曹金凤博士：我的Abaqus软件学习方法（附视频教程）

一、数值仿真在产品研发中的作用

在当今欧美发达国家的工业企业中，有限元分析已成为产品研发过程中一个必不可少的重要环节。CAE 工程师在校核设计方案、保证产品质量、改进产品设计、降低产品成本、提高产品强度和寿命等方面肩负重要的职责。对于一些复杂的关键部件，不经 CAE 工程师分析确认设计方案，就不能投产；如果产品因设计不当而出现质量问题，CAE 工程师也负有不可推卸的责任。

数值仿真在全球制造业的发展历程可以分为5个阶段：

• （1）只使用 CAD 进行产品设计；
• （2）开始使用少量的 CAE 技术；
• （3）综合应用各种成熟完整的 CAE 技术，并相互融合；
• （4）各种 CAE 数据的管理和重复利用；

• （5）制造业的完全信息化，建立完整的 PLM （Product Lifecycle Management）系统和知识库。

在我国，虽然有些企业已经应用 CAE 技术进行产品的研发，但 CAE 所起的作用仍与发达国家存在较大的差距。在一些企业中，CAE 的作用仅仅是为产品报告增加一些美观的图片，给出一些令人复杂的分析数据和曲线，让客户或上级领导知道“这个东西我们算过了”，而在整个产品研发过程中，并没有真正把计算机仿真放在核心的地位。

这种现象的原因是多方面的，就笔者的了解，可以归纳为下列几点：

• （1）“不需要”：总体来看，我国各行业的自主工业产品设计还处于初级阶段，很多产品设计工作仅仅是略微修改一下老产品的图纸，有限元分析不是必不可少的。

• （2）“不了解”：有些企业大致知道可以用有限元软件来做分析计算，但对于有限元软件具体能够分析什么，并不十分了解，没有真正认识到有限元分析对企业发展的重要性。

• （3）“不信任”：有些企业误以为有限元是万能的，希望它能给出任何所需要的分析结果，希望计算结果能够与工程实际 100% 地吻合。当这些过度期望落空后，就走向另一个极端，认为它百无一用，没有必要为其花费大量经费，干脆弃之不用，回到多年来已经熟悉的传统方法上，用机械手册上的公式来大致估算，产品成功与否更多地依靠老工程师的经验。

业界普遍认为，中国目前仍然非常缺乏优秀的 CAE 工程师。在高校教育过程中，缺少工程实践环节，很多教师偏向于理论研究，欠缺工程应用背景。机械、力学专业的学生尽管掌握了一定的有限元知识，走出校门后遇到工程实际问题就一筹莫展，面对复杂的模拟对象感到无从入手，所建模型或者过于简单，没有体现出模拟问题的重要特征，或者过于复杂，将大量精力和计算时间浪费在不重要的细节上。即使能够得到分析结果，也不知道该分析结果是否正确，准确度有多高、可靠性有多大。

二、我的Abaqus软件学习方法

很多读者感觉 Abaqus 软件比较难学，总是遇到不收敛的问题，甚至会因此觉得 Abaqus 不够好，转而选择其他的有限元软件。对此我们再做个比喻，如果我们拿着一台顶级的专业相机去摄影，最后发现照出来的相片是模糊的，这时我们首先应该想到的是如何提高我们的摄影水平，如何更好地对准焦距、保持手部平稳，而不是去抱怨相机质量太差。

同样的道理，如果建不出 Abaqus 模型，或者虽然能够建模但分析不收敛，我们应该考虑的是如何提高我们的专业水平，而不应随便怀疑 Abaqus 的质量，那是一种轻率的推卸责任的做法。

Abaqus 软件被业界称为有限元软件中的“贵族”，这里面有两层含义，首先是 Abaqus 处理复杂非线性问题的能力强，擅长解决接触、大变形、非线性材料等高端问题。正因为它的主要用途是解决复杂问题，所以它提供了很多复杂的功能，掌握起来会有一定的难度，就像专业相机比傻瓜相机难学，开汽车比骑自行车难学，开飞机比开汽车更难学。“贵族”的另一层含义是它的价格相对较贵，任何一种商品，其价格贵自然有贵的道理，正是因为质优才能卖得出高价钱。

事实上，只要经过一段时间的用心钻研，掌握 Abaqus 并不是像想象中的那么困难。下面介绍一些学好 Abaqus 应注意的问题。

（1）掌握基本的力学概念和有限元知识

作为一名有限元分析软件的用户，虽然不见得一定要掌握非常精深的力学理论，但至少应该系统学习过材料力学和有限元基础理论。有限元分析是一种技术含量很高的脑力劳动，切勿将其理解为一些简单重复的建模操作。有限元分析软件和 CAD 软件同样都包含建模过程，但二者最大的区别在于：在使用CAD 软件时，需要关注的仅仅是软件本身的功能和操作技巧，只要最终能把模型做出来就满足要求；而在有限元分析中，把模型建立起来仅仅是最简单的第1步，还要设置材料属性、载荷、边界条件、相互作用等，以保证分析能够顺利完成，能够得出分析结果。即使分析能够完成，并不表示其结果一定是正确的。如果模型中的参数违背了力学原理或不符合工程实际，计算结果就是错误的。

笔者接触过大量各行各业的 Abaqus 用户，发现很多人都有一个共性问题——还没有系统学习过基本的力学课程和有限元知识，就直接入手去分析相当复杂的工程问题。打一个夸张一点的比喻，这如同刚刚学会几句日常英语，就开始翻着字典去翻译莎士比亚的巨著，或者甚至连字典都不翻，仅凭自己的理解去翻译，这一定会出现很多问题。

（2）认真学习 Abaqus 基础教程

很多读者反映，在按照《实例详解》中的操作步骤一步步建模时，觉得非常容易，但一旦建立自己的模型，就遇到各种各样的问题，甚至是寸步难行。这里面的根本问题，还是读者没有真正掌握《实例详解》中的内容，只是依样画葫芦地操作了一遍，知其然而不知其所以然。

在学习本书时，应该注意避免两种心态，一是急于求成，匆匆翻一遍书就急着开始建立自己的复杂模型；二是过于自信，认为 Abaqus 没什么难的，自己随便试试就可以掌握。我们在最初学习使用Windows、Office 和 Email 等软件时，大多都不需要看任何教材，自己多尝试几次就学会了，但如果在学习 Abaqus 时同样使用这种方式，就很可能事倍功半，欲速而不达。事实上，如果能够静下心来多花几个小时认真学习教程中的内容，很可能会节省几十个小时调试模型的时间。

撰写本书时，限于篇幅，很多重要内容只能是用一两句话点一下，没有用大段文字来展开论述。如果读者在学习时一味求快，觉得懂了就一带而过，忽略了书中的重要内容，就很容易在建模分析时出问题，有可能犯了最基本的错误还意识不到。

建议读者在学习完《实例详解》和本书的内容之后，尝试不借助书中的提示，独立完成一遍书中的各个实例，如果遇到不收敛的问题，就仔细比较自己的模型和随书光盘中模型的区别，逐步把不同的地方都改成与随书资源包中的模型相同，直到分析能够收敛为止。在这个过程中，要仔细思考建模的每一步为什么要像书中那样做，如果不那样做会不会出现问题。这样就可以慢慢体会到书中各个步骤和各个参数的必要性，如果在建模时图省事或不细心，去掉或修改了模型中的重要部分，就可能出现预料不到的问题。

（3）充分利用 Abaqus 帮助文档和科技文献

Abaqus 帮助文档是最系统全面的学习指南，在《Abaqus/CAE User's Guide》、《Abaqus Analysis User's Guide》和《Abaqus Keywords Reference Guide》中可以找到对 Abaqus 各项功能的详细说明，而《Abaqus Example Problems Guide》、《Abaqus Benchmarks Guide》和《Abaqus Verification Guide》提供了数百个各种类型问题的 INP 文件实例，读者都可以参考学习。

关于某个具体领域的专业问题，可以查找相关的科技文献。例如在万方数据知识服务平台（wanfangdata.com.cn）中搜索“Abaqus 切削”，可以找到很多 Abaqus 模拟切削过程的国内文献。

（4）勤于思考，勇于实践，反复尝试，锲而不舍

前面介绍了各种 Abaqus 学习资源，但无论资源如何丰富、教程写得如何详尽，也不可能解答关于Abaqus 的所有问题，而只能是指引一个大致的方向，最终还是要靠读者自己的思考、实践和反复尝试，才能真正掌握 Abaqus。

在 Abaqus 的学习过程中，读者应该多动脑思考，多动手操作，多查帮助文档，多总结经验，在这个过程中把学到的有限元知识和工程实际结合起来，真正提高利用有限元软件分析解决实际问题的能力。

三、写在最后

第一次印刷2500册不到半年售完

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