十进制转换成二进制公式⽯亦平书笔记-abaqus⼊门
基础部分
Part类型：可变形部件，离散刚体部件（任意形状，荷载作⽤下不可变形），解析刚体部件（只可以⽤直线，圆弧和抛物线创建的形状，荷载作⽤下不可变形）。每个部件只存在⾃⼰的坐标系中，与其他部件⽆关。给部件赋予属性，既成为实例。实例可以装配成assembly。
Automated repair options：默认为缝合边，⾃动修理⽤于⼏何体变成valid。
基特征⼀旦创建不能修改。附加特征可⽤于修改基特征或为基特征添加细节（拉伸，壳，线，切削，导⾓）
基准⼏何体类型：点，轴，坐标系，平⾯。
过滤器：selection options
分区：细分为不同的区域
对于拉伸和旋转，有扭曲选项，可以创建螺纹、螺旋弹簧和扭曲线。也可以利⽤锥度选项，指定⾓度，创建带有锥度的部件。
导⼊孤⽴⽹格：通过.inp和.odb⽂件导⼊已有⽹格。被导⼊的孤⽴⽹格，没有⽗⼏何体。
定义表⾯增强：定义了连接到已有部件表⾯的表⾯，并指定他的⼯程属性。
如何给部件定位：相对定位：定义⼏何关系，确定规则，表⾯平⾏约束，⾯⾯平⾏约束，共轴约束，接触约束，重合点约束，平⾏坐标系约束，若定义有冲突，则将之前的相对约束转化为绝对约束。集和表⾯在assembly，step，interaction和load模块中均有效。在part or property module 中创建的part集在assembly module 中有效，但不能通过set managerment修改。
Step ⽤途：define step，指定输出需求，指定分析诊断，指定分析控制。接触、荷载和边界条件是分析步相关的，需事先定义。主要⽤于描述模拟历程。对python和c++保留了API接⼝，⽤于后处理。输出类型有两种类型：场数据⽤于绘制模型的变形，云图和X-Y图；历程数据⽤于X-Y绘图。分析步可替换。分析控制：为显式分析定义⾃适应⽹格区域和控制；为接触问题定制求解控制；定制⼀般的求解控制。
Interaction：⽤于模拟机械或热的接触。如定义边界的耦合，定义连接器。显⽰体的⽬的是可视化，不⽤于分析。接触模型的法向关系、摩擦和⼲涉。带有摩擦的双⾯接触、⾃接触、捆绑约束。使⽤步骤：create ，选择起作⽤的step；选择表⾯；在edit interaction对话框中完成接触定义；在接触管理器中激活或不激活。
边界条件：包括初始温度、指定的平移或转动，速度或⾓速度。指定的边界条件可以随着时间相关的幅值定义。
初始条件：包括平动和转动速度、温度。初始平动速度可以模拟⾃由落体的效果。
步骤：创建、指定对象、编辑。
Mesh module ：分⽹技术，单元形状，单元类型，⽹格密度，⽣成⽹格，检查⽹格状况。
⼆维区域可⽤形状：四边形、以四边形为主（允许三⾓形单元作为过度）、三⾓形
三维区域可⽤形状：四⾯体、若实例中包含虚拟拓扑，可使⽤三⾓形单元、四边形单元和利⽤波前算法的四边形或四边形为主的单元。
细节模型中，⼩的细节可能会影响⽹格效果，虚拟模型则忽略⼩的细节。
⽹格⽣成技术：扫略⽹格（⽹格在区域的⼀个表⾯被创建，称为源⾯，⽹格中的节点沿着连接⾯，拷贝⼀个单元层，直到⽬标⾯，abaqus⾃动选择源和⽬标⾯）。
结构化分⽹技术：使⽤简单的预定义的⽹格拓扑关系划分⽹格，给出了⽹格划分的最⼤控制。不同的
区域可以有不同的⽹格划分，⽤不同的颜⾊来表⽰。在区域之间⾃动创建捆绑约束，保持区域的连接，但是约束不是真正的协调，精度将会受到影响。
控制⽹格密度和梯度：使⽤波前算法的三⾓形、四⾯体、四边形⽹格的节点和种⼦精确匹配；使⽤
中轴算法的六⾯体或四边形⽹格，abaqus会调整单元的分布，但是可以通过在边上的约束种⼦防⽌调整。分区创建了附加的边，可以对局部⽹格密度施加更多的控制，可以在应⼒集中区域细化⽹格。分配单元类型：荷载和边界条件等是基于⼏何体的，⽽不是基于⽹格。
⽹格质量检查：限制条件包括形状⽐、最⼤最⼩⾓度和形状因⼦等。在消息域显⽰单元的总数、扭曲单元的数量、平均扭曲和最差扭曲。
有限元分析实例详解（⽯亦平）
Abaqus有多个模块，包括cae前处理模块、主求解器Standard and explicit 、design，aqua，foundation 接⼝等等。在step中若选择static general 则选择了standard，若选择dynamic 则选择了explicit。ABAQUS/standard 是⼀个通⽤分析模块，它使⽤隐式求解⽅法，能够求解⼴泛领域的线性和⾮线性问题，包括静态分析、动态分析，以及复杂的⾮线性耦合物理场分析等。
ABAQUS/EXPLICIT ，⽤以进⾏显式动态分析，他使⽤显式求解⽅法，适于求解复杂⾮线性动⼒学问
题和准静态问题，特别是⽤于模拟短暂、瞬时的动态事件，如冲击和爆炸问题。此外，它对处理接触条件变化的⾼度⾮线性问题也⾮常有效(例如模拟成形问题)。js中的indexof是什么意思
⼆维平⾯应⼒问题：2D planar
线性摄动分析步（linear pertuibation step）：只⽤于分析线性问题，explicit中不能使⽤此。Standard 中，以下分析总是线性的：buckle（特征值屈曲）frequency（频率提取分析）modal dynamic（瞬时模态动态分析）random response （随机响应分析）response spectrum （反应谱分析）steady-state dynamics （稳态动态分析）如模型只能中存在⼤位移或转动，⼏何⾮线性参数NLGEOM应选择ON 设置求解过程时间增量步：若模型中不包含阻尼或与速率有关的材料性质，时间没有实际意义。允许的最⼩增量步：e-5，最⼤：1允许的增量步最⼤数⽬：100
设定输出数据：step 下output 菜单项
场变量输出结果（field output）⼀个分析步结束时输出结果历史变量输出结果（history output）0.1个分析步结束输出⼀次应⼒结果
设定⾃适应⽹格：step—other---adaptive mesh domain （control）通常⽐纯拉个狼⽇分析更稳定，⾼效，精确。
控制分析过程：standard 通⽤分析步step—other—general solution controls控制收敛算法和时间积分精度。静⼒问题，other —solver controls来控制迭代线性⽅程求解器的参数。
俄大使称加拿大新制裁仅具象征性在Interaction 功能模块中，主要可以定义模型的以下相互作⽤。
(1)主菜单Interaction 定义模型的各部分之间或模型与外部环境之间的⼒学或热相互作⽤，例如接触、弹性地基、热辐射等
(2) 主菜单Constraint 定义模型各部分之间的约束关系。
(3) 主菜单Connector 定义模型中的两点之间或模型与地⾯之间的连接单元( connector)，⽤来模拟固定连接、钱接、恒定速度连接、⽌动装置、内摩擦、失效条件和锁定装置等。
(4) 主菜单Special ? Inertia 定义惯量(包括点质量/惯量、⾮结构质量和热容)。
(5 )主菜单Special ? Crack 定义裂纹。
(6) 主菜单Special ? Springs/Dashpots 定义模型中的两点之间或模型与地⾯之间的弹簧和阻尼器。
(7) 主菜单Tools 常⽤的菜单项包括Set (集合)、Surface (⾯)和AlI\plitude (幅值)等。
约束：在ABAQUS/CAE 的Assembly 功能模块、Load 功能模块和Interaction 功能模块中都有"约束"的概念，它们分别有着不同的含义。在Assembly 功能模块中，Constraint(约束)的作⽤是定义各个实体间的相互位置关系，从⽽确定它们在装配件中的初始位置。在Load 功能模块中，主菜单BC 的作⽤是定义边界条件，消除模型的刚体位移。在Interaction功能模块中，主菜单Constraint (约束)的作c++模板
⽤是定义模型各部分的⾃由度之间的约束关系，具体包括以下类型。(1) Tie (绑定约束) 模型中的两个⾯被牢固地粘结在⼀起，在分析过程中不再分开。被绑定的两个⾯可以有不同的⼏何形状和⽹格。
(2) Rigid Body (刚体约束) 在模型的某个区域和⼀个参考点之间建⽴刚性连接，此区域变为⼀个刚体，各节点之间的相对位置在分析过程中保持不变。
(3) Display Body (显⽰体约束) 与Rigid Body 类似，受到此约束的实体只⽤于图形显⽰，⽽不参与分析过程。
(4) Coupling (耦合约束) 在模型的某个区域和参考点之间建⽴约束。
I) Kinematic Coupling (运动耦合) ：即在此区域的各节点与参考点之间建⽴⼀种运动上的约束关系。
2) Distributing Coupling (分布耦合) ：也是在此区域的各节点与参考点之间建⽴⼀种约束关系，但是对此区域上各节点的运动进⾏了加权平均处理，使此区域上受到的合⼒和合⼒矩与施加在参考点上的⼒
和⼒矩相等效。换⾔之，分布搞合允许⾯上的各部分之间发⽣相对变形，⽐运动捐合中的⾯更柔软。
(5) Shell-to-Solid Coupling (壳体-实⼼体约束) 在板壳的边和相邻实⼼体的⾯之间建⽴约束。
(6) Embedded Region (嵌⼊区域约束) 模型的⼀个区域镶嵌在另⼀个区域中。
(7) Equation (⽅程约束) ⽤⼀个⽅程来定义⼏个区域的⾃由度之间的相互关系。
载荷：
4) Shell Edge Load: 施加在板壳边上的⼒或弯矩。
5) Surface Traction: 施加在⾯上的单位⾯积载荷，可以是剪⼒或任意⽅向上的⼒，通
过⼀个向量来描述⼒的⽅向。
6) Pipe Pressure: 施加在管⼦内部或外部的压强。
7) Body Force: 单位体积上的体⼒。
8) Line Load: 施加在梁上的单位长度线载荷。
9) Gravity: 以固定⽅向施加在整个模型上的均匀加速度，例如重⼒;ABAQUS 根据此
加速度和材料属性中的密度来计算相应的载荷。
10) Bolt Load: 螺栓或紧固件上的紧固⼒，或其长度的变化。
11) Generalized Plane Strain: ⼴义平⾯应变载荷，它施加在由⼴义平⾯应变单元所构成
12) Rotational Body Force: 由于模型的旋转造成的体⼒.需要指定⾓速度或⾓加，以及旋转轴。
13) Connector Force: 施加在连接单元上的⼒。
14) Connector Moment: 施加在连接单元上的弯矩。
Assembly
(1)独⽴实体(independent instance) 独⽴实体是对Part 功能模块中部件的复制，可以直接对独⽴实体划分⽹格(mesh on instance ) ，⽽不能对相应的部件划分⽹格。如果对同⼀个部件创建了多个独⽴实体，则需要对每个独⽴实体分别划分⽹格。
(2) ⾮独⽴实体(dependent instance) ⾮独⽴实体是Part 功能模块中部件的指针(pointer) ，不能直接对
⾮独⽴实体划分⽹格，⽽只能对相应的部件划分⽹格（mesh on part）如果对同⼀个部件创建了多个独⽴实体，则只需对部件划分⼀次。
格，⽽不必再为每个⾮独⽴实体分别划分⽹格。
对⾮独⽴实体，应在窗⼝顶部的环境栏中把object选项设为part，即对部件划分⽹格；反之，对独⽴实体划分⽹格，应设为assembly，对整个装配件划分⽹格。
设置边上的种⼦，可以点击窗⼝右下⾓的constraints选择约束条件
⽆约束：节点数⽬可以超出或者少于种⼦；部分约束：只能超出，不能少于；完全约束
单元形状选择：⼆维（quad：完全使⽤四边形，quad-dominated：过渡区允许出现三⾓形单元，tri：完全使⽤三⾓形）
三维（hex：完全使⽤六⾯体，hex-dominated：过渡区允许出现楔形，tet：完全使⽤四⾯体，wedge：完全使⽤楔形）
⽹格颜⾊：structured 绿⾊sweep 黄⾊free 粉红⾊⾃由⽹格划分采⽤tri和tet的⼆次单元来保证精度，structured and sweep ⼀般采⽤quad and hex ，如果定义seeds完全约束，可能划分不成功，可去除种⼦。
如果某个区域显⽰为橙⾊表明⽆法使⽤⽬前赋予它的⽹格划分技术来⽣成⽹格。可把实体分割
( partition) 为⼏个简单的区域，再划分⽹格。
Medial axis 算法：⾸先把要划分⽹格的区域分为⼀些简单的区域，然后使⽤结构化⽹格划
分技术来为这些简单的区域划分同格。
1 )使⽤Medial Axis 算法更容易得到单元形状规则的⽹格，但⽹格与种⼦的位置吻合较差。
2) 在⼆维模型中使⽤Medial Axis 算法时，选择Minimize the mesh transition (最⼩化⽹格的过渡)可以提⾼⽹格的质量，但⽤这种⽅法⽣成的⽹格更容易偏离种⼦。
3）如果在某些边设置了受完全约束的seeds，则该算法会⾃动会其他边设置最佳的种⼦分布。
4）不⽀持由cad导⼊的粗糙模型和虚拟拓扑（virtual topology）
Advancing Front 算法：⾸先在边界上⽣成四边形⽹格，然后再向区域内部扩展。
dedecms开始收费1.得到的⽹格可以与种⼦的位置很好地吻合，但在较窄的区可能会使同格歪斜。
2.容易实现从粗⽹格到细⽹格的过渡，容易得到⼤⼩均匀的⽹格
3.⽀持由cad导⼊的粗糙模型和虚拟拓扑（virtual topology）
检查⽹格质量：verify mesh
单元类型
(1)线性( linear)单元⼜称⼀阶单元，仅在单元的⾓点处布置节点，在各⽅向都采⽤线性插值;
(2) ⼆次( quadratic) 单元⼜称⼆阶单元，在每条边上有中间节点，采⽤⼆次插值;
(3) 修正的( modified) ⼆次单元只有Tri或Tet 单元才有这种类型，即在每条边上有中间节点，并采⽤修正的⼆次插值。
所谓线性完全积分是指当单元具有规则形状时，所⽤的⾼斯积分点的数⽬⾜以对单元刚度矩阵中的多项式进⾏精确积分。承受弯曲载荷肘，线性完全职分单元会出现剪切⾃锁(shear locking) 问题，造成单元过于刚硬，即使划分很细的⽹格，计算精度仍然很差(Getting Started wilh ABAQUS) "Element formulation and integration"
⼆次完全积分（quadratic full-integration）单元
计算结果精确，适合模拟应⼒集中问题；⼀般⽆shear locking，但不能⽤于接触分析；若材料不可压缩，在弹塑性分析中，容易产⽣volumetric locking；扭曲或弯曲应⼒有梯度，locking
线性缩减积分（linear reduced-integration）单元
Quad 单元和Hex 单元在ABAQUS/CAE默认的单元类型是线性减缩积分单元
减缩积分单元⽐普通的完全积分单元在每个⽅向少⽤⼀个积分点。线性减缩积分单元在单元的中⼼只有⼀个积分点，由于存在所谓"沙漏"数值问题⽽过于柔软，ABAQUS 在线性减缩积分单元中引⼊了"沙漏刚度"以限制沙漏模式的扩展。
线性减缩积分单元有以下优点，
1)对位移的求解结果较精确。
2) ⽹格存在扭曲变形时(例如Quad 单元的⾓度远近⼤于或⼩于90°)分析精度不会受到⼤的影响。
3)在弯曲载荷下不容易发⽣剪切⾃锁。
其缺点如下：
1)由要划分较细的⽹格来克服沙漏问题。
2) 如果.希望以应⼒集中部位的节点应⼒作为分析指标，则不能选⽤此类单元，因为线性减缩积分单元只有在单元的中⼼有⼀个积分点，相当于常应⼒单元，经过外差值和平均后得到的节点应⼒则不精确。
⼆次减缩积分（quadratic reduced-integration）单元
优于线性减缩积分单元，不能⽤于接触分析、⼤应变问题，精度往往低于⼆次完全积分单元。
⾮协调摸式（incompatible modes）单元的优点如下
1) 克服了剪切⾃锁问题，在单元扭曲⽐较⼩的情况下，得到的位移和应⼒结果很精确。
2) 在弯曲问题中，在厚度⽅向上只需很少的单元，就可以得到与⼆次单元相当的结⽽计算成本明显降低。
3)使⽤了增强变形梯度的⾮协调模式，单元交界处不会重叠或开洞，因此很容易扩展到⾮线性、有限应变的位移。
注意，如果所关⼼部位的单元扭曲⽐较⼤，尤其是出现交错扭曲时，分析精度会降低。
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综上所述，选择三维实体单元类型时应遵循以下原则。
1)对于三维区域，尽可能采⽤结构化⽹格划分技术或扫掠⽹格划分技术，从⽽得到Hex 单元⽹格，减⼩计算代价，提⾼计算精度。当⼏何形状复杂时，也可以在不重要的区域使⽤少量模形(Wedge) 单元。
2) 如果使⽤了⾃由⽹格划分技术，Tet 单元的类型应选择⼆次单元。在ABAQUS/Explicit
中应选择修正的Tet 单元。C3D10M ，在ABAQUS/Standard 中可以选择C3D10，但如果有
⼤的塑性变形，或模型中存在接触，⽽且使⽤的是默认的"硬"接触关系( " hard" contact relationship) ，则也应选择修正的Tet 单元C3Dl0M 。
3) ABAQUS 的所有单元均可⽤于动态分析，选取单元的⼀般原则与精⼒分析相同。但在使⽤ABAQUS/Explicit模拟冲击或爆炸载荷时，应选⽤线性单元，因为它们具有集中质量公式，模拟应⼒波的效果优于⼆次单元所采⽤的⼀致质量公式。
如果使⽤的求解器是ABAQUS/Standard，在选择单元类型时还应注意以下⽅⾯。
1) 对于应⼒集中问题，尽量不要使⽤线性减缩积分单元，可使⽤⼆次单元来提⾼精度。如果在应⼒集
中部位进⾏了⽹格细化，使⽤⼆次减缩积分单元与⼆次完全积分单元得到的应⼒结果相差不⼤，⽽⼆次减缩积分单元的计算时间相对较短。
2) 对于弹塑性分析，如果材料是不可压缩性的(例如⾦属材料)，则不能使⽤⼆次完全积分单元，否则会出现体积⾃锁问题，也不要使⽤⼆次Tri 单元或Tet 单元。推荐使⽤的是修正的⼆次Tri 单元或Tet 单元、⾮协调单元，以及线性减缩积分单元。如果使⽤⼆次减缩积分单元，当应变超过20% -40% 时要划分⾜够密的⽹格。
3) 如果模型中存在接触或⼤的扭曲变形，则应使⽤线性Quad 或Hex 单元，以及修正的⼆次Tri 单元或Tet 单元，⽽不能使⽤其他的⼆次单元。
4) 对于以弯曲为主的问题，如果能够保证在所关⼼部位的单元扭曲较⼩，使⽤⾮协调单元(例如
C3D81 单元)可以得到⾮常精确的结果。
5) 除了平⾯应⼒问题之外，如果材料是完全不可压缩的(例如橡胶材料)，则应使⽤杂交单元；在某些情况下，对于近似不可压缩材料也应使⽤杂交单元。
梁单元的类型选择原则：ABAQUS 中的所有梁单元都可以产⽣轴向变形、弯曲变形和扭转变形，
B21 和B31单元(线性梁单元)以及B22 和B32 单元(⼆次梁单元)既适⽤于模拟剪切变形起重要作⽤
的深梁，⼜适⽤于模拟剪切变形不太重要的细长梁，三次单元B23 和B33 只需划分很少的单元就可以得到较精确的结果
1)在任何包含接触的问题中，应使⽤B21 或B31 单元(线性剪切变形梁单元)
2) 如果横向剪切变形很重要，则应采⽤B22 和B32 单元(⼆次Timoshenko 梁单元)。
3) 在ABAQUS/Standard 的⼏何⾮线性模拟中，如果结构⾮常刚硬或⾮常柔软，应使⽤
杂交单元，例如B21H 和B32H 单元。
4) 如果在ABAQUS/Standard 中模拟具有开⼝薄壁横截⾯的结构，应使⽤基于横截⾯翘
曲理论的梁单元，例如B310S 、B320S 单元。
定义耦合约束：
1、定义参考点tools—reference point（interaction module）
2、创建参考点集合tools—set—manager—create set（assembly module）
3、定义受约束的⾯tools—surface—manager （assembly module）
4、定义耦合约束create constraint –coupling—sets，选择点集作为耦合约束控制点；surface，选择⾯
集作为约束⾯---设置couplingt type（耦合类型）为distributing （模型树中位于constraints下）处在assembly划分⽹格状态下，⾯和集合属于整个装配件，若处在部件划分⽹格的状态下，则⾯和集合仅属于部件，不能在assembly、interaction or load module 中使⽤。
定义荷载：
1、定义载荷随时间变化的幅值Load模块，Tools→amplitude→Create ，Tabular（表格) ，
Continue。输⼊分析步时间和幅值。Time span 默认为step time（单个分析步中的时间），若为total time ，则表⽰所有分析

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