本書是“Abaqus分析用戶手冊大系”中的一冊，分為上、下兩篇。上篇為分析過程、求解與控制，下篇為分析技術(shù)。上篇的內(nèi)容包括：靜態(tài)應(yīng)力/位移分析，動(dòng)態(tài)應(yīng)力/位移分析，穩(wěn)態(tài)傳輸分析，熱傳導(dǎo)和熱-應(yīng)力分析，流體動(dòng)力學(xué)分析，電磁分析，耦合的孔隙流體流動(dòng)和應(yīng)力分析，質(zhì)量擴(kuò)散分析，聲學(xué)和沖擊分析，Abaqus/Aqua分析和退火分析，求解方法選用和收斂控制。下篇介紹了處理求解過程中所涉及的各種問題的多種技術(shù)，包括：重啟動(dòng)，導(dǎo)入和傳遞結(jié)果，子結(jié)構(gòu)，子模型，生成矩陣，對(duì)稱模型，慣性釋放，網(wǎng)格更改或替換，幾何缺陷，斷裂力學(xué)，基于面的流體模擬，質(zhì)量縮放，可選的子循環(huán)，穩(wěn)態(tài)探測，ALE自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，自適應(yīng)網(wǎng)格重劃分，優(yōu)化技術(shù)，歐拉分析，粒子方法，順序耦合的多物理場分析，協(xié)同仿真，用戶子程序和工具，設(shè)計(jì)敏感性分析，參數(shù)研究等諸多方面。每一章都針對(duì)各項(xiàng)數(shù)值技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過學(xué)習(xí)本書，可以全面深刻地了解Abaqus在諸多問題中的分析方法、求解與控制過程，以及各項(xiàng)分析技術(shù)。本書適合需要對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行有限元分析的工程技術(shù)人員使用，本書可以幫助讀者快速、全面地掌握Abaqus的基礎(chǔ)知識(shí)和使用技巧。本書可作為航空航天，機(jī)械制造，石油化工，精密儀器，汽車交通，國防軍工，土木工程，水利水電，生物醫(yī)學(xué)，電子工程，能源，造船以及日用家電等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員的參考用書，也可以作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生和高年級(jí)本科生的學(xué)習(xí)用書。對(duì)于使用Abaqus的工程技術(shù)人員，此書是必備的工具書，對(duì)于使用其他工程分析軟件的人員，此書也具有積極的參考作用。
Abaqus被公認(rèn)為是功能強(qiáng)大的有限元軟件。借助它可以分析復(fù)雜的結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠解決非常龐大復(fù)雜的問題，而且可以模擬高度非線性問題。運(yùn)用Abaqus不僅可以做單一零件的力學(xué)和多物理場的分析，還可以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的分析和研究，并且在近期的版本中，Abaqus中還引入了優(yōu)化以及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)問題的功能。Abaqus強(qiáng)大的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的高可靠性使得它在各國的工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
自1997年清華大學(xué)莊茁教授將Abaqus軟件引入國內(nèi)后，Abaqus因其卓越的性能而在國內(nèi)各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
由于工作的緣故，筆者將“Abaqus Analysis Users Guide”（《Abaqus分析用戶手冊》）所包含的五部手冊翻譯成了中文。
本書為“Abaqus分析用戶手冊大系”中的一本，分為上、下兩篇，上篇的內(nèi)容涵蓋Abaqus各種不同物理過程的分析、求解和控制，并闡述了得到合理收斂結(jié)果的方法，偏重于問題物理類型本身的模擬。內(nèi)容包括：靜態(tài)應(yīng)力/位移分析，動(dòng)態(tài)應(yīng)力/位移分析，穩(wěn)態(tài)傳輸分析，熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力分析，流體動(dòng)力學(xué)分析，電磁分析，耦合的多孔流體流動(dòng)和應(yīng)力分析，質(zhì)量擴(kuò)散分析，聲學(xué)、沖擊和耦合的聲學(xué)結(jié)構(gòu)分析，Abaqus/Aqua分析和退火分析，求解非線性問題方法選用和分析收斂性控制。
下篇內(nèi)容闡述在模擬計(jì)算過程中使用的各種不同的數(shù)值方法、優(yōu)化過程中采用的計(jì)算方法等，偏重于計(jì)算方法和對(duì)模型計(jì)算過程的方法討論。涉及的分析技術(shù)包括：重啟動(dòng)，導(dǎo)入和傳遞結(jié)果，子結(jié)構(gòu)，子模型，生成矩陣，對(duì)稱模型，慣性釋放，網(wǎng)格更改或替換，幾何缺陷，斷裂力學(xué)，基于面的流體模擬，質(zhì)量縮放，可選的子循環(huán)，穩(wěn)態(tài)探測，ALE自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，自適應(yīng)網(wǎng)格重劃分，優(yōu)化技術(shù)，歐拉分析，粒子方法，順序耦合的多物理場分析，協(xié)同仿真，用戶子程序和工具，設(shè)計(jì)敏感性分析，參數(shù)化研究等。
通過學(xué)習(xí)本書內(nèi)容，可以全面深刻地了解Abaqus在諸多問題中是如何分析的，采用什么樣的計(jì)算方法和模型運(yùn)算處理技術(shù)可以快速地得到合理的結(jié)果。
在寫作過程中，筆者付出了艱辛的勞動(dòng)，犧牲了大量的業(yè)余時(shí)間，不可避免地影響到了家人的生活。在這里特別向我的夫人陳菊女士和孩子表達(dá)我由衷的謝意。沒有他們的理解與默默的支持，這些成果是難以取得的。謹(jǐn)以此書獻(xiàn)給他們。
感謝SIMULIA中國區(qū)總經(jīng)理白銳先生、用戶支持經(jīng)理高祎臨女士和SIMULIA中國南方區(qū)資深經(jīng)理及技術(shù)銷售高紹武博士在翻譯過程中給予筆者的鼓勵(lì)和支持，以及在書稿出版工作中給予的支持和幫助。
感謝我的良師益友金舟博士在我的工作與學(xué)習(xí)中給予的一貫的幫助與支持。
非常感謝莊茁教授百忙之中給本書作序。
雖然筆者盡最大努力，力求行文流暢并忠實(shí)于原版手冊，但由于語言能力和技術(shù)能力所限，書中難免出現(xiàn)不當(dāng)之處。對(duì)于書中的問題，希望讀者和同仁不吝賜教，共同努力，以使此書更加完善。意見和建議可以發(fā)送至郵箱：wayiyu110@sohucom。
著 者
在20世紀(jì)，力學(xué)家對(duì)工程與科學(xué)的重大貢獻(xiàn)之一是發(fā)展了有限單元法，使其成為基于仿真的工程與科學(xué)的重要技術(shù)手段之一，使得難以建立解析解答的力學(xué)理論模型和難以實(shí)施的真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)上順利完成。科學(xué)家和工程師的追求不僅在于解釋世界，更在于改造世界。21世紀(jì)是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和云存儲(chǔ)的信息爆炸時(shí)代，計(jì)算機(jī)硬件和數(shù)值仿真軟件的快速發(fā)展，使得我們有能力瞬撫四海，穿越古今，破解工程與科學(xué)的難題。
力學(xué)難題的挑戰(zhàn)主要取決于其非線性程度，非線性有限元是計(jì)算力學(xué)的重要組成部分。Abaqus是國際上最主要的大型通用有限元計(jì)算分析軟件，具有材料、幾何和接觸非線性計(jì)算的強(qiáng)大功能。工欲善其事，必先利其器，它的作用正是搭建了通往工程與科學(xué)彼岸的橋梁。Abaqus具有強(qiáng)大的計(jì)算功能和廣泛的模擬性能，擁有大量不同種類的單元模型、材料本構(gòu)和分析過程等。無論是分析簡單的線彈性問題，還是包括幾種不同材料、承受復(fù)雜的機(jī)械和熱載荷過程，變化的接觸條件的非線性組合問題；無論是分析靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)問題，還是穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)問題；無論是隱式求解，還是顯式求解，應(yīng)用Abaqus計(jì)算分析都會(huì)得到令人滿意的結(jié)果。
本書內(nèi)容分為上下兩篇，上篇內(nèi)容涵蓋求解力學(xué)問題的動(dòng)量方程和多物理場方程，如靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的應(yīng)力/位移計(jì)算，熱、流、聲和電磁場方程等；下篇內(nèi)容涵蓋力學(xué)問題的有限元數(shù)值方法，如基于拉格朗日、歐拉和任意拉格朗日歐拉格式的有限元建模，隱式和顯式積分的計(jì)算方法以及粒子方法和優(yōu)化算法等。掌握這些內(nèi)容對(duì)有限元建模、計(jì)算方法選擇和正確評(píng)估計(jì)算結(jié)果大有裨益。本書內(nèi)容匯集了發(fā)展力學(xué)理論模型和應(yīng)用工程實(shí)踐的寶貴經(jīng)驗(yàn)，必然會(huì)使讀者受益和借鑒。
王鷹宇先生是位具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程師，也是一位潛心積累，熱心傳播知識(shí)的學(xué)者，他的艱辛付出使得本書得以問世。我相信本書的出版必將持續(xù)推動(dòng)非線性有限元的發(fā)展和Abaqus軟件在我國的應(yīng)用，并促進(jìn)我國基于仿真的工程與科學(xué)事業(yè)的發(fā)展。
莊茁教授
于清華園
王鷹宇，男，江蘇南通人。畢業(yè)于四川大學(xué)機(jī)械制造學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方向，碩士研究生學(xué)歷。畢業(yè)后進(jìn)入上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所（640所），從事飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化計(jì)算工作，參加了ARJ21新支線噴氣式客機(jī)研制。后在3M中國有限公司從事固體力學(xué)，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，NVH仿真和設(shè)計(jì)優(yōu)化工作十年有余。目前在中國航發(fā)商發(fā)（AECC CAE）從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)短艙結(jié)構(gòu)研制工作。
序言
前言
上篇分析過程、求解和控制
1分析過程
1.1介紹
1.1.1求解分析問題：概覽
1.1.2定義一個(gè)分析
1.1.3通用和線性攝動(dòng)過程
1.1.4多載荷工況分析
1.1.5直接線性方程求解器
1.1.6迭代線性方程求解器
1.2靜態(tài)應(yīng)力/位移分析
1.2.1靜態(tài)應(yīng)力分析過程：概覽
1.2.2靜態(tài)應(yīng)力分析
1.2.3特征值屈曲預(yù)測
1.2.4非穩(wěn)定失穩(wěn)和后屈曲分析
1.2.5準(zhǔn)靜態(tài)分析
1.2.6直接循環(huán)分析
1.2.7使用直接循環(huán)方法的低周疲勞分析
1.3動(dòng)態(tài)應(yīng)力/位移分析
1.3.1動(dòng)態(tài)分析過程：概覽
1.3.2使用直接積分的隱式動(dòng)力學(xué)分析
1.3.3顯式動(dòng)力學(xué)分析
1.3.4直接求解的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
1.3.5固有頻率提取
1.3.6復(fù)特征值提取
1.3.7瞬態(tài)模態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
1.3.8基于模態(tài)的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
1.3.9基于子空間的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
1.3.10響應(yīng)譜分析
1.3.11隨機(jī)響應(yīng)分析
1.4穩(wěn)態(tài)傳輸分析
1.5熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力分析
1.5.1熱傳導(dǎo)分析過程：概覽
1.5.2非耦合的熱傳導(dǎo)分析
1.5.3完全耦合的熱應(yīng)力分析
1.5.4絕熱分析
1.6流體動(dòng)力學(xué)分析
1.6.1流體動(dòng)力學(xué)分析過程：概覽
1.6.2不可壓縮流體的動(dòng)力學(xué)分析
1.7電磁分析
1.7.1電磁分析過程
1.7.2壓電分析
1.7.3耦合的熱電分析
1.7.4完全耦合的熱電結(jié)構(gòu)分析
1.7.5渦流分析
1.7.6靜磁分析
1.8耦合的孔隙流體流動(dòng)和應(yīng)力分析
1.8.1耦合的孔隙流體擴(kuò)散和應(yīng)力分析
1.8.2自重應(yīng)力狀態(tài)
1.9質(zhì)量擴(kuò)散分析
1.10聲學(xué)、沖擊和耦合的聲學(xué)結(jié)構(gòu)分析
1.11Abaqus/Aqua分析
1.12退火分析
2分析求解和控制
2.1求解非線性問題
2.2分析收斂性控制
2.2.1收斂準(zhǔn)則和時(shí)間積分準(zhǔn)則：概覽
2.2.2常用的控制參數(shù)
2.2.3非線性問題的收斂準(zhǔn)則
2.2.4瞬態(tài)問題的時(shí)間積分精度
下篇分 析 技 術(shù)
3分析技術(shù)：介紹
4分析連續(xù)性技術(shù)
4.1重啟動(dòng)一個(gè)分析
4.2導(dǎo)入和傳遞結(jié)果
4.2.1在Abaqus分析之間傳遞結(jié)果：概覽
4.2.2在Abaqus/Explicit與Abaqus/Standard之間傳遞結(jié)果
4.2.3從一個(gè)Abaqus/Standard分析傳遞結(jié)果到另外一個(gè)Abaqus/Standard分析
4.2.4從一個(gè)Abaqus/Explicit分析傳遞結(jié)果到另外一個(gè)Abaqus/Explicit分析
5模擬抽象化
5.1子結(jié)構(gòu)
5.1.1使用子結(jié)構(gòu)
5.1.2定義子結(jié)構(gòu)
5.2子模型
5.2.1子模型模擬：概覽
5.2.2基于節(jié)點(diǎn)的子模型模擬
5.2.3基于面的子模型模擬
5.3生成矩陣
5.3.1生成結(jié)構(gòu)矩陣
5.3.2生成熱矩陣
5.4對(duì)稱模型生成、結(jié)果傳遞和循環(huán)對(duì)稱模型的分析
5.4.1對(duì)稱模型生成
5.4.2從一個(gè)對(duì)稱網(wǎng)格或者三維網(wǎng)格的一部分傳遞結(jié)果到一個(gè)完全的三維網(wǎng)格
5.4.3表現(xiàn)出循環(huán)對(duì)稱的模型的分析
5.5周期介質(zhì)分析
5.6網(wǎng)格劃分的梁橫截面
5.7使用擴(kuò)展的有限元方法將不連續(xù)性模擬成一個(gè)擴(kuò)展特征
6特殊目的的技術(shù)
6.1慣性釋放
6.2單元和接觸對(duì)的刪除和再激活
6.3在一個(gè)模型中引入一個(gè)幾何缺陷
6.4斷裂力學(xué)
6.4.1斷裂力學(xué)：概覽
6.4.2圍線積分評(píng)估
6.4.3裂紋擴(kuò)展分析
6.5基于面的流體模擬
6.5.1基于面的流體腔：概覽
6.5.2流體腔定義
6.5.3流體交換定義
6.5.4充氣器定義
6.6質(zhì)量縮放
6.7選擇性的子循環(huán)
6.8穩(wěn)態(tài)檢測
7自適應(yīng)技術(shù)
7.1自適應(yīng)技術(shù)：概覽
7.2ALE自適應(yīng)網(wǎng)格劃分
7.2.1ALE自適應(yīng)網(wǎng)格劃分：概覽
7.2.2在Abaqus/Explicit中定義ALE自適應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域
7.2.3Abaqus/Explicit中的ALE自適應(yīng)網(wǎng)格劃分和重映射
7.2.4Abaqus/Explicit中的歐拉自適應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域的模擬技術(shù)
7.2.5Abaqus/Explicit中的ALE自適應(yīng)網(wǎng)格劃分的輸出和診斷
7.2.6在Abaqus/Standard中定義ALE自適應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域
7.2.7Abaqus/Standard中的ALE自適應(yīng)網(wǎng)格劃分和重映射
7.3自適應(yīng)網(wǎng)格重劃分
7.3.1自適應(yīng)網(wǎng)格重劃分：概覽
7.3.2影響自適應(yīng)網(wǎng)格重劃分的容差指標(biāo)的選擇
7.3.3基于求解的網(wǎng)格大小
7.4網(wǎng)格替換后的分析連續(xù)性
8優(yōu)化技術(shù)
8.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化：概覽
8.2優(yōu)化模型
8.2.1設(shè)計(jì)響應(yīng)
8.2.2目標(biāo)和約束
8.2.3創(chuàng)建Abaqus優(yōu)化模型
9歐拉分析
9.1歐拉分析：概覽
9.2定義歐拉邊界
9.3歐拉網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)
9.4在歐拉區(qū)域中定義自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化
10粒子方法
10.1離散單元方法
10.2連續(xù)粒子分析
10.2.1平滑粒子流體動(dòng)力學(xué)
10.2.2有限元轉(zhuǎn)換為SPH粒子
11順序耦合的多物理場分析
11.1順序耦合的預(yù)定義場
11.2順序耦合的熱應(yīng)力分析
11.3順序耦合的預(yù)定義載荷
12協(xié)同仿真
12.1協(xié)同仿真：概覽
12.2為協(xié)同仿真準(zhǔn)備一個(gè)Abaqus分析
12.3Abaqus求解器之間的協(xié)同仿真
12.3.1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的協(xié)同仿真
12.3.2流體結(jié)構(gòu)的協(xié)同仿真和共軛熱傳導(dǎo)
12.3.3電磁結(jié)構(gòu)的和電磁熱的協(xié)同仿真
12.3.4執(zhí)行一個(gè)協(xié)同仿真
12.4結(jié)構(gòu)邏輯的協(xié)同仿真
13擴(kuò)展Abaqus的分析功能
13.1用戶子程序：概覽
13.2可以使用的用戶子程序
13.3可以使用的工具程序
14設(shè)計(jì)敏感性分析
15參數(shù)化研究
15.1腳本運(yùn)行參數(shù)研究
15.2參數(shù)化研究：命令
15.2.1aStudy.combine():為參數(shù)化研究組合參數(shù)采樣
15.2.2aStudy.constrain():在參數(shù)化研究中約束參數(shù)值組合
15.2.3aStudy.define():為參數(shù)化研究定義參數(shù)
15.2.4aStudy.execute():執(zhí)行參數(shù)化研究設(shè)計(jì)的分析
15.2.5aStudy.gather():收集參數(shù)化研究的結(jié)果
15.2.6aStud
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