ABAQUS Property模块的十个技巧

选择不同的Step分析类型，单元材料必须包含与之对应的材料属性，比如：

• General Static分析类型，材料需要定义弹性参数；

• Dynamic动力相关的分析类型，材料一定需要包含密度；

• 热传递分析类型，材料必须包含比热、热传导系数，而塑性应变生热、潜热则不是必须项。

模型提交运算过程，会提示所缺的材料性质；因此分析时定义材料参数建立尽可能全。

其次，ABAQUS描述材料曲线通常采用表格形式，很多初学者以为数据点取的越密越好，但殊不知：会影响计算的效率，甚至报错（显式求解）；因此材料数据点的个数需适中，既要能反映材料的特征，又不至于增加过多计算量。

ABAQUS没有指定某种材料的具体单位是什么，比如弹性模量填入30，可以是30Pa，也可以是30kPa，甚至是30GPa。而具体是什么，主要看我们一开始选择的模型量纲是什么，模型几何建模的长度选择“米m”，质量单位选择“千克kg”，时间选择“秒s”，那么弹性模量的单位则为“帕Pa”，通常情况下需要约定基本单位制，热和力相关的基本单位有：长度L、质量M、时间T、温度K；

单位错误而导致的模型出错或结果失真，是初学者最易犯的错误，因此很久前就给大家推荐过一篇文章《星辰技文|有限元材料单位制转换公式》，里面有个公式转换的表格，希望能帮助到大家。

ABAQUS里面约定的一些材料参数名称可能和我们特定行业内的材料名称是不一致的，因此在最开始接触一种材料参数时，需要先了解这种材料参数的具体含义是什么，比如：Permeability中的k为渗透系数，量纲为L/T；而石油工程领域常用渗透率，量纲为L^2。

检查量纲是最直接的方法判断两个概念之间的差异。但有些情况下量纲一样，但含义却不一样，比如：孔隙比和孔隙度，都是无量纲，软件中用的是孔隙比。因此切勿望文生义。聪明的你，一定可以从Abaqus帮助文档中找到各参数的具体含义的。

• Material是材料，可以定义非常多的材料参数；
  

• Section是截面属性，通常需要包含一种材料或多种材料，并定义一些附加的截面特性。

单元类型不同，所需的Section类型也不一样，比如壳单元，通常需要指定单元的厚度；梁单元，需要指定梁的截面形状；杆单元，需要指定杆的截面面积等。还有些情况下可以定义诸如：复合材料（实体或壳）需要指定铺层和走向、Cohesive单元的力学模式等。

有限元在组装整体刚度矩阵之前，需要获得单元刚度矩阵，而单元刚度矩阵由单元类型、截面属性和局部坐标系共同决定；

一般情况下，实体单元无需定义局部坐标系，单元将采用全局坐标系；但不排除存在各向异性的情况，如果材料各向异性的方向和全局坐标系不同，则需要单独定义单元的局部坐标系：

• 采用工具箱中的按钮可以定义实体和壳体的局部坐标系；

• 采用工具箱中的按钮则可以定义梁、杆等单元的局部坐标系。

材料的局部坐标系和单元类型决定了模型在后处理中单元应力分量的方向，其中的S11可能并不是全局条件下的Sxx（x方向上的应力分量），比如，梁杆单元的S11为轴力；Cohesive单元的S33为单元面法向上的应力分量；后处理的矢量图工具，可以帮助区分这些应力的方向。

梁单元的几何形态是一根线，是无法完整描述结构的几何特性，因此必须指定截面形态，根据截面形态获得截面面积、惯性距等具体参数，再结合局部坐标系和材料属性一起去组装整体刚度矩阵。

Abaqus提供了很多的基本截面形态，定义了这些形态后，我们还可以在视图中查看截面的形态和方向是否正确：菜单栏View->Part(Assembly) Display Options，选择Rander beam profiles，并设置放大比例。

“拔”面，工具箱中的按钮，通常是对于三维实体单元，在实体的表面生成一层共节点的Skin，Skin可以定义Shell壳类型相关的Section，就类似于钢板喷漆、材料镀膜；通常在这层结构的厚度相对于单元尺寸非常小（1/10）的情况下使用。

“抽”筋，工具箱中的按钮，则是在实体或壳体单元上，生成与实体单元共节点的梁杆单元，这个功能有时候非常有用，比如建立板筋结构是，其中板可以用shell单元，而筋则可以通过这种“抽”筋的方式生成，然后分别定义不同的截面属性。这种方法还可以应用于一些加强筋、锚杆的定义。

拔出的面、抽出的筋与先前的结构是共节点建模，因此二者之间无需定义约束，即可实现协同变形。

当部件定义上截面属性后，部件的颜色会从乳白色变为翠绿色，这个估计是ABQer们都知道的；但有些朋友不知道的是，这些单元虽然定义了截面属性，但不一定配型成功。

比如Cohesive单元如果选择Traction分离准则，选择的Section为实体属性，也会显示为翠绿色，但后处理还是会报错，说这部分单元缺少材料定义。这也是很多用Cohesive模拟断裂的同学经常犯的错误，有时还会义正言辞的给我截图说：“你看，全绿的！”。

工具栏中的查询工具 ，在不同模块下将包含不同的工具，比如Property模块下：Section assignments可以查询截面定义情况、Regions missing sections可以帮助我们排查哪些区域未定义截面属性等。

经常会碰到这样的需求：在不同的分析步（时刻），同一个部件需要变换材料属性。

通常看到这样的问题，我就会建议：看一下费康《ABAQUS在岩土工程中的应用》最后一章关于“折减系数法”求边坡安全系数的案例，基本思路：材料参数中定义场变量（非温度耦合运算中，温度也可以作为一个场变量），并定义材料参数随场变量的变化，最后在分析步中，通过关键字*Field修改场变量的数值，从而控制不同时刻的材料参数变化。

当然，有能力的学员，也可以尝试UMAT（VUMAT）子程序实现变材料。

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