1.2 ABAQUS主要模块
ABAQUS软件包含3个主要模块:ABAQUS/Standard、ABAQUS/Explicit和ABAQUS/CFP。同时ABAQUS软件还包含一个人机交互的前后处理模块ABAQUS/CAE(包括模型建立、交互式提交作业、监控运算过程及结果评估等)。此外,为求解特殊问题的需要,ABAQUS/Standard中还包含了ABAQUS/Aqua、ABAQUS/Design、ABAQUS/Foundation模块。最后,ABAQUS还为用户提供MOLDFLOW和ADAMS接口。ABAQUS软件的结构/模块关系,如图1-1所示。
图1-1 ABAQUS软件模块
1.ABAQUS/Standard
ABAQUS/Standard是一种通用的隐式分析求解器,它能求解多重线性及非线性问题,通常适用于静态分析、动力分析、结构热响应分析、电响应分析及其他复杂非线性耦合物理场的分析。其主要应用领域如下:
(1)常规的静态弯曲变形、强度分析。
(2)结构的固有振动特性及在某种载荷下的振动特性分析。
(3)轴承、轴套、螺栓连接等接触非线性分析。
(4)频域动态响应分析,机构运动过程分析。
(5)超弹性橡胶、复合材料分析。
(6)结构传热分析。
(7)各种耦合分析:
热机械平衡的原理(热固耦合)分析;
热电(焦耳加热)原理(热电耦合)分析;
压电性能(电固耦合)分析;
结构的声学研究(声固耦合)分析。
(8)方便灵活的用户子程序,生成用户特殊的单元、材料、摩擦、约束、载荷等。
(9)并行处理、高效直接和迭代求解器。
(10)与ABAQUS/Explicit结合,进行特殊过程的模拟,如金属成形过程。
由于ABAQUS/Standard能够提供动态载荷平衡的并行稀疏矩阵求解器、基于域分析并行迭代求解器以及并行的Lanczos特征值求解器,使得用户能够仅在ABAQUS软件下,非常可靠地进行各种大规模计算,与此同时,进行一般过程分析和线性摄动过程分析。
2.ABAQUS/Explicit
ABAQUS/Explicit是显式分析求解器,是进行短暂、瞬时动态事件分析的有效工具,更是求解冲击及其他高度不连续问题的可靠手段。在处理改变接触条件的高度非线性问题上,ABAQUS/Explicit也非常有效,它能够自动找出模型中各部件之间的接触对,高效地模拟部件之间的复杂接触,即在短时间域内,以很小的时间增量步向前推出结果。此外,ABAQUS/Explicit还能求解可磨损体之间的接触问题。
ABAQUS/Explicit同样拥有广泛的单元类型和材料模型,但它的单元库是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。ABAQUS/Explicit能够应用的领域主要有以下几个方面:
(1)通用的显式问题求解;
(2)非线性动力学分析和准静态分析;
(3)完全耦合的热力学分析;
(4)自动接触(General Contact)提供简单和稳定的接触建模方法;
(5)并行处理技术,包括SMP和DMP;
(6)与ABAQUS/Standard结合,分析特殊过程和问题;
(7)运用ALE技术创建自适应网络(模拟几何体的移动与位移);
(8)冲击和水下爆炸分析功能。
综上可知,ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard有各自的适用范围,将这两个模块集成后使得ABAQUS在功能上更为强大,使用上也变得更加灵活。在遇到大型复杂的工程分析问题时,往往需要将这两种模块结合使用,即结合了二者的显式、隐式求解技术的优点。
3.ABAQUS/CFD
ABAQUS/CFD是ABAQUS在6.10版本新增加的模块。作为第3个主要求解器,ABAQUS/CFD旨在解决模拟层流、湍流等流体问题,以及热传导、自然对流等流体传热问题。
此项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与流体相关的前处理定义等都可以在ABAQUS/CAE里完成,同时还可以用ABAQUS输出等值面、流速矢量图等多重流体相关后处理结果。
ABAQUS/CFD使得ABAQUS在处理流—固耦合问题时拥有更优秀的表现,配合ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard一起使用,能使ABAQUS变得更加丰富和强大。
4.ABAQUS/CAE
ABAQUS/CAE(Complete ABAQUS Environment)是ABAQUS软件进行前后处理和任务管理的人机交互环境,对求解器提供了全面支持。它能够实现的功能有以下几点:
(1)快速生成或者输入被分析模型的几何形状,为部件定义材料特性、边界条件、载荷等模型参数。
(2)目前唯一采用“特征”参数化建模方法的有限元前处理程序,用户还可以导入和编辑各种通用的CAD系统建立的几何模型。
(3)具有强大的几何体划分网格功能,可以检测所形成的分析模型,并在模型生成后提交、监视和控制分析作业,最后通过Visualization可视化模块显示得到的结果。
(4)根据需求设置ABAQUS/Explicit或ABAQUS/Standard对应的材料模型和单元类型,并进行网格划分。
(5)定义部件间的接触、耦合、绑定等相互作用。
5.ABAQUS/View
ABAQUS/View是ABAQUS/CAE的子模块,只具有可视化模块(Visualzation)的后处理功能。
6.ABAQUS/Design
ABAQUS/Design是ABAQUS/Standard的附加模块,它扩展了ABAQUS设计敏感度分析(DSA)。设计敏感度分析可用于预测设计参数变化对结构响应的影响。
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、基座弯曲的计算和漂浮机构的研究及J管道的受拉模拟。此外,ABAQUS/Aqua能够通过稳态水流和波浪效果的模拟对结构施加拉力、福利和流体惯性力,对自由水面上的部分还可以施加风载。
8.ABAQUS/Foundation
ABAQUS/Foundation是ABAQUS/Standard的一部分,它使得ABAQUS/Standard的线性静态和动态分析的使用变得更加经济。
9.MOLDFLOW接口
ABAQUS的MOLDFLOW接口是ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard的交互产品,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。
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的焦化产品,使用户能将ABAQUS中的有限元模型作为柔性部分输入到MSC.ADAMS系列产品中。