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。上篇的內容包括：靜態(tài)應力/位移分析，動態(tài)應力/位移分析，穩(wěn)態(tài)傳輸分析，熱傳導和熱-應力分析，流體動力學分析，電磁分析，耦合的孔隙流體流動和應力分析，質量擴散分析，聲學和沖擊分析，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，包括：重啟動，導入和傳遞結果，子結構，子模型，生成矩陣，對稱模型，慣性釋放，網格更改或替換，幾何缺陷，斷裂力學，基于面的流體模擬，質量縮放，可選的子循環(huán)，穩(wěn)態(tài)探測，ALE自適應網格劃分，自適應網格重劃分，優(yōu)化技術，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，設計敏感性分析，參數研究等諸多方面。每一章都針對各項數值技術進行了詳細闡述。通過學習本書，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，以及各項分析技術。本書適合需要對設計項目進行有限元分析的工程技術人員使用，本書可以幫助讀者快速、全面地掌握Abaqus的基礎知識和使用技巧。本書可作為航空航天，機械制造，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，電子工程，能源，造船以及日用家電等領域的工程技術人員的參考用書，也可以作為高等院校相關專業(yè)研究生和高年級本科生的學習用書。對于使用Abaqus的工程技術人員，此書是必備的工具書，對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被公認為是功能強大的有限元軟件。借助它可以分析復雜的結構力學系統(tǒng)，特別是能夠解決非常龐大復雜的問題，而且可以模擬高度非線性問題。運用Abaqus不僅可以做單一零件的力學和多物理場的分析，還可以進行系統(tǒng)級的分析和研究，并且在近期的版本中，Abaqus中還引入了優(yōu)化以及計算流體動力學問題的功能。Abaqus強大的分析能力和模擬復雜系統(tǒng)的高可靠性使得它在各國的工業(yè)生產和科研領域得到廣泛的應用。
自1997年清華大學莊茁教授將Abaqus軟件引入國內后，Abaqus因其卓越的性能而在國內各行各業(yè)得到廣泛應用。
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果的方法，偏重于問題物理類型本身的模擬。內容包括：靜態(tài)應力/位移分析，動態(tài)應力/位移分析，穩(wěn)態(tài)傳輸分析，熱傳導和熱應力分析，流體動力學分析，電磁分析，耦合的多孔流體流動和應力分析，質量擴散分析，聲學、沖擊和耦合的聲學結構分析，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。
下篇內容闡述在模擬計算過程中使用的各種不同的數值方法、優(yōu)化過程中采用的計算方法等，偏重于計算方法和對模型計算過程的方法討論。涉及的分析技術包括：重啟動，導入和傳遞結果，子結構，子模型，生成矩陣，對稱模型，慣性釋放，網格更改或替換，幾何缺陷，斷裂力學，基于面的流體模擬，質量縮放，可選的子循環(huán)，穩(wěn)態(tài)探測，ALE自適應網格劃分，自適應網格重劃分，優(yōu)化技術，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，設計敏感性分析，參數化研究等。
通過學習本書內容，可以全面深刻地了解Abaqus在諸多問題中是如何分析的，采用什么樣的計算方法和模型運算處理技術可以快速地得到合理的結果。
在寫作過程中，筆者付出了艱辛的勞動，犧牲了大量的業(yè)余時間，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。謹以此書獻給他們。
感謝SIMULIA中國區(qū)總經理白銳先生、用戶支持經理高祎臨女士和SIMULIA中國南方區(qū)資深經理及技術銷售高紹武博士在翻譯過程中給予筆者的鼓勵和支持，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習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于原版手冊，但由于語言能力和技術能力所限，書中難免出現(xiàn)不當之處。對于書中的問題，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，力學家對工程與科學的重大貢獻之一是發(fā)展了有限單元法，使其成為基于仿真的工程與科學的重要技術手段之一，使得難以建立解析解答的力學理論模型和難以實施的真實物理實驗在計算機上順利完成。科學家和工程師的追求不僅在于解釋世界，更在于改造世界。21世紀是大數據、云計算和云存儲的信息爆炸時代，計算機硬件和數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，破解工程與科學的難題。
力學難題的挑戰(zhàn)主要取決于其非線性程度，非線性有限元是計算力學的重要組成部分。Abaqus是國際上最主要的大型通用有限元計算分析軟件，具有材料、幾何和接觸非線性計算的強大功能。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彼岸的橋梁。Abaqus具有強大的計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、承受復雜的機械和熱載荷過程，變化的接觸條件的非線性組合問題；無論是分析靜態(tài)和準靜態(tài)問題，還是穩(wěn)態(tài)和動態(tài)問題；無論是隱式求解，還是顯式求解，應用Abaqus計算分析都會得到令人滿意的結果。
本書內容分為上下兩篇，上篇內容涵蓋求解力學問題的動量方程和多物理場方程，如靜態(tài)和動態(tài)的應力/位移計算，熱、流、聲和電磁場方程等；下篇內容涵蓋力學問題的有限元數值方法，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算方法以及粒子方法和優(yōu)化算法等。掌握這些內容對有限元建模、計算方法選擇和正確評估計算結果大有裨益。本書內容匯集了發(fā)展力學理論模型和應用工程實踐的寶貴經驗，必然會使讀者受益和借鑒。
王鷹宇先生是位具有豐富工程實踐經驗的工程師，也是一位潛心積累，熱心傳播知識的學者，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)推動非線性有限元的發(fā)展和Abaqus軟件在我國的應用，并促進我國基于仿真的工程與科學事業(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)于四川大學機械制造學院機械設計及理論方向，碩士研究生學歷。畢業(yè)后進入上海飛機設計研究所（640所），從事飛機結構設計與優(yōu)化計算工作，參加了ARJ21新支線噴氣式客機研制。后在3M中國有限公司從事固體力學，計算流體動力學，NVH仿真和設計優(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)動機短艙結構研制工作。
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定義一個分析
1.1.3通用和線性攝動過程
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)應力/位移分析
1.2.1靜態(tài)應力分析過程：概覽
1.2.2靜態(tài)應力分析
1.2.3特征值屈曲預測
1.2.4非穩(wěn)定失穩(wěn)和后屈曲分析
1.2.5準靜態(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動態(tài)應力/位移分析
1.3.1動態(tài)分析過程：概覽
1.3.2使用直接積分的隱式動力學分析
1.3.3顯式動力學分析
1.3.4直接求解的穩(wěn)態(tài)動力學分析
1.3.5固有頻率提取
1.3.6復特征值提取
1.3.7瞬態(tài)模態(tài)動力學分析
1.3.8基于模態(tài)的穩(wěn)態(tài)動力學分析
1.3.9基于子空間的穩(wěn)態(tài)動力學分析
1.3.10響應譜分析
1.3.11隨機響應分析
1.4穩(wěn)態(tài)傳輸分析
1.5熱傳導和熱應力分析
1.5.1熱傳導分析過程：概覽
1.5.2非耦合的熱傳導分析
1.5.3完全耦合的熱應力分析
1.5.4絕熱分析
1.6流體動力學分析
1.6.1流體動力學分析過程：概覽
1.6.2不可壓縮流體的動力學分析
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完全耦合的熱電結構分析
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和應力分析
1.8.1耦合的孔隙流體擴散和應力分析
1.8.2自重應力狀態(tài)
1.9質量擴散分析
1.10聲學、沖擊和耦合的聲學結構分析
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收斂準則和時間積分準則：概覽
2.2.2常用的控制參數
2.2.3非線性問題的收斂準則
2.2.4瞬態(tài)問題的時間積分精度
下篇分 析 技 術
3分析技術：介紹
4分析連續(xù)性技術
4.1重啟動一個分析
4.2導入和傳遞結果
4.2.1在Abaqus分析之間傳遞結果：概覽
4.2.2在Abaqus/Explicit與Abaqus/Standard之間傳遞結果
4.2.3從一個Abaqus/Standard分析傳遞結果到另外一個Abaqus/Standard分析
4.2.4從一個Abaqus/Explicit分析傳遞結果到另外一個Abaqus/Explicit分析
5模擬抽象化
5.1子結構
5.1.1使用子結構
5.1.2定義子結構
5.2子模型
5.2.1子模型模擬：概覽
5.2.2基于節(jié)點的子模型模擬
5.2.3基于面的子模型模擬
5.3生成矩陣
5.3.1生成結構矩陣
5.3.2生成熱矩陣
5.4對稱模型生成、結果傳遞和循環(huán)對稱模型的分析
5.4.1對稱模型生成
5.4.2從一個對稱網格或者三維網格的一部分傳遞結果到一個完全的三維網格
5.4.3表現(xiàn)出循環(huán)對稱的模型的分析
5.5周期介質分析
5.6網格劃分的梁橫截面
5.7使用擴展的有限元方法將不連續(xù)性模擬成一個擴展特征
6特殊目的的技術
6.1慣性釋放
6.2單元和接觸對的刪除和再激活
6.3在一個模型中引入一個幾何缺陷
6.4斷裂力學
6.4.1斷裂力學：概覽
6.4.2圍線積分評估
6.4.3裂紋擴展分析
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自適應技術
7.1自適應技術：概覽
7.2ALE自適應網格劃分
7.2.1ALE自適應網格劃分：概覽
7.2.2在Abaqus/Explicit中定義ALE自適應網格區(qū)域
7.2.3Abaqus/Explicit中的ALE自適應網格劃分和重映射
7.2.4Abaqus/Explicit中的歐拉自適應網格區(qū)域的模擬技術
7.2.5Abaqus/Explicit中的ALE自適應網格劃分的輸出和診斷
7.2.6在Abaqus/Standard中定義ALE自適應網格區(qū)域
7.2.7Abaqus/Standard中的ALE自適應網格劃分和重映射
7.3自適應網格重劃分
7.3.1自適應網格重劃分：概覽
7.3.2影響自適應網格重劃分的容差指標的選擇
7.3.3基于求解的網格大小
7.4網格替換后的分析連續(xù)性
8優(yōu)化技術
8.1結構優(yōu)化：概覽
8.2優(yōu)化模型
8.2.1設計響應
8.2.2目標和約束
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歐拉網格運動
9.4在歐拉區(qū)域中定義自適應網格細化
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平滑粒子流體動力學
10.2.2有限元轉換為SPH粒子
11順序耦合的多物理場分析
11.1順序耦合的預定義場
11.2順序耦合的熱應力分析
11.3順序耦合的預定義載荷
12協(xié)同仿真
12.1協(xié)同仿真：概覽
12.2為協(xié)同仿真準備一個Abaqus分析
12.3Abaqus求解器之間的協(xié)同仿真
12.3.1結構結構的協(xié)同仿真
12.3.2流體結構的協(xié)同仿真和共軛熱傳導
12.3.3電磁結構的和電磁熱的協(xié)同仿真
12.3.4執(zhí)行一個協(xié)同仿真
12.4結構邏輯的協(xié)同仿真
13擴展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設計敏感性分析
15參數化研究
15.1腳本運行參數研究
15.2參數化研究：命令
15.2.1aStudy.combine():為參數化研究組合參數采樣
15.2.2aStudy.constrain():在參數化研究中約束參數值組合
15.2.3aStudy.define():為參數化研究定義參數
15.2.4aStudy.execute():執(zhí)行參數化研究設計的分析
15.2.5aStudy.gather():收集參數化研究的結果
15.2.6aStud
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