CAX工程应用丛书 ABAQUS2018有限元分析从入门到精通
作者：丁源 编著
出版时间：2019年版
丛编项： CAX工程应用丛书
内容简介
本书系统地介绍了ABAQUS 2018的使用，包括ABAQUS线性静力分析、接触分析、材料非线性分析、热应力分析、多体分析、频率提取分析、模态动态分析、显示动力学分析、用户子程序分析和后处理技巧等内容。 本书内容从实际应用出发，侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决，针对每个知识点进行详细讲解，并辅以相应的实例，使读者能够快速、熟练、深入地掌握ABAQUS的相应功能。每个实例都以图文并茂的形式详细介绍ABAQUS/CAE的操作流程，并对INP文件进行细致的解释。此外，书中还讨论了用户常犯的错误和经常遇到的疑难问题，以及常见的错误信息和警告信息，并给出了相应的解决方法。 本书结构严谨、重点突出、条理清晰，非常适合ABAQUS初级和中级用户使用，也可作为高职院校、大中专院校以及社会相关培训班的教材。
目录
第1章 ABAQUS 2018中文版概述 1
1.1 ABAQUS概述 1
1.2 ABAQUS的主要模块 2
1.3 ABAQUS 使用环境 4
1.3.1 启动ABAQUS/CAE 5
1.3.2 ABAQUS的主窗口 5
1.3.3 ABAQUS/CAE功能模块 7
1.4 ABAQUS 2018 新功能 9
1.5 实例快速入门 10
1.5.1 问题描述 10
1.5.2 问题分析 10
1.6 本章小结 20
第2章 基本模块和操作方法 21
2.1 ABAQUS分析步骤 21
2.1.1 前处理（ABAQUS/CAE） 21
2.1.2 分析计算（ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit） 21
2.1.3 后处理（ABAQUS/CAE或ABAQUS/Viewer） 22
2.2 ABAQUS/CAE的功能模块 22
2.3 部件模块和草图模块 23
2.3.1 部件的创建 23
2.3.2 部件的外部导入 24
2.3.3 问题模型的修复与修改 25
2.4 属性模块 26
2.4.1 材料属性 26
2.4.2 截面特性 27
2.4.3 梁的截面特性 28
2.4.4 特殊设置 28
2.5 装配模块 30
2.5.1 部件实体的创建 30
2.5.2 部件实体的定位 32
2.5.3 合并/切割部件实体 33
2.6 分析步模块 34
2.6.1 设置分析步 34
2.6.2 定义场输出 40
2.7 载荷模块 41
2.7.1 载荷的定义 41
2.7.2 边界条件的定义 42
2.7.3 设置预定义场 44
2.7.4 定义载荷工况 46
2.8 相互作用模块 46
2.8.1 相互作用的定义 46
2.8.2 定义约束 48
2.8.3 定义连接器 48
2.9 网格模块 50
2.9.1 定义网格密度 50
2.9.2 设置网格控制 51
2.9.3 设置单元类型 52
2.9.4 划分网格 53
2.9.5 检查网格 56
2.9.6 提高网格质量 57
2.10 分析作业模块 59
2.10.1 分析作业的创建和管理 59
2.10.2 网格自适应 60
2.11 可视化模块 61
2.11.1 显示无变形图和变形图 62
2.11.2 绘制云图 63
2.12 本章小结 64
第3章 INP文件和单元介绍 65
3.1 输入文件的组成和结构 65
3.2 INPUT文件的书写规则和外部导入 67
3.2.1 书写INPUT文件的语法和规则 67
3.2.2 从外存储器中引入模型或历史
数据 69
3.2.3 文件的执行 69
3.3 简单INP文件实例详解 69
3.3.1 悬臂梁 69
3.3.2 孔平板分析 71
3.4 文件的类型介绍和常用指令 74
3.5 单元介绍 77
3.5.1 单元族 78
3.5.2 自由度 78
3.5.3 结点数目——插值的阶数 79
3.5.4 数学描述 80
3.5.5 积分 80
3.6 本章小结 81
第4章 结构静力学分析及实例详解 82
4.1 线性静态结构分析概述 82
4.2 结构静力学分析步骤 83
4.2.1 静力学分析的步骤 83
4.2.2 静力学分析特点 83
4.3 书架结构静力分析 84
4.3.1 问题描述 84
4.3.2 创建部件 84
4.3.3 组装部件 86
4.3.4 创建材料和截面属性 87
4.3.5 设置分析步和输出变量 88
4.3.6 定义载荷和边界条件 89
4.3.7 划分网格 90
4.3.8 提交作业 91
4.3.9 后处理 91
4.4 椭圆夹杂平板二维静力分析 95
4.4.1 问题描述 95
4.4.2 创建部件 95
4.4.3 创建材料和截面属性 97
4.4.4 定义装配件 98
4.4.5 设置分析步和输出变量 99
4.4.6 定义载荷和边界条件 100
4.4.7 划分网格 101
4.4.8 提交作业 102
4.4.9 后处理 103
4.5 弹性体的基本假设 107
4.6 本章小结 107
第5章 轴对称结构静力学分析 108
5.1 轴对称结构静力分析 108
5.1.1 轴对称结构的特点 108
5.1.2 对称结构分析要素 109
5.2 薄壁圆筒在切削力下的应力分析 109
5.2.1 问题描述 109
5.2.2 创建部件 110
5.2.3 创建材料和截面属性 110
5.2.4 定义装配件 111
5.2.5 设置分析步和输出变量 112
5.2.6 定义载荷和边界条件 114
5.2.7 划分网格 115
5.2.8 提交作业 116
5.2.9 后处理 117
5.3 长柱形天然气罐在内压作用下的静力
分析 121
5.3.1 问题描述 122
5.3.2 轴对称模型线分析 123
5.3.3 轴对称模型平面分析 132
5.3.4 三维旋转壳结构分析 139
5.4 本章小结 145
第6章 接触问题分析 146
6.1 非线性问题分类 146
6.2 接触分析介绍 147
6.3 接触分析快速入门实例——平压头与平板的
接触分析 147
6.3.1 问题描述 147
6.3.2 创建部件 148
6.3.3 创建材料和截面属性 149
6.3.4 定义装配件 150
6.3.5 划分网格 150
6.3.6 设置分析步 151
6.3.7 定义接触 153
6.3.8 定义边界条件和载荷 155
6.3.9 提交分析作业 157
6.3.10 后处理 157
6.4 ABAQUS中的接触分析 159
6.5 接触对的定义 160
6.6 有限滑移和小滑移 161
6.7 接触属性的定义 163
6.8 接触面的过盈量 164
6.9 MSG文件中的迭代信息 166
6.10 接触分析中的收敛问题 169
6.11 卡锁结构装配过程的模拟 173
6.11.1 问题描述 174
6.11.2 问题分析 174
6.11.3 绘制草图 174
6.11.4 创建部件 175
6.11.5 创建材料和截面属性 176
6.11.6 定义装配件 176
6.11.7 划分网格 177
6.11.8 设置分析步 178
6.11.9 定义接触 179
6.11.10 定义边界条件 181
6.11.11 提交分析作业 182
6.11.12 后处理 182
6.12 本章小结 185
第7章 材料非线性问题分析 186
7.1 材料非线性分析库简介 186
7.1.1 塑性 186
7.1.2 超弹性 189
7.1.3 粘弹性 190
7.2 纤维拉拔过程分析模拟 190
7.2.1 问题描述 190
7.2.2 创建部件 191
7.2.3 创建材料和截面属性 192
7.2.4 定义装配件 194
7.2.5 划分网格 195
7.2.6 设置分析步 196
7.2.7 定义载荷和边界条件 197
7.2.8 提交分析作业 198
7.2.9 后处理 199
7.3 基底上的薄膜撕脱过程分析 200
7.3.1 问题描述 200
7.3.2 创建部件 200
7.3.3 定义材料属性 201
7.3.4 装配部件 203
7.3.5 设置分析步 204
7.3.6 定义载荷和边界条件 205
7.3.7 划分网格 206
7.3.8 结果分析 209
7.3.9 后处理 209
7.4 本章小结 212
第8章 结构模态分析详解 213
8.1 动力学概述 213
8.1.1 动力学分析简介 213
8.1.2 动力学有限元法的基本原理 214
8.1.3 模态分析 217
8.2 结构模态分析的步骤 218
8.2.1 进行模态分析的功能 218
8.2.2 模态分析的步骤 218
8.3 固定结构的振动模态分析 219
8.3.1 问题描述 219
8.3.2 问题分析 219
8.3.3 创建部件 220
8.3.4 创建材料和截面属性 221
8.3.5 定义装配件 223
8.3.6 设置分析步和历史输出变量 223
8.3.7 定义载荷和边界条件 225
8.3.8 划分网格 225
8.3.9 结果分析 227
8.3.10 后处理 227
8.4 薄壳零件结构的模态分析 230
8.4.1 问题描述 230
8.4.2 问题分析 230
8.4.3 创建部件 231
8.4.4 创建材料和截面属性 232
8.4.5 定义装配件 233
8.4.6 设置分析步和历史输出变量 233
8.4.7 定义载荷和边界条件 234
8.4.8 划分网格 235
8.4.9 结果分析 236
8.4.10 后处理 237
8.5 货物吊车——动态载荷分析 239
8.5.1 问题分析 239
8.5.2 部件结构 240
8.5.3 定义单一桁架的几何形状 240
8.5.4 定义第二个桁架结构的几何形体 241
8.5.5 创建交叉支撑的几何形体 242
8.5.6 定义梁截面性质 242
8.5.7 创建梁截面 243
8.5.8 定义梁截面方向 243
8.5.9 创建装配件和分析步 244
8.5.10 定义约束 244
8.5.11 模拟在桁架和交叉支撑之间的
铰接 245
8.5.12 定义载荷和边界条件 246
8.5.13 创建网格 246
8.5.14 提交作业 247
8.5.15 后处理 247
8.6 本章小结 248
第9章 结构谐响应分析详解 249
9.1 谐响应分析概述 249
9.2 谐响应分析流程 250
9.2.1 施加简谐载荷与求解 251
9.2.2 求解方法 251
9.2.3 查看结果 252
9.3 双质量块 — 弹簧系统的谐响应分析 253
9.3.1 问题描述 253
9.3.2 问题分析 253
9.3.3 创建部件 253
9.3.4 创建属性 254
9.3.5 定义装配件 255
9.3.6 设置分析步和输出变量 255
9.3.7 定义相互作用 257
9.3.8 定义载荷和边界条件 257
9.3.9 结果分析 259
9.3.10 后处理 261
9.4 梁—集中质量结构的谐响应分析 265
9.4.1 问题描述 265
9.4.2 问题分析 265
9.4.3 创建部件 265
9.4.4 创建属性 266
9.4.5 定义装配件 268
9.4.6 设置分析步和输出变量 268
9.4.7 定义相互作用 269
9.4.8 定义载荷和边界条件 270
9.4.9 划分网格 272
9.4.10 结果分析 273
9.4.11 后处理 274
9.5 本章小结 277
第10章 结构热分析详解 278
10.1 热分析简介 278
10.1.1 ABAQUS可以求解的热学问题 278
10.1.2 传热学基础知识 279
10.1.3 热应力分析的基本原理 282
10.2 长方体的热传导和热应力分析 284
10.2.1 问题描述 284
10.2.2 创建部件 284
10.2.3 定义材料属性 286
10.2.4 定义和指派截面属性 287
10.2.5 装配部件 287
10.2.6 设置分析步 288
10.2.7 定义相互作用 288
10.2.8 定义边界条件和载荷 289
10.2.9 划分网格 291
10.2.10 结果分析 292
10.2.11 后处理 293
10.3 罐与接管的热分析 297
10.3.1 问题描述 297
10.3.2 问题分析 298
10.3.3 创建部件 298
10.3.4 创建材料和截面属性 303
10.3.5 定义装配件 304
10.3.6 设置分析步 304
10.3.7 定义相互作用 306
10.3.8 定义载荷和边界条件 308
10.3.9 划分网格 308
10.3.10 提交作业 310
10.3.11 后处理 310
10.3.12 INP文件 313
10.4 本章小结 313
第11章 结构多体系统分析详解 314
11.1 ABAQUS多体系统分析 314
11.1.1 ABAQUS进行多体系统分析模拟
步骤 314
11.1.2 ABAQUS/CAE进行多体系统分析
需要注意的问题 315
11.2 ABAQUS连接单元和连接属性 315
11.2.1 ABAQUS中使用连接单元的
步骤 315
11.2.2 连接单元边界条件和载荷 316
11.2.3 连接单元行为 317
11.2.4 ABAQUS的连接属性 317
11.3 风力发电机叶片旋转过程模拟 322
11.3.1 问题的描述 323
11.3.2 问题分析和求解 323
11.3.3 创建部件 325
11.3.4 创建材料和截面属性 326
11.3.5 定义装配件 327
11.3.6 划分网格 327
11.3.7 定义参考点和基准坐标系 329
11.3.8 定义集合 330
11.3.9 定义约束 331
11.3.10 定义连接属性和连接单元 332
11.3.11 设置分析步和历史输出变量 334
11.3.12 定义载荷和边界条件 335
11.3.13 提交作业 336
11.3.14 后处理 336
11.4 四杆连接机构分析 338
11.4.1 问题描述 338
11.4.2 问题分析 339
11.4.3 绘制草图 339
11.4.4 创建部件 340
11.4.5 创建材料和截面属性 341
11.4.6 定义装配件 342
11.4.7 设置分析步 343
11.4.8 定义连接属性和连接单元 343
11.4.9 设置历史输出变量 345
11.4.10 定义载荷和边界条件 347
11.4.11 划分网格 348
11.4.12 提交作业 348
11.4.13 后处理 349
11.5 多体分析要注意的问题 352
11.5.1 多体分析中的过约束 352
11.5.2 选择连接属性和边界条件 352
11.6 本章小结 353
第12章 ABAQUS/Explicit显式分析 354
12.1 瞬态动力学分析概述 354
12.2 动力学显式有限元方法 354
12.2.1 显式与隐式方法的区别 355
12.2.2 显式时间积分 356
12.2.3 隐式和显式的比较 357
12.3 ABAQUS/Explicit解决的问题 357
12.4 侵彻动力问题的分析 358
12.4.1 问题描述 359
12.4.2 问题分析 359
12.4.3 创建部件 359
12.4.4 创建材料和截面属性 360
12.4.5 定义装配件 361
12.4.6 设置分析步和历史输出变量 362
12.4.7 定义接触 364
12.4.8 定义边界条件 365
12.4.9 定义预定义场 366
12.4.10 划分网格 367
12.4.11 提交作业 368
12.4.12 后处理 369
12.5 圆盘结构动力学分析 374
12.5.1 频率分析问题的描述 374
12.5.2 频率分析过程 374
12.5.3 频率分析后处理 379
12.5.4 瞬时模态动态分析的描述 380
12.5.5 建模要点 380
12.5.6 模态动态分析过程 381
12.5.7 模态分析的后处理 384
12.5.8 显式动态分析描述和分析 387
12.5.9 提交分析和后处理 388
12.6 本章小结 389
第13章 ABAQUS屈曲分析详解 390
13.1 屈曲分析概述 390
13.1.1 关于欧拉屈曲 390
13.1.2 线性屈曲分析 391
13.1.3 线性屈曲分析特点 392
13.2 线性屈曲分析过程 392
13.2.1 几何体和材料属性 392
13.2.2 接触区域 393
13.2.3 载荷与约束 393
13.2.4 屈曲设置 393
13.2.5 模型求解 394
13.2.6 结果检查 394
13.3 各种支承条件下矩形轴压柱屈曲分析 395
13.3.1 问题描述 395
13.3.2 问题分析 395
13.3.3 创建部件 395
13.3.4 创建材料和截面属性 396
13.3.5 定义装配件 398
13.3.6 设置分析步和输出变量 398
13.3.7 定义载荷和边界条件 399
13.3.8 划分网格 400
13.3.9 结果分析 401
13.3.10 后处理 402
13.4 薄壁钢管在轴向压力作用下的屈曲 405
13.4.1 问题描述 405
13.4.2 问题分析 406
13.4.3 创建部件 406
13.4.4 创建材料和截面属性 408
13.4.5 定义装配件 410
13.4.6 设置分析步和输出变量 411
13.4.7 定义接触和约束 412
13.4.8 定义载荷和边界条件 415
13.4.9 划分网格 416
13.4.10 结果分析 418
13.4.11 后处理 419
13.5 本章小结 420
第14章 ABAQUS用户子程序分析详解 421
14.1 用户子程序简介 421
14.2 用户子程序接口概述 422
14.2.1 在ABAQUS中使用用户子程序 422
14.2.2 编写用户子程序的条件 423
14.3 壳结构受内压作用的有限元模拟 423
14.3.1 问题描述 424
14.3.2 创建模型 424
14.3.3 定义材料和截面属性 425
14.3.4 定义装配件 427
14.3.5 设置分析步 427
14.3.6 定义载荷和边界条件 428
14.3.7 划分网格 429
14.3.8 结果分析 430
14.3.9 后处理 431
14.3.10 UMAT的FORTRAN程序 432
14.4 拉索构件的承载分析 436
14.4.1 问题描述 437
14.4.2 启动ABAQUS 437
14.4.3 创建部件 437
14.4.4 创建材料和截面属性 440
14.4.5 定义装配件 442
14.4.6 设置分析步 442
14.4.7 定义边界条件和载荷 443
14.4.8 划分网格 445
14.4.9 提交分析作业 446
14.4.10 后处理 447
14.4.11 退出ABAQUS/CAE 450
14.4.12 UMAT子程序 450
14.5 本章小结 451
参考文献 452
