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我的Abaqus几点学习建议-规划仿真工程师进阶式成长路径

仿真圈

6月前浏览5503

大家好！我是仿真秀专栏作者李树栋，受仿真秀平台邀请，希望我给大家分享一些ABAQUS的学习经验，今天我就和大家聊一聊从工程问题角度，谈谈你我如何学好ABAQUS?

曾几何时，我在中车培训时，经常说到的一句话就是“学好ABAQUS，我觉得中国人应该有先天优势”，具体缘由我们先从ABAQUS的logo说起。

一、写在前面

早期的LOGO形象是一个完整的中国算盘，上面有一个信息，它的珠子设定为公司正式成立的日期：1978年2月1日。David他们本打算直接将软件命名为算盘ABACUS，但此商标已被注册使用，于是聪明的将字母“C”改成了“Q”。

从abaqus的logo我们不难理解abaqus其实就是一个计算器，而它的设计初衷无非就是向全世界表示abaqus将成为新时代的算盘。而作为算盘创始国，我们中国人在学习abaqus时，理应具有先天优势。

图1.1 abaqus商标

1978年圣诞节，David Hibbitt、Bengt Karlsson和Paul Sorensen分别取姓氏首字母成立了HKS公司。汉福德核发展基地实验室和埃克森美孚生产研究公司等企业成为了他们的早期的客户，主要用来解决快速增殖反应堆燃料棒的接触问题和海上管道安装和海上立管分析。

1991年，abaqus推出了abaqus/explicit,1999年推出了图示化交互界面abaqus/CAE。2002年，HKS公司正式改名为abaqus。2005年，abaqus被法国达索收购，成为SIMILIA旗下最重要的组成部分。

图1.2 abaqus主要发展历史

以上的内容好像与有限元分析并没有直接的关系，可是如果想要深入了解一款软件，建议深入了解下他的发展历史，这样对学习会有比较大的帮助。

二、为什么要学习abaqus？

这个问题其实会困扰很多初学者，因为在他们面前可选择的东西太多。比如ansys、marc等。其实这个问题没有标准答案。先看下Abaqus能解决什么问题吧：

静态应力/位移分析：包括线性，材料和几何非线性，以及结构断裂分析等
动态分析粘弹性/粘塑性响应分析：粘塑性材料结构的响应分析
热传导分析：传导，辐射和对流的瞬态或稳态分析
瞬态温度/位移耦合分析：解决力学和热响应及其耦合问题，如材料退火热处理，焊接等问题的模拟
耦合分析：热/力耦合，热/电耦合，压/电耦合，流/力耦合，声/力耦合等
质量扩散分析：静水压力造成的质量扩散和渗流分析等
非线性动态应力/位移分析：可以模拟各种随时间变化的大位移、接触分析等
准静态分析：应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题
水下冲击分析：对冲击载荷作用下的水下结构进行分析
柔体多体动力学分析：对机构的运动情况进行分析，并和有限元功能结合进行结构和机械的耦合分析，并可以考虑机构运动中的接触和摩擦
复合材料分析：对复合材料进行模拟建模，进行强度计算校核
岩土分析：可以模拟隧道开挖，肯基填埋，边坡稳定等问题
建筑设计分析：剪力墙的滞回曲线分析

可以发现，Abaqus的功能十分强大，可以解决大多数工程问题，这也是他为什么能够拥有广大用户的原因。但是细心的有用户可以发现，Abaqus所解决的大部分问题是基于固体力学的，对流体力学、声学、化学等问题并不擅长，有些功能是根本没有的。所以如果你的研究目标是这些，可以绕路了，不建议用Abaqus。可以尝试用fluent之类的。

在固体力学范畴，ansys，marc等也很有竞争力。Abaqus并没有绝对优势。那为什么要用abaqus呢？90%的原因是传承问题，即单位和师兄的传承，10%的原因是先入为主，无意中一不小心用了那个，就用下去了。这时候学习培训资料比较多的就占便宜了，所以最为大众化的ansys和abaqus是使用率最好的。我选择abaqus主要是传承的原因。

三、如何使用Abaqus解决工程问题？

1948年1月，毛泽东在为中共中央起草的《关于目前党的政策中的几个重要问题》中指出：战略上藐视敌人，战术上重视敌人。听毛爷爷的话是没错的，毕竟毛爷爷的红票票还是很受欢迎的。在对待Abaqus的学习上，在战略上要把他当成一个工具来使用，和计算器一样。它不是一个智能机器人，不可能自动分析你的所有需求，所以要藐视他：你就是一个计算器，没什么大不了的！

当然，这个计算器略微复杂点，他处理的大多是工程问题。我们必须要清楚这类分析在Abaqus中的大概步骤是什么样子的。在众多软件中，Abaqus是比较早采用结构树模式搭建仿真体系，并使用相应模块进行流程式建立仿真流程，这也是abaqus早期在众多软件中脱颖而出的原因之一。

现在的Abaqus/CAE经过十几年的发展，仿真流程导向已经日趋完善。在使用Abaqus解决问题时，我们现需要站在工程的角度想下应该如何建立合理的力学模型。

主要思路和主流CAD软件（如CATIA）类似。先建立零件模型，然后给零件赋予相应的材料属性，然后将所有零件装配成一个装配体，接下来确定要分析什么目标，不同的分析需要不同的相互作用，不同的载荷。当定义完这些内容，还没有涉及任何有限元离散的概念，整个仿真建模任务已经完成了一大半。提交任务前的最后一步是网格划分，才开始进行有限元离散。

所以我们在使用Abaqus的时候，首先要想好一个工程问题地解决思路（重点），利用大学的理论力学，材料力学等知识，利用自由度的理论，搭建出一个合理的力学模型。如一个静止或者匀速运动的物体，它收到的合力一定是为0的。这个合力是空间的合力，如果我们给他的约束达不到这个条件，就没办法完成计算。这个力学模型初步搭建的过程是需要我们去做的，Abaqus不能处理这些事情。

当我们处理好这些事之后，还不着急，我们还要完成模型的简化。真实的世界一定是多场耦合问题。但是在有限元分析中，多场耦合是很难解决的。这个道理就像我们在解二元一次方程的时候要先化简成一元一次方程一样。因此我们需要对场进行简化，尽量使用单场。

对于模型本身来说，能用对称模型就不用完整模型，能用二维模型就不用三维模型。一些点单元、线单元都是为了模型的简化而出现的，所以在初学的时候一定要体会为什么要用这些简化单元。