Abaqus从入门到精通（1）Abaqus的主要模块和文件类型

ABAQUS是一套基于有限元方法的工程分析软件，它既可以完成简单的有限元分析，也可以用来模拟非常庞大复杂的模型，解决工程实际中大型模型的高度非线性问题。本章将简要介绍ABAQUS的使用环境、软件发展历程、文件系统以及ABAQUS 2020的新功能。

通过本章的学习，使读者了解利用ABAQUS软件进行有限元分析的一般步骤和其特有的模块化的处理方式。

1.1Abaqus总体介绍

ABAQUS是国际上最先进的大型通用非线性有限元软件之一，它由世界知名的有限元分析软件公司HKS(2005年被达索系统公司收购)于1978年推出。ABAQUS以其杰出的复杂工程力学问题的分析能力、庞大求解规模的驾驭能力以及高度非线性问题的求解能力享誉业界，在许多国家都得到了广泛的应用，涉及机械、土木、水利、航空航天、船舶、电器、汽车等各个工程领域。一直以来，ABAQUS能够根据用户反馈的信息不断解决新的技术难题并及时进行软件更新，使其逐步完善。我国的ABAQUS用户量也迅速增长，使得ABAQUS在大量的高科技产品的研发中发挥了巨大的作用。

ABAQUS作为被广泛认可的、功能最强的非线性有限元分析软件之一，不但可以用于单一零件的力学和多物理场的分析，如静态和准静态的分析、模态分析、瞬态分析、弹塑性分析、接触分析、碰撞和冲击分析、爆炸分析、断裂分析、屈服分析、疲劳和耐久性分析等结构和热分析，而且还可以进行流固耦合分析、压电和热电耦合分析、声场和声固耦合分析、热固耦合分析、质量扩散分析等，同时其还能够进行系统级的分析和研究，特别是能够出色地实现极其复杂、庞大的系统性问题和高度非线性问题的模拟仿真和计算。

ABAQUS单元库包含诸多类型的单元，可以用来模拟各种复杂的几何形状;同时ABAQUS还拥有非常丰富的本构模型库，可用来模拟绝大多数常见的工程材料，如金属、聚合物、复合材料、橡胶、可压缩的弹性泡沫、钢筋混凝土以及各种地质材料等。此外，ABAQUS还具有强大的二次开发功能，该功能包括用户子程序和ABAQUS脚本接口。用户子程序(User Subroutines)使用Fortran语言进行开发，主要供用户自定义本构关系、自定义单元等，常用的用户子程序包括(V)UMAT、(V)UEL、(V)DLOAD等;ABAQUS脚本接口(ABAQUSScripting Interface)是在Python语言的基础上进行自定义开发，它扩充了Python语言的数据类型和对象类型，使得脚本功能更加强大，一般情况下脚本语言的开发多用于前、后处理以及自定义模块等。

此外，ABAQUS使用非常简便，很容易建立复杂问题的模型。对于大多数数值模拟，用户只需要提供结构的几何形状、边界条件、材料性质、载荷等工程数据;对于非线性问题的分析，ABAQUS能自动选择合适的载荷增量和收敛准则，在分析过程中对这些参数进行调整，保证结果的精确性。

1.2 ABAQUS的主要模块

ABAQUS的3个主要模块分别为ABAQUS/StandardABAQUS/Explicit和ABAQUS/CFD，即ABAQUS的隐式计算模块、显式计算模块和流固耦合计算模块。其中，ABAQUS/Standard还附带了3个特殊用途的分析模块，分别为ABAQUS/Aqua、ABAQUS/Design和ABAQUS/Foundation。另外，ABAQUS与其他工程软件还有非常好的兼容性，为其他软件预留了交互的接口，如为MOLDFLOW和ADAMS提供了接口。ABAQUS的前处理模块为ABAQUS/CAE，它是ABAQUS的集成工作环境，其功能包括了ABAQUS的模型建立、交互式提交作业、监控运算过程以及结果评估等能力。

本书将重点介绍ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的具体运用，有特殊需求的用户可参阅“ABAQUS/CAE User's Manual”等帮助文档

1.ABAQUS/CAE

ABAQUS/CAE(Complete ABAQUS Environment)是ABAQUS的集成工作环境，具有强大的前处理功能，它可以为各种复杂外形的几何体划分高质量的有限元网格，还可以便捷地生成或者输入分析模型的几何形状，为部件定义材料特性、载荷、边界条件等参数。在完成建模后，还可以提交、监视和控制分析作业，最后通过可视化(Visualization)模块来显示得到的结果。

2 .ABAQUS/Standard

ABAQUS/Standard是一个通用的分析模块。它能够求解广泛领域的线性和非线性问题，包括静态分析、动力学分析、结构的热响应分析以及其他复杂非线性耦合物理场的分析。

ABAQUS/Standard为用户提供了动态载荷平衡的并行稀疏矩阵求解器、基于域分解并行迭代求解器和并行的Lanczos特征值求解器，可以对包含各种大规模计算的问题进行非常可靠的求解，并进行一般过程分析和线性摄动过程分析。

3 .ABAQUS/Explicit

ABAQUS/Explicit为显式分析求解器，利用对时间的显式积分求解动态问题的有限元方程。适于分析冲击和爆炸等短暂、瞬时的动态事件，以及求解冲击和其他高度不连续问题等。

ABAQUS/Explicit拥有广泛的单元类型和材料模型，但是它的单元库是ABAQUS/Standard单元库的子集。它提供的基于域分解的并行计算仅可进行一般过程分析。此外，需要注意的是ABAQUS/Explicit不但支持应力/位移分析，而且支持耦合的瞬态温度/位移分析、声固耦合的分析。

ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard具有各自的适用范围，它们互相配合使得ABAQUS更加灵活和强大。有些工程问题需要二者的结合使用，以一种求解器开始分析，分析结束后将结果作为初始条件与另一种求解器继续进行分析，从而结合显式和隐式求解技术的优点。

4.ABAQUS/CFD

ABAQUS/CFD是ABAQUS的流体仿真模块，该模块使得ABAQUS能够模拟层流、湍流等流体问题以及自然对流、热传导等流体传热问题。该模块的增加使得流体材料特性、流体边界、载荷以及流体网格等流体相关的前处理定义等都可以在ABAQUS/CAE里完成，同时还可以由ABAQUS输出等值面、流速矢量图等多种流体相关后处理结果。ABAQUS/CFD使得ABAQUS在处理流固耦合问题时的表现更为优秀，配合使用ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard，使得ABAQUS更加灵活和强大。

5.ABAQUS/Design

ABAQUS/Design扩展了ABAQUS在设计灵敏度分析(DesignSensibility Analysis，DSA)中的应用。设计灵敏度分析可用于预测设计参数变化对结构响应的影响。它是一套可选择模块中，可以附加到ABAQUS/Standard模块中。本书将不介绍该模块。

6.ABAQUS/View

ABAQUS/View是ABAQUS/CAE的子模块，后处理功能中的可视化模块就包含在其中。

7.ABAQUS/Aqua

ABAQUS/Aqua也是ABAQUS/Standard的附加模块，它主要用于海洋工程，可以模拟近海结构，也可以进行海上石油平台导管和立架的分析、基座弯曲的计算、漂浮结构的研究以及管道的受拉模拟。它的其他一些功能包括模拟稳定水流和波浪，对受浮力和自由水面上受风载的结构进行分析。本书将不介绍该模块。

8.ABAQUS/Foundation

ABAQUS/Foundation是ABAQUS/Standard的一部分，它可以更经济地使用ABAQUS/Standard的线性静态和动态分析。本书将不介绍该模块。

9.MOLDFLOW接口

ABAQUS的MOLDFLOW接是ABAQUSExplicit和ABAQUS/Standard的交互产品，使用户将注塑成型软件MOLDFLOW与ABAQUS配合使用，将MOLDFLOW分析软件中的有限元模型信息转换成INP文件的组成部分。本书将不介绍该接口。

10.MSC.ADAMS接口

ABAQUS的MSC.ADAMS接口是基于ADAMS/Flex的子模态综合格式，它是ABAQUS/Standard的交互产品，使用户能够将ABAQUS同机械系统动力学仿真软件ADAMS配合使用，可将ABAOUS中的有限元模型作为柔性部分输入ADAMS系列产品中。

1.3 ABAQUS的文件类型

ABAQUS在实际的工程计算中生成的文件类型很多，主要包括以下几种。

1.abaqus.rpy文件

RPY(Replay)文件记录一次操作中几乎所有的ABAQUS/CAE命令，通过RPY文件可以很方便地改写为基于Python语言的脚本文件方便进行参数化建模以及二次开发。

2.model database name.cae文件

CAE文件主要包含模型的各种建模信息、分析任务等。

3 .model_database_name.jnl文件

JNL(Journal)文件是日志文件，其主要包含用于复制已存储模型数据库的ABAQUS/CAE命令。

4 . model_database_name.rec文件

REC(Record)文件主要包含了用于恢复内存中模型数据库的ABAQUS/CAE命令。

5.job_name.inp文件

INP(Input)文件为ABAQUS/CAE模块生成的输入文件，其包含整个分析所需要的所有信息，包括模型数据、边界条件等，最终用于提交给求解器进行计算。6.job_name.odb文件

ODB(Output Database)文件是结果数据库输出文件，包含了模型计算结果的各种数据。

7.ob name.lck文件

LCK(Lock)文件用于阻止写入输出数据库，关闭输出数据库则自行删除，起到保护数据库不被误删的作用。

8.job name.res文件

RES(Restart)文件用于模拟计算的重启动。

9.job_name.dat文件

DAT(Data)文件为数据文件，其采用文本输出计算过程中的各种信息。

10.job name.msg文件

MSG(Message)文件包含计算过程中的诊断信息，方便计算失败时查错。

11 .job name.sta文件

STA(Status)文件是状态文件，包含了分析过程的各种状态信

（内容、图片来源：《ABAQUS 2020有限元分析从入门到精通》，侵删）

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