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ABAQUS
来源: 作者: 发布时间:2010/6/18 9:37  点击数:9189 次 
 

官网:http://www.simulia.com/

ABAQUS是一套功能强大的基于有限元方法的工程模拟软件,其解决问题的范围从相对简单的线性分析到极富挑战性的非线性模拟等各种问题。ABAQUS具备十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库;ABAQUS也具有相当丰富的材料模型库,可以模拟大多数典型工程材料的性能,其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩的弹性泡沫,以及地质材料,例如土壤和岩石等。作为一种通用的模拟工具,ABAQUS不仅能够解决结构分析(应力/位移)问题。而且能够模拟和研究包括热传导、质量扩散、电子部分的热控制(热电耦合分析)、声学分析、岩土力学分析(流体渗透/应力耦合分析)及压电介质分析等广阔领域中的问题。
    ABAQUS为用户提供了广泛的功能,使用起来又非常简单。即便是最复杂的问题也可以很容易地建立模型。例如,对于复杂多部件问题,通过对每个部件定义合适的材料模型,然后将它们组装成几何构形。对于大多数模拟,包括高度非线性问题,用户仅需要提供如结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况这些工程数据。在非线性分析中,ABAQUS能自动选择相应载荷增量和收敛限度。他不仅能够选择合适参数,而且能连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算结果。

ABAQUS 有两个主求解器模块— ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit。ABAQUS 还包含一个全面支持求解器的图形用户界面,即人机交互前后处理模块 — ABAQUS/CAE 。 ABAQUS 对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。
    ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件,可以分析复杂的固体力学结构力学系统,特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析,同时还可以做系统级的分析和研究。ABAQUS的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS被各国的工业和研究中所广泛的采用。ABAQUS产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。

ABAQUS/Standard模块

解决各种实际问题

  ABAQUS/Standard 为工程师和分析专家提供强有力的工具来解决许多工程问题:从线性静态、动态分析到复杂的非线性耦合物理场分析。结合使用 ABAQUS/Standard 与 ABAQUS/Explicit ,利用两者的隐式和显式求解技术,可以让更多实际问题获得求解。

精确、可靠的分析

  分析一项工程问题所使用工具的质量,极大地影响该问题求解的可靠性和质量。我们对 ABAQUS/Standard 的每一个版本,在所有支持的计算机平台上,都进行一整套完整的测试;包括 13,000 次的回归测试以及对许多客户模型的测试。此外, ABAQUS/Standard 有最好的行业技术支持和完备的手册做后盾,用户完全可以放心的使用该产品。

开发高效求解技术

  对于绝大多数复杂问题的求解来说,高效可靠的求解过程是非常重要的。 ABAQUS/Standard 提供并行的稀疏矩阵求解器。该求解器对各种大规模计算问题都能十分可靠地快速求解。不仅如此,ABAQUS/Standard 还包含许多新颖的求解技巧来提高求解速度。

改进现有工作流程

  业内领先的 ABAQUS/Standard 分析能力,结合与现有前后处理器的兼容能力,使 ABAQUS 常常成为用户的唯一选择:用户可以把他们所有的有限元分析需求全部集成在 ABAQUS 中进行求解。 ABAQUS/Standard 不仅可以在现有的工作流程中方便的使用,还可以借助它强大的功能显著的改进现有的工作流程。

ABAQUS/Explicit模块

求解复杂的非线性问题

  ABAQUS/Explicit 是求解复杂非线性动力学问题和准静态问题的理想程序,特别是用于模拟冲击和其它高度不连续事件。 ABAQUS/Explicit 不但支持应力 / 位移分析而且还支持完全耦合的瞬态温度-位移分析、声固耦合分析。 ABAQUS/Explicit 与 ABAQUS/Standard 有机的结合,使求解能力更加强大和灵活。任意的拉格朗日 —欧拉 (ALE) 自适应网格功能可以有效地模拟大变形非线性问题,例如金属成形。

使用的可靠性

  ABAQUS/Explicit 的开发有着严格的质量监控,它是同类软件中唯一同时达到了 ISO9001 和美国国家标准协会 / 美国机械工程师协会( ANSI/ASME )颁布的核工业质量保证程序 NQA-1 规范要求的软件。为了保证在工业生产中使用该产品的可靠性和高质量, ABAQUS/Explicit 的每一个版本都经过了一系列广泛的测试,包括超过 3500 个回归测试和许多对用户模型的测试。

精确、可靠的分析

  分析一项工程问题所使用工具的质量,极大地影响该问题求解的可靠性和质量。 ABAQUS/Explicit 恰当地运用力学知识和算法,能使问题得到有效的、精确的解答。这就保证了相同的问题在不同的计算机平台上或者当计算机的处理器个数不同时都能得到相同的结果。此外, ABAQUS/Explicit 拥有最好的工业技术支持和最完备的用户指南,使您在使用该软件时信心十足。

开发高效求解技术

  ABAQUS/Explicit 为用户提供了高效模拟各类问题的技术。在各种的处理器上 ABAQUS/Explicit 显示出强大的并行处理能力。 ABAQUS/Explicit 拥有全面的处理接触问题的功能,能够模拟模型里许多部件之间复杂的接触和相互作用并且显著地削减运算时间。其它功能,如质量缩放和重启动,使 ABAQUS/Explicit 成为有效地模拟复杂问题的工具。

ABAQUS/CAE模块

快速地创建高质量的模型

  熟悉现代 CAD 系统的用户欣赏基于特征的、参数化建模方法所带来的高效率和机动性。 ABAQUS/CAE 是唯一提供这种几何建模方法的有限元前处理程序。用户能够创建参数化几何体如:拉伸、旋转、扫略、倒角和放样。同时也能够由各种流行的 CAD 系统导入几何体,并运用上述建模方法进行进一步编辑。

全面支持 ABAQUS 的分析功能

  ABAQUS/CAE 支持广泛的 ABAQUS 分析功能并且为初学者和经验丰富的用户提供人机交互的使用环境。熟悉的 ABAQUS 分析概念,如分析步、接触、约束和预设条件等,能够通过操作简便的界面得以实现。 ABAQUS/CAE 还提供了完全的后处理和可视化功能,即使最大规模的 ABAQUS 分析结果也可以高速、高质量地进行绘图。

混合建模方法的使用

  在实际的分析过程中,几何体和网格体往往共同存在于模型中, ABAQUS/CAE 通过混合建模方法能够非常容易的处理这种情况。用户可以处理基于几何体的数据,同时也可以处理导入的纯的节点和单元数据,这些数据没有任何几何拓扑关系。接触、载荷以及边界条件能够施加在几何体上或者直接施加在单元的节点、边或面上。这种允许几何体与网格体混合使用的建模环境,为用户分析特定问题提供了最佳的灵活性。

流程化和自动化处理

  ABAQUS/CAE 建立在一个开放的可拓展的平台之上,这使得用户可以对成熟的工作流程进行二次开发。从基本的宏功能和重放文件到完全集成的企业级应用, ABAQUS/CAE 提供了一个丰富的工具包来自动化处理各种任务和流程,并容易将 ABAQUS 的有限元分析功能向更广阔的用户群推广。

其它模块

Fe-safe

Safe Technology 是设计和开发耐久性分析软件的技术领导者。目前世界上有超过 100 家公司把 Fe-safe 作为标准的耐久性分析工具,其中包括 Caterpillar Inc, Cummins Inc, International Truck & Engine Company, Dana Corp, SKF 和 Rolls Royce 。

新版本的 Fe-safe

Fe-Safe 世界上最先进的耐久性分析工具包。在 fe-safeWorks 耐久性分析产品和服务中, fe-safe 是旗舰性的产品。 5 版本中,在分析速度有了显著的提高,并且添加了很多新特征和一些独特的功能。用户界面的改进,使得 fe-safe 更容易使用。

更加强大的功能

增加的分析速度
快速识别非损伤节点的优化疲劳算法和独一无二的技术,使得 Fe-safe 在分析速度上取得了飞速的进步,并且在求解精度上没有作出任何的牺牲。对于某些分析,分析时间减小到原来的 40% 。
客户比较性的研究不断的显示出 Fe-safe 是最快的疲劳分析代码。耐久性评估程序现在可以更快的给出分析结果,缩减产品上市的时间,并且允许包含更多的附加分析条件。
默认的疲劳分析算法
基于选定的材料, Fe-safe v5 将自动选择最合适的疲劳算法,使得非专业用户可以自信的使用 Fe-safe 软件。在单个分析中,可以在模型的每个区域使用不同的算法和材料。这是 Fe-safe 独有的特点。
改进的载荷定义方法
同其它产品相比, Fe-safe 的载荷定义方法更具有代表性和广泛性。处理块过渡的方法被改进。可以在疲劳寿命分析中引入弹塑性残余应力,比如模拟加工过程和组装过程。

更多的功能

在 v5 中,引入了超过 100 个功能的改进,保持了最高级耐久性分析软件的领军地位。

主要的改进,其中许多是 Fe-safe 特有的,包括:
为每个组采用用户自定义的方法 – 允许为每个单元组定义不同的分析算法和不同的平均应力纠正。对于焊点连接,可以为每个焊点指定不同的焊接类型。

整个模型的附加分析输出,单个组或选定的单元,包括:
- 载荷敏感性
- 每块的损伤
- 寿命最差节点列表
- 临界平面方位
- 通过输出应力 - 时间和应变 - 时间历程,模拟 “ 虚拟应变计 ”
- 日志文件中增强的诊断输出

对于分析组,估计的或测量的残余应力可以用于定义单个的面内应力

可以分析多层的壳单元

Fe-safe/Rotate 附加模块对所有支持的平台可用。利用单个的有限元分析结果,
Fe-safe/Rotate 可以为轴对称组件(部件的组件)作快速简单的疲劳寿命分析。

对于所有支持的有限元分析工具, Fe-safe/TMF 附加模块支持热力疲劳分析

用户可以自定义有限元模型和材料的单位 – 用户可以选择英制或国际单位制。

用户可以自定义疲劳寿命的单位,比如小时、里、出动架次或操作次数,而不是简单的重复的载荷。

可以从列表中选择表面剖光类型,程序将自动的选择 Kt 值。用户可以自己创建表面剖光数据库。在 Fe-safe 中,包含三个基于公开发布数据的数据库。

强大的宏观记录和批处理功能,使得重复性的工作和日常分析可以非常简单的定义,并容易的运行

ABAQUS-Aqua

ABAQUS/Aqua 拓展了 ABAQUS/Standard 在海洋工程中的应用。它包括海洋平台导管架和立管的分析、 J 形管的拖曳模拟、底部弯曲计算和漂浮结构的研究。结构可以承受由稳定流和波效应引起的拖曳力、浮力和流体惯性载荷。还可以为自由水面以上的结构施加风载。 ABAQUS/Aqua 与 ABAQUS/Standard 其他的功能兼容,同时可以考虑静力、动力或频率分析中的线性和非线性效应。

周围介质

1. 流体分布 用户提供流体密度和引力常数,同时需要提供稳态流速度与相对海床的位置和高度的函数。
2. 波的分布 可以通过分析过程中计算的流体粒子速度、加速度和动力学压力,可以定义重力波。同时包含 Airy (线性)波理论和 Stokes 5 阶理论。 Airy 理论允许任意数量的波列沿不同的方向传播。单个波列用于 Stokes 非线性理论,适合于模拟深水或大浪的情况。另外,可以直接在固定的网格上指定波速、加速度和动力学压力,然后通过线性或二次插值得到感兴趣点的相应的值。用户还可以通过用户子程序,将其他类型的波载施加到结构当中。
3. 风的分布 因为 ABAQUS/Aqua 纪录自由表面的高度,而且还允许结构的部分浸没,所以风载只对结构暴露在空气中的区域有效。用户可以指定风速的分布,用于计算梁、管道和一维刚体单元的载荷分布。风的分布在水的自由表面以上的部分以指数函数的形式沿高度变化。在水平面上,风不发生变化。

载荷

除了 ABAQUS/Standard 提供的载荷形式(重力载荷、静水压力等等), ABAQUS/Aqua 为部分或全部浸没的结构提供特定的载荷库。用户可以指定那些单元承受那些类型的载荷,比如浮力或拖曳力。基于单元的几何形状、流体属性、稳态流、波的形式和风速的分布,程序将自动确定载荷的大小和方向。
1. 拖曳载荷 利用 Morison 方程计算拖曳载荷。流体和风都可能在结构上产生拖曳载荷。流体表面之下的稳态流和波荷载引起流体拖曳力,它同时具有横向和切向的贡献;风载施加于结构在洋流表面之上的部分,只具有横向作用。在流体和结构之间,切向和横向的作用力同相对速度的平方成比例。
2. 浮力载荷 基于外露表面与垂直方向的取向计算浮力。默认情况下,提供封闭端条件。浮力可以用于梁单元、管道单元和弯管单元,还可以施加到刚体的表面用于研究浮动结构,比如张力腿平台和海船。拖曳力、浮力和点载荷可以施加于刚梁。可以得到刚体参考点瞬时的全部垂直载荷、剪力和翻转弯矩。当浮力载荷同波分布同时施加时,由静止表面干扰引起的动力学压力被添加到静水压力,用于计算总体浮力载荷。
3. 惯性载荷 惯性力是基于管道和周围流体相对加速度而引入的附加质量的贡献。拓展 Morison 拖曳方程,允许用户分离从稳态流引起的部分拖曳载荷和从波引起的部分拖曳载荷,然后在单个分析中独立地施加这些载荷。频率分析可以包含这些附加质量效应。

附加特征

1. 锚链 锚链用于海床管道的安装。它的重力与连接管道的漂浮设备的浮力平衡。 ABAQUS/Aqua 中,锚链被理想化为通过悬链线与管道相连的管道固定支座,适合于模拟管道的运动比锚链长度大很多的情况。
2. 各项异性海床摩擦 在分析管道直接位于地面或海床上的响应时,摩擦的影响将非常重要。阻碍管道横向运动的阻力大于平行于管道方向的阻力。各项异性摩擦模型可以分析这种效果。海床较软的自然现象可以通过在刚体表面使用软接触表面行为恒容易的模拟。
3. 桩脚连接单元 桩脚连接单元利用等效的弹塑性响应,近似的模拟某些海洋平台结构土壤 - 结构的接触。
4. 筒体结构的滑动线 通过 在其它的管道中拉伸管道,将管道从海床提升到海面。 ABAQUS/Aqua 具有专门模拟 J 形管拉伸的单元。
5. 自升式钻塔底座分析 利用特殊的单元模拟桩脚和海床的弹塑性接触
6. 缆绳单元 在底部弯曲分析中,通过缆绳在海床上拖动管道。

ABAQUS-Design

ABAQUS/Design 拓展了 ABAQUS/Standard 在设计敏感性分析( DSA )中的应用。设计敏感性,即设计参数与设计响应的梯度,有益于理解设计行为和预计设计变化的影响。对于基于梯度的优化设计,设计敏感性分析可以为 "instant re- analysis" 或 v 设计提供依据。

在静态分析或频率提取分析中, ABAQUS/Design 可以计算结构对于形状和材料参数的敏感性。敏感性分析使用半解析方法,因此不需要附加的总体刚度矩阵分解。在单元级别进行数值差分,默认情况下自动选择所需的小扰动,以达到足够的精度。
设计敏感性分析可以用于分析以下设计响应,比如:位移、应力和应变(包括主值和不变量)、反力、单元体积、接触压力和特征频率。
设计参数,如弹性或超弹性材料属性、定向、结点坐标、截面属性和横向剪切刚度等,将显著的影响实体、壳、薄膜、梁和桁架单元的响应。在大位移分析的敏感性计算中,可以考虑非线性几何效应。模型可以包含较小的有限滑动接触,其中摩擦系数可以同设计参数相关。敏感性分析可以被重启动。

默认的敏感性算法可以精确的计算敏感性,而不需要用户指定任何的控制数据。用户可以直接指定数值差分方法(向前或中心差分)和参数扰动的大小,在半解析的设计敏感性分析方法的求解精度和求解费用之间权衡。

ABAQUS/Design 提供全量的和增量的设计敏感性分析公式。增量公式设合于分析路径相关的解。设计敏感性分析的结果可以利用 ABAQUS/Viewer 查看。比如,可以绘制位移或应力的敏感性云图。还可以用编程的方式访问敏感性分析的结果。

ABAQUS for CATIA V5

ABAQUS for CATIA V5产品为用户提供了完全集成在CATIA V5的使用环境中,采用功能强大的ABAQUS求解器进行非线性有限元分析的功能。

CATIA V5的几何建模功能在业内有着良好的声誉,其三维复杂图形的处理能力更是灵活强大。ABAQUS for CATIA V5 基于CATIA V5的框架内增加了两个ABAQUS的求解分析平台:结构分析和热分析。用户在CATIA V5的操作界面下进行几何建模,模型中的点、面和体成为分析模型的一部分来施加载荷、边界条件和接触定义。这样CATIA的模型同时成为ABAQUS的模型,CAD和FEA工程师无需脱离CATIA的界面就可以运用ABAQUS强大的非线性有限元分析功能,计算得到的结果文件也可以在CATIA中查看。

同时,ABAQUS for CATIA V5还为用户提供了随机帮助文档,用户可以根据帮助文档提供的技术细节为线性或非线性分析创建合适的有限元模型。

用户前期需要具备的知识包括结构分析的基本概念和CATIA V5的基础建模知识,如有限元的基本概念,部件、装配件的概念和基本的点、线、面操作技能。

 

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