ABAQUS非线性有限元分析与实例

TUM工业大学

《ABAQUS非线性有限元分析与实例》是ABAQUS软件应用的实例教材，结合有限元的基本理论和数值计算方法，通过一系列的相关例题和讨论，介绍了ABAQUS软件的主要内容。书中系统地讲解了编写输入数据文件和前处理的要领，对输出文件进行分析和后处理的方法，并系统地讲述了一些应用在土木、材料、机械和铁道工程的实例。为了帮助二次开发，详细地讲解了如何编写用忘掉材料子程序UMAT和单元子程序UEL。因此，《ABAQUS非线性有限元分析与实例》可作为工程师应用有限元软件进行力学分析和结构设计的手册，也可作为力学和工程专业研究生和本科生的有限元数值计算课的参考教材。
《ABAQUS非线性有限元分析与实例》适合高校理工科教师、科研人员、工科本科生和研究生、从事设计和有限元分析的工程师等人阅读。
目录第1章 引言 1.1 hks与abaqus 1.2 有限元著作和软件的发展历史 1.3 有限元带来设计的革命 1.4 在设计中应用abaqus 1.5 abaqusutkk 1.5.1 abaqus软件产品 1.5.2 abaqus文档 1.6 有限元法制简单回顾 1.6.1 使用隐式方法求解位移 1.6.2 应力波传播的描述 1.7 abaqus描述实践教程 1.7.1 本书内容 1.7.2 本书中的一些约定 1.7.3 鼠标的基本操作 1.7.4 本书上篇中的有关章节 第2章 abaqus基础 2.1 abaqus分析模型的组成 2.2 abaqus/cae简介 2.2.1 启动abaqus/cae
.2.2.2 主窗口的组成部分
　　2.2.3 什么是功能模块
　　2.3 例题：用abaqus/cae生成桥式吊架模型
　　2.3.1 量纲
　　2.3.2 创建部件
　　2.3.3 创建材料
　　2.3.4 定义和赋予截面（section)特性
　　2.3.5 定义装配
　　2.3.6 设置分析过程
　　2.3.7 在模型上施加边界条件和载荷
　　2.3.8 模型的网络剖分
　　2.3.9 创建一个分析作业
　　2.3.10 检查模型
　　2.3.11 运行分析
　　2.3.12 用abaqus/cae进行后处理
　　2.3.13 应用abaqus/explicit重新运行分析
　　2.3.14 对动态分析的结果进行后处理
　　2.4 比较隐式与显式过程
　　2.4.1 在隐式和显式分析之间选择
　　2.4.2 在隐式和显式分析中网格加密的成本
　　小结
　　第3章 有限单元和刚性体
　　3.1 有限单元
　　3.1.1 单元的表征
　　3.1.2 实体单元
　　3.1.3 壳单元
　　3.1.4 梁单元
　　3.1.5 桁架单元
　　3.2 刚性体
　　3.2.1 确定何时使用刚性体
　　3.2.2 刚性体部件
　　3.2.3 刚性单元
　　3.3 质量和转动惯量单元
　　3.4 弹簧和减振器单元
　　小结
　　第4章 应用实体单元
　　4.1 单元的数学描述和积分
　　4.1.1 完全积分
　　4.1.2 减缩积分
　　4.1.3 非协调单元
　　4.1.4 杂交单元
　　4.2 选择实体单元
　　4.3 例题：连接环
　　4.3.1 前处理——应用abaqus/cae建模
　　4.3.2 后处理——结果可视化
　　4.3.3 用abaqus/explicit重新进行分析
　　4.3.4 后处理动力学分析结果
　　4.4 网格收敛性
　　4.5 例题：像胶块中的（abaqus/explicit）
　　4.5.1 前处理——abaqus/cae创建模型
　　4.5.2 后处理
　　4.5.3 改变网格的效果
　　4.6 相关的abauqus例题
　　4.7 建议阅读的文献
　　小结
　　第5章 应用壳单元
　　5.1 单元几何尺寸
　　5.1.1 壳体厚度和截面点(section points)
　　5.1.2 壳法线和壳面
　　5.1.3 壳的初始曲率
　　5.1.4 参考面的偏移（referance surface offset)
　　5.2 壳体公式——厚壳或薄壳
　　5.3 壳的材料方向
　　5.3.1 默认的局部材料方向
　　5.3.2 建立可变的材料方向
　　5.4 选择壳单元
　　5.5 例题：斜板
　　5.5.1 前处理——用abaqus/cae建立模型
　　5.5.2 后处理
　　5.6 相关的abaqus/cae例题
　　5.7 建议阅读的文献
　　小结
　　第6章 应用梁单元
　　6.1 梁横截面几何
　　6.1.1 形状截面点(section points)
　　6.1.2 横截面方向
　　6.1.3 梁单元曲率
　　6.1.4 梁截面的节点偏移
　　6.2 计算公式和积分
　　6.2.1 剪切变形
　　6.2.2 扭转响应——翘曲
　　6.3 选择梁单元
　　6.4 例题：货物吊车
　　6.4.1 前处理——abaqus/cae创建模型
　　6.4.2 后处理
　　6.5 相关的abaqus例子
　　6.6 建议阅读的文献
　　小结
　　第7章 线性动态分析
　　7.1 引言
　　7.1.1 固有频率和模态
　　7.1.2 振型叠加
　　7.2 阻尼
　　7.2.1 在abaqus/standard中阻尼的定义
　　7.2.2 选择阻尼值
　　7.3 单元选择
　　7.4 动态问题的网格剖分
　　7.5 例题：货物吊车——动态载荷
　　7.5.1 修改模型
　　7.5.2 结果
　　7.5.3 后处理
　　7.6 模态数量的影响
　　7.7 阻尼的影响
　　7.8 志直接时间积分的比较
　　7.9 其他的动态过程
　　7.9.1 线性模态法的动态分析
　　7.9.2 非线性动态分析
　　7.10 相关的abaqus的例子
　　7.11建议阅读的文献
　　小结
　　第8章 非线性
　　8.1 非线性的来源
　　8.1.1 材料非线性
　　8.1.2 边界非线性
　　8.1.3 几何非线性
　　8.2 非线性问题的求解
　　8.2.1 分析步、增量步和迭代步
　　8.2.2 abaqus/standard中的平衡迭代和收敛
　　8.2.3 abaqus/standard中的自动增量控制
　　8.3 在abaqus/cae分析中包含非线性
　　8.3.1 几何非线性
　　8.3.2 材料非线性一
　　8.3.3 边界非线性
　　8.4 例题：非线性斜板
　　8.4.1 修改模型
　　8.4.2 作业诊断
　　8.4.3 后处理
　　8.4.4 用abaqus/explicit运行分析
　　8.5 相关的abaqus例子
　　8.6 建议阅读的文献
　　小结
　　第9章 显式非线性动态分析
　　9.1 abaqus/explicit适用的问题类型
　　9.2 动力学显式有限元方法
　　9.2.1 显式时间积分
　　9.2.2 比较隐式和显式时间积分程序
　　9.2.3 显式时间积分方法的优越性
　　9.3 自动时间增量和稳定性
　　9.3.1 显式方法的条件稳定性
　　9.3.2 稳定性限制的定义
　　9.3.3在abaqus/explicit中的完全自动时间增量与固定时间增量
　　9.3.4 质量缩放以控制时间增量
　　9.3.5 材料对稳定极限的影响
　　9.3.6 网格对稳定极限的影响
　　9.3.7 数值不稳定性
　　9.4 例题：在棒中的应力波传播
　　9.4.1 前处理——abaqus/cae创建模型
　　9.4.2 后处理
　　9.4.3 网格对稳定时间增量和cpu时间的影响
　　9.4.4 材料对稳定时间增量和cpu时间的影响
　　9.5 动态振荡的阻尼
　　9.5.1 体粘性
　　9.5.2 粘性压力
　　9.5.3 材料阻尼
　　9.5.4 离散的减振器
　　9.6 能量平衡
　　9.6.1 能量平衡的表述
　　9.6.2 能量平衡的输出
　　9.7 弹簧和减振器的潜在不稳定性
　　9.7.1 确定稳定时间增量
　　9.7.2 识别非稳定性
　　9.7.3 消除不稳定性
　　小结
　　第10章 材料
　　10.1 在abaqus中定义材料
　　10.2 延性金属的塑性
　　10.2.1 延性金属的塑性性质
　　10.2.2 有限变形应力和应变度量
　　10.2.3 在abaqus中定义塑性
　　10.3 弹-塑性问题的单元的选取
　　10.4 例题2：连接不的塑性
　　10.4.1 修改模型
　　10.4.2作业监控和诊断
　　10.4.3 对结果进行后处理
　　10.4.4 在材料模型中加入硬化特性
　　10.4.5 运行考虑塑性硬化的分析
　　10.4.6 对结果进行后处理
　　10.5 例题：加强板承受爆炸载荷
　　10.5.1 前处理——用abaqus/cae创建模型
　　10.5.2 后处理
　　10.5.3 分析的回顾
　　10.6 超弹性
　　10.6.1 引言
　　10.6.2 可压缩性
　　10.6.3 应变势能
　　10.6.4 应用试验数据定义超弹性行为
　　10.7 例题：轴对称像胶支座
　　10.7.1 对称性
　　10.7.2 前处理——应用abaqus/cae创建模型
　　10.7.3 后处理
　　10.8 大变形的网格设计
　　10.9 减少体积自锁的技术
　　10.10 相关的abaqus例题
　　10.11 建议阅读的文献
　　小结
　　第11章 多步骤分析
　　11.1 一般分析过程
　　11.1.1 在一般分析步中的时间
　　11.1.2 在一般分析步中指定载荷
　　11.2 线性摄动分析
　　11.2.1 在线性摄动分析步中指定时间
　　11.2.2 在线性摄动分析步中指定载荷
　　11.3 例题：管道系统的振动
　　11.3.1 前处理——用abaqus/cae创建模型
　　11.3.2 对作业的监控
　　11.3.3 后处理
　　11.4 重启动分析
　　11.4.1 重启动和状态文件
　　11.4.2 重启动一个分析
　　11.5 例题：重启动管道的振动分析
　　11.5.1 创建一个重启动分析模型
　　11.5.2 监控作业
　　11.5.3 对重启动分析的结果作后处理
　　11.6 相关的abaqus例题
　　小结
　　第12章 接触
　　12.1 abaqus接触功能概述
　　12.2 定义接触面
　　12.3 接触面间的相互作用
　　12.3.1 接触面的法向行为
　　12.3.2 表面的滑动
　　12.3.3 摩擦模型
　　12.3.4 其他接触相互作用选项
　　12.3.5 基于表面的约束
　　12.4 在abaqus/standard中定义接触
　　12.4.1 接触相互作用
　　12.4.2 从属(slave)和主控（master)表面
　　12.4.3 小滑动与有限滑动
　　12.4.4 单元选择
　　12.4.5 接触算法
　　12.5 在abaqus/standard中的刚性表面模拟问题
　　12.6 abaqus/standard例题：凹槽成型
　　12.6.1 前处理——用abaqus/cae 建模
　　12.6.2 监视作业
　　12.6.3 abaqus/standard接触分析的故障检测
　　12.6.4 后处理
　　12.7 在abaqus/explicit中定义接触
　　12.8 abaqus/explicit建模中需要考虑的问题
　　12.8.1 正确定义表面
　　12.8.2 模型的过约束
　　12.8.3 网格细化
　　12.8.4 初始过盈接触
　　12.9 abaqus/explicit例题：电路板跌落试验
　　12.9.1 前处理——用abaqus/cae建模
　　12.9.2 后处理
　　12.10 综合例题：筒的挤压
　　12.10.1 前处理——用abaqus/cae创建模型
　　12.10.2 屈曲分析的结果
　　12.10.3 修改模型的创建筒的挤压分析
　　12.10.4 挤压分析的结果
　　12.11 abaqus/standard和abaqus/explicit的比较
　　12.12 相关的abaqus例题
　　12.13 建议阅读的文献
　　小结
　　第13章 abaqus/standard准静态分析
　　13.1 显式动态问题类比
　　13.2 加载速率
　　13.2.1 光滑幅值曲线
　　13.2.2 结构问题
　　13.2.3 金属成型问题
　　13.3 质量放大
　　13.4 能量平衡
　　13.5 例题：abaqus/standard凹槽成型
　　13.5.1 前处理——应用abaqus/standard重新运算模型
　　13.5.2 成型分析——尝试2
　　13.5.3 两次成型尝试的讨论
　　13.5.4 加速分析的方法
　　小结
　　下篇 abaqus应用实例
　　第14章 abaqus在土木工程中的应用（一）
　　14.1 问题描述
　　14.2 斜拉桥建模
　　14.2.1 桥塔建模
　　14.2.2 拉索建模
　　14.2.3 桥面体系
　　14.2.4 数值方法的选取
　　14.3 静力分析和施工过程仿零点
　　14.3.1 常规方式的静力分析
　　14.3.2 逐段加载
　　14.4 动态分析
　　14.4.1 模态分析
　　14.4.2 地震反应时程分析
　　第15章 abaqus在土木工程中的应用（二）
　　15.1 钢筋混凝土圆柱形结构的倾倒分析
　　15.1.1 分析模型
　　15.1.2 abaqus混凝土本构模型
　　15.1.3 混凝土中的加强筋
　　15.1.4 分析结果
　　15.2 牙轮钻砂破岩过程模拟
　　15.3 大型储液罐的动力分析
　　15.3.1 问题描述
　　15.3.2 储液罐有限元模型
　　15.3.3 附加质量公式和单元模型
　　15.3.4 动力响应分析过程
　　15.3.5动力响应分析结果与讨论
　　第16章 abaqus多场耦合问题工程实例
　　16.1 一种新型高速客车空气弹簧的非线性有限元分析
　　16.1.1 前言
　　16.1.2 cad模型和abaqus有限元模型
　　16.1.3 空气弹簧的有限元计算结果与分析
　　16.1.4 计算结果和分析
　　16.2 多场耦合问题在水坝工程中的应用两例
　　16.2.1 变形场——温度场——渗流场分析（thm分析）及堆石坝实例
　　16.2.2 掺mgo混凝土失坝的施工/运行仿真分析（tcm分析）
　　16.2.3 小结
　　16.3 复合材料层合板固化过程中的化学场、温度场耦合问题
　　16.3.1 前言
　　16.3.2 abaqus有限元模型
　　16.3.3 材料属性
　　16.3.4 初始条件和边界条件
　　16.3.5 用户子程序
　　16.3.6 结果与分析
　　第17章 abaqus在焊接工业中的应用
　　17.1 用abaqus软件进行插销试验焊接温度场分析
　　17.1.1 平板焊接温度场有限元分析及实测对比
　　17.1.2 插销试验的温度场
　　17.2 焊接接头氢扩散数值模拟
　　17.2.1 接头扩散过程的几项基本假设
　　17.2.2 初始条件和边界条件
　　17.2.3 焊接接头
　　第18章 像胶超弹性材料的应用实例
　　18.1 问题简介
　　18.2 像胶各种本构关系模型
　　18.2.1 超弹性模型本构关系基本理论
　　18.2.2 各类超弹性本构模型
　　18.2.3 小结
　　18.3 过盈配合平面应力正气小变形解
　　18.4 过盈配合平面应力下的大变形解
　　18.5 体积刚度及泊松比对过盈配合的影响
　　18.5.1 体积刚度对过盈配合的影响
　　18.5.2 泊松比对过盈配合的影响
　　第19章 abaqus用户材料子程序（umat）
　　19.1 引言
　　19.2 模型的数学描述
　　19.2.1 johnson-cook强化模型简介
　　19.2.2 率相关塑性的基本公式
　　19.2.3 完全隐式的应力更新算法
　　19.3 abaqus用户村料子程序
　　19.3.1 子程序概况与接口
　　19.3.2 编程
　　19.4 shpb实验的有限元模拟
　　19.4.1 分离式hopkinson压杆（shpb）实验
　　19.4.2 有限元建模
　　19.4.3 二维动态分析
　　19.4.4 三维动态分析
　　19.5 umat的fortran程序
　　19.5.1 umat
　　19.5.2 umatht（包含材料的热行为）
　　第20章 abaqus用户单元子程序（uel）
　　20.1 非线性索单元
　　20.1.1 背景
　　20.1.2 基本公式
　　20.1.3 应用举例
　　20.1.4 非线性索单元用户子程序
　　20.2 利用abaqus用户单元计算应变梯度塑性问题
　　20.2.1 两种应变梯度理论
　　20.2.2 abaqus用户单元的使用
　　20.2.3 有限元计算的结果

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