 —弯头 —薄膜 —管道 —壳体 轴对称 —桁架 —垫圈 在这些家族中，单元有效于如下分析类型： ——声学 ——热传导 ——压电 ——含孔隙流体/应力 ——应力 ——温度-位移 ——热电 任务管理器 任务提交 基于数据库中已有的模型，可以生成多个计算任务。任务可以提交到网络中任意可以利用的的计算机上计算。ABAQUS自动在计算机之间传送必要的文件。计算输入文件可以在没有提交分析之前生成。 任务管理器将汇报所有任务的状态。通过管理器，任务可以提交和终止。另外，管理器可以允许任务的生成、编辑、复制、重命名和删除等功能。 任务监视器 在ABAUQS/CAE和分析任务之间传送的信息允许任务状态在ABAQUS/CAE下得到监控。每一项任务的监控对话框都显示了任务当时的状态、任务日志和时间增量步的细节。任务进行中这些信息不断更新。任务可以在任何时间从监控对话框中终止。 如果用户指定在分析过程中监视一个变量，ABAQUS/CAE在任务的执行过程中可以在x－y图上适时显示变量的变化。这样可以让用户直接介入到任务的进程。 求解程序输入编辑器 ABAQUS/CAE目前还没有支持ABAQUS的所有求解选项。为了应用非支持求解选项，ABAQUS/CAE包括一个编辑器，它允许对ABQUS/CAE在分析前建立的求解输入文件进行修改。 这些修改存储在数据库中并包含在数据库的日志文件中。如果模型在ABAQUS/CAE中随后得到了修改（例如改变了一个模型零件的尺寸）模型重新生成，ABAQUS/CAE将自动将这些修改应用于新的输入文件中。 可视化 任何ABAQUS的分析结果可以得到可视化的后处理，包括那些开始不是由ABAQUS/CAE生成的模型。大型模型的后处理结果达到主要的设计目的－ABAQUS/CAE在桌面工作站上提供了对于大型模型的有效可视化效果（应用加速硬件绘图工具）。 ABAQUS/CAE包括模型绘图、几何变形图、结果的等值线图、矢量图/张量图、路径图、记号图、X-Y图、结果检查图和动画图。结果可以在任务运行过程中观看。多重分析结果可以在同一个后处理过程中显示，允许最简单的比较方式。 视图和显示 可以控制单元的颜色和标签。另外，显示单元边缘可以用于校验单元边界或者仅仅显示代表诸如拐角和空洞的几何特征的边缘。模型可以是透明的。单元可以基于其中心点处收缩，从而可以检查网格的连通性。轴对称和平面二维模型可以平移和延伸从而看到三维的效果。 可以绘制接触表面。可以显示二维和三维刚体表面。模型显示可以仅限于一组集合，例如单元集、节点集和表面。模型显示可以直接在视窗上选取或依据特定结果准则选取。 未变形和变形图 模型所有零件的几何变形图都可以显示。变形前的形状可以重叠于变形图上。位移的放大系数可以自动设置或人为设置。可以显示变形前或变形后的材料方向、三维向量图。 等值线图 等值线图可以基于未变形和变形体上显示单元性质，诸如应力、应变和它们的相对不变量；可以显示节点性质，诸如位移和温度；可以显示表面性质，诸如接触应力。等值线图可以显示在三维实体单元的表面、壳单元的指定表面和梁单元的任意节点。 对于单元变量的等值线图，例如应力或应变，通过对积分点外插至节点值计算得出并取出每一个节点的平均值以形成一个连续的区域。拥有多种选项用于控制节点平均值是否发生。材料和不连续节点可以自动识别，从而在穿过这些边界的时候系统默认为不取平均值。另外，外插值的非连续性可与绘制等值线图。这些图用于错误识别，有助于进一步细化网格。 用户可以控制等值线图的级别、等值线图的取值范围、位置和等值线图的风格，以及其他一些可供选择的显示方式。 等值线图可以基于输出数据库中存储的结果输出或者将结果进行简单的数值计算后输出。例如，在线性扰动分析中或非线性分析中不同状态之间的区别，用户可以绘制加载状态组合的结果。 通过X-Y曲线对时间的响应显示出不同水平阻尼变化的特征。 符号图 可以在变形图和非变形图上显示向量和张量图。位移图、速度图和加速度图可以按独立向量元素或单一向量显示整体大小和方向。张量图显示了任一或所有主要变量的大小和方向。 X-Y图 用户可以绘制结果中的变量随时间的变化曲线或随另一变量的变化曲线。 外部X-Y数据，例如经验值，可以直接加入或由文件中读取从而得以显示。每一条X-Y曲线都可以给定名称加以保存，因此可以撤销多种曲线。复合X-Y曲线可以在一张图中加以显示。 在模型中定义的沿一指定路径的结果可以以X-Y曲线图的形式得以显示。路径可以通过指定或直接选取模型上的节点获得。 可以实现将已有X-Y曲线派生出新的曲线的运算。这一运算包括数学函数、滤波、积分、微分、交换坐标轴和数据增生。 用户可以控制曲线的显示形式，包括标题和图例文本、日志或线形坐标轴、栅格线和标记、坐标轴、数据点的标志和曲线的线型。 检查器 检查器工具可以帮助用户适时的查询结果、模型信息和X-Y曲线数据。在检查器的模式为激活状态下，当光标在当前显示区移动的时候ABAQUS/CAE立刻在检查器对话框中显示信息。检查模型曲线将显示模型数据和结果，检查一个X-Y曲线将显示X-Y曲线数据。这些信息可以写入文件中。 动画 存在两种形式的动画：按时间历史和按比例系数。按时间历史动画，应用增量步分析并根据输出数据库中每一步结构数据生成。按比例系数动画，应用于线性扰动分析（屈曲、固有频率提取等），按显示结果数量的比例构造生成动画。 动画显示通过客观或形象的技术实现。客观的动画允许在结果执行动画过程中更改视图和显示性质。例如：当执行动画过程中，模型可以动态的转动。然而，对于大型模型，客观的动画就显得没有效率了。形象的动画技术可以抓取一系列图形进行重现。当一个图象抓取后，模型的大小并不影响动画速度。然而，视图和显示性质不可以改变。形象动画可以将图象存储为AVI或QuickTime格式，并且可以在ABAQUS内或ABAQUS外观看。 数据库和程序改写 数据库 所有的模型信息存储于可容纳多个模型的模型数据库中。通过ABAQUS计算程序计算出的结果存储于输出数据库中，用于可视化后处理。这些数据库有效地利用它的磁盘空间以二进制格式存储且不依赖于机器。因此，它们可以在不同的机器中传输而不要做任何的翻译。另外，用户可以通过应用C＋＋或Python API直接从输出数据库中得到信息。 日志和重启动文件 所有用于重新生成模型数据库的命令都存储于一个日志文件里。日志文件扩展于整个数据库应用期间，可以在任何时间重起，重新生成模型数据库的状态。 从数据库上次保存开始的所有执行的命令都存储于一个复原文件里。如果ABAQUS/CAE因为某些原因非正常中断，复原文件允许所作工作复原。 独立进程复制于重启动文件。这些文件备份了所有用户的行为，包括视图转换等等（日志文件备份的仅仅是需要重新生成数据库的命令）。重启动文件可以用于作为执行一系列普通用户命令的书写程序的基础；例如：生成一个特殊的后处理曲线。可以选择的是，用户可以将这一系列动作定义为宏，而在后续的扩充和重现时可以直接启用宏而实现这一系列重返动作。 可以将命令存储于一个启动文件中用于ABAQUS/CAE激活后自动执行。例如，可以生成一系列标准材料模型或定制一系列标准展示命令。 书写命令 ABAQUS/CAE嵌入了python (参见www.python.org )，一个性能完善的目的明确的书写语言。应用python，可以改变绝大部分ABAQUS/CAE的用户界面，包括菜单和工具栏。可以生成新的对话框。和python的组合以及可以改变用户界面的能力提供了一个强大的工具用于定制特殊的应用程序分析系统。 硬件和性能 在有限选择的计算机工作站上，ABAQUS/CAE是有效的。计算机需要有OpenGL硬件绘图加速器（用于HKS支持的绘图界面）和推荐使用256MB的内存。内存更多对计算更有利。详细的硬件要求和目前的计算机选择可以到HKS国际互联网上查询（www.abaqus.com）。没有限制问题的大小，绘图功能对大型模型适用，并且OpenGL绘图工具适用于任何情况。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/4/2005)