Abaqus疑难解析——在结构分析中的应用

Abaqus用户都曾经历过花费大量时间调试有限元模型却无法使其收敛的情况，也都经历过在长时间计算后跳出只有各种错误信息提示却不知道其原因与解决办法。
本书介绍了在使用Abaqus进行结构分析时，面向建模、边界条件设置、求解、后处理等过程的故障诊断、排除与调试。
当工程师或高校学生在Abaqus模拟中遇到困难时，本书可以作为他们的指南或工具包。

本书从解决工程问题的全局思维出发，详细介绍了使用Abaqus软件时可能遇到的问题，以及如何寻找引起这些问题的原因并加以解决。本书共3篇11章，第1篇包括第1~4章，侧重于讲解模型调试方法；第2篇包括第5~7章，提供了具体问题，描述了对模型中潜在故障排除的许多理解；第3篇包括第8-11章，提供了一些实用的工具箱协议，以帮助解决模型中的疑难故障。

本书专为工程技术人员、相关专业高年级本科生、研究生而设计，旨在为他们提供有限元方法的基本理论知识和深入实践指导，帮助他们掌握使用商用FEA软件Abaqus解决各类疑难问题所需的技能。

本书适合Abaqus的所有用户，无论是初学者还是经验丰富者，可作为机械、力学领域相关专业人员学习Abaqus理论的参考书。

译者序

序一

序二

序三

前言

致谢

第1篇模型调试方法

第1章概述

1.1全局思维

1.2分析质量的四项绝对

1.3结构分析检查表

1.4启发式分析置信度

参考文献

第2章分析收敛指南

2.1收敛问题的症状

2.2收敛问题的原因

2.3帮助Abaqus收敛求解

2.4通用工具

2.5接触稳定工具

2.6解决与接触相关收敛问题的工具

参考文献

第3章调试模型的方法

3.1调试流程图

3.2作业诊断

3.2.1制作测试模型

3.2.2输出检查

3.2.3语法检查

3.2.4数据检查

3.2.5载荷和边界条件检查

3.2.6材料检查

3.2.7约束检查

3.2.8单元检查

3.2.9过盈配合检查

3.2.10接触检查

3.2.11初始刚体运动和过约束检查

3.2.12静态稳定性检查

3.2.13动态检查

3.3因果能量法

3.3.1基本能量法、假设和限制

3.3.2能量法

3.3.3缩放分析的能量法示例

3.3.4因果关系和能量导数

参考文献

第4章一般先决条件

4.1词汇

4.1.1解读错误消息

4.1.2解读警告消息

4.2模型中已识别的未连接区域

4.3Abaqus/Standard分析数据检查阶段的错误纠正

4.4诊断错误消息的技巧和窍门

4.5尝试恢复损坏的数据库

4.5.1方法1

4.5.2方法2

4.6Abaqus的运动分布耦合

4.6.1约束执行的性质

4.6.2在Abaqus/CAE中定义约束

4.7Abaqus几何非线性

4.8隐式与显式方法的区别

4.8.1动力学问题方程

4.8.2运动方程的时间积分

4.8.3Abaqus Standard自动时间增量

4.8.4Abaqus Explicit自动时间增量

4.8.5动态接触

4.8.6材料阻尼

4.8.7半增量残差

4.8.8比较Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit

4.9不稳定坍塌和后屈曲分析

4.10使用直接循环法进行低周疲劳分析

4.11稳态传输分析

4.11.1稳态传输分析中的收敛问题

4.12传热分析

4.12.1瞬态分析

4.13流体动力学分析

4.13.1收敛标准与诊断

4.13.2时间增量大小控制

4.14用户子程序介绍

4.14.1安装Fortran编译器

4.14.2运行使用用户子程序的模型

4.14.3调试技巧和良好的编程习惯

4.14.4Abaqus Standard用户子程序示例

4.14.5Abaqus Explicit用户子程序示例

4.14.6Abaqus CFD用户子程序示例

参考文献

第2篇具 体 问 题

第5章材料

5.1概述

5.2当前应变增量超过首次屈服应变

5.3超弹性材料模型的收敛行为

5.4使用不可压缩或几乎不可压缩材料模型

5.5单轴拉伸和压缩超弹性试验数据的等效性

5.5.1橡胶材料的单轴压缩试验数据

5.5.2为Marlow超弹性模型指定拉伸或压缩试验数据

5.5.3超弹性材料单剪试验数据的应用

5.6非线性结果的路径依赖性（以弹性材料为例）

5.7用户材料子程序

5.7.1UMAT或VMAT编写指南

5.8UMAT子程序示例

5.8.1各向同性等温弹性UMAT子程序

5.8.2非等温弹性UMAT子程序

5.8.3Neo-Hookean超弹性UMAT子程序

5.8.4运动硬化塑性UMAT子程序

5.8.5各向同性硬化塑性UMAT子程序

5.8.6简单线性黏弹性材料UMAT子程序

5.9VUMAT子程序示例

5.9.1运动硬化可塑性VUMAT子程序

5.9.2各向同性硬化塑性VUMAT子程序

参考文献

第6章网格和网格划分

6.1概述

6.1.1网格控制选项

6.1.2二维结构的网格控制

6.1.3三维结构的网格控制

6.1.4了解网格生成器

6.1.5网格生成

6.2网格化的Abaqus模型转化为具有规则模式的非物理形状

6.3单元过度变形警告

6.4含有杂交单元模型的兼容性错误输出到消息文件

6.5用户单元子程序

6.5.1编写UEL指南

6.6UEL子程序案例

6.6.1非线性截面平面梁的UEL子程序

6.6.2广义本构行为

6.6.3水平桁架和传热单元的UEL子程序

6.6.4平面应变中四节点的UELMAT子程序

6.7在各种分析过程中使用非线性用户单元

参考文献

第7章接触

7.1概述

7.1.1解读

7.1.2定义接触对

7.1.3定义通用接触

7.1.4曲面的表示

7.1.5接触的形式

7.2摩擦

7.2.1静摩擦和动摩擦

7.2.2在分析过程中改变摩擦属性

7.2.3经典摩擦值

7.3硬接触或软接触

7.3.1数学刚度函数的识别

7.3.2指数接触刚度

7.3.3由硬接触变为指数型接触

7.4获得收敛的接触解

7.5第一个增量的收敛困难

7.6接触颤振的原因及处理方法

7.7理解面-面接触的有限滑移

7.8使用罚函数接触

7.9使用扩展的拉格朗日接触

7.10基于刚度的接触稳定技术

7.11用二阶四面体单元建立接触模型

参考文献

第3篇工具箱

第8章作业诊断中的故障排除

8.1Abaqus Standard指南

8.2Abaqus Standard作业完成，但结果看起来可疑

8.3全局不稳定的结构建模

8.4纠正由局部不稳定性引起的收敛困难

8.5在分析的数据检查阶段纠正错误

8.6分析过早结束，即使所有的增量已经收敛

8.7在上一次尝试的增量中使用过多的削减，导致调试发散

8.8在非线性分析中使用随动载荷

8.9理解负特征值消息

8.10具有数值奇异警告的发散

8.11消息文件中的零主元警告

8.12接触分析中首次增量收敛困难

8.13使用带有嘈杂测试数据的Marlow模型时的显式稳定时间增量

8.14分析以核心转储结束的原因

8.15调试用户子程序和后处理程序

8.16分析结束时Linux上没有可用的空闲内存

参考文献

第9章数值验收准则

9.1概述

9.1.1常用控制参数

9.1.2控制时间增量方案

9.1.3激活线搜索算法

9.1.4控制直接循环分析中的求解精度

9.1.5利用Abaqus CFD控制变形网格分析中的求解精度和网格质量

9.1.6非线性问题的收敛准则

9.1.7瞬态问题中的时间积分精度

9.1.8在隐式积分过程中避免对时间增量大小进行微小更改

9.2多少沙漏能可以接受

9.2.1增强的沙漏控制和弹性弯矩

9.2.2增强的沙漏控制和塑性弯矩

9.2.3Kelvin黏弹性沙漏控制

9.3对带有杂交单元的模型，错误消息打印到消息文件中

参考文献

第10章需要一些帮助

10.1提取Abaqus文档中的示例文件

10.2使用Abaqus验证、基准和示例问题指南

10.3腔体辐射问题导致过度内存使用

10.4执行子模型分析

10.4.1执行情况

10.4.2加载条件

10.4.3子模型边界条件

10.4.4插值

10.4.5子模型的分步步骤

10.4.6设置选项

10.4.7壳到实体

10.4.8更改程序

10.4.9频域

10.4.10热应力分析

10.4.11动态分析

10.4.12子模型的局限性

10.5执行重启分析

10.5.1重启步骤

10.6从实体零件生成壳零件

10.6.1使用壳结构的好处

10.6.2壳结构模型的应用

10.6.3将实体模型转换为壳模型的步骤

10.7使用独立Abaqus ODB API编译和链接后处理程序

10.8使用Abaqus/Make之外的C++ODB API库创建可执行文件

第11章硬件或软件问题

11.1解决文件系统错误1073741819

11.2解释错误代码

11.3从UNIX/Linux核心转储中获取回溯信息

11.4Windows HPC计算集群

11.4.1经典HPC集群中的故障排除

参考文献

附录指南和优秀实践案例

A.1使用*COUPLING模拟薄壁管的纯弯曲

A.2带有耦合节点运动学关系的可用自由度

A.3梯形法则的稳定性和准确性

A.4具有半增量残差容限的高度非线性问题的精度控制

A.5网格的艺术

A.5.1自由网格划分技术

A.5.2基于设计对称的模型划分策略

A.5.3基于主导几何的模型划分策略

A.5.4小边及其对网格生成器的影响

A.5.5不兼容网格