第1章
Abaqus基础
Abaqus是一款功能强大的有限元分析软件,其核心是求解器模块,Abaqus/
Standard和Abaqus/Explicit是相互补充的、集成的分析模块。本章将简要介绍
Abaqus的软件发展历程和使用环境。Abaqus提供了强大的帮助文件系统,并且
包含一套完整的帮助文档。通过本章的学习,读者能够了解Abaqus软件特点、
文件系统和帮助系统。
11111.....11111　Abaqus简介
Abaqus由世界知名的有限元软件公司Abaqus公司(原称HKS)于1978年
推出,2005年被法国达索公司收购,并于2007年更名为SIMULIA。由于不断吸
收最新的分析理论,Abaqus软件已被全球工业界广泛接受,并拥有世界最大的非
线性力学用户群体,Abaqus已成为国际上最先进的大型通用非线性有限元分析
软件。
Abaqus使用非常方便,很容易建立复杂问题的模型。对于大多数数值模拟
问题,用户只需要提供结构的几何形状、边界条件、材料性质、载荷情况等工程数
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。
此外,Abaqus拥有丰富的单元库,可以模拟各种复杂的几何形状,并且其拥
有丰富的材料模型库,可用于模拟绝大多数常见工程材料,如金属、聚合物、复合
材料、橡胶、可压缩的弹性泡沫、钢筋混凝土及各种地质材料等。
11111.....22222　Abaqus分析模块
Abaqus包括三个主要的分析模块:Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit和
Abaqus/CFD。Abaqus/Standard是通用的有限元分析模块,它可以分析多种不
同类型的问题,其中包括很多非线性问题。Abaqus/Explicit是显式动力学有限
元分析模块。此外,Abaqus/Standard中还附带了Abaqus/Aqua、Abaqus/Design 
及Abaqus/Foundation三个特殊用途的分析模块。另外,Abaqus还提供了

4Abaqus基础及其在塑性加工中的应用
Moldflow 接口和Adams 接口。

Abaqus/CAE(CompleteAbaqusEnvironment)是针对Abaqus的交互式图形界面, 
于建模、管理、监控Abaqus的分析过程和结果的可视化处理。Abaqus/CAE 的集成工作环(用) 境包括Abaqus的模型建立、交互式提交作业、监控运算过程及结果评估等能力。本书主要
介绍Abaqus/CAE 、Abaqus/Standard及Abaqus/Explicit的基础知识及其在塑性加工过程
中的应用。

1.1 
Abqu/CAE 
2.as

Abaqus/CAE(CompleteAbaqusEnvironment)是Abaqus的交互式图形环境。图1-1 
所示为Abaqus/CAE 视窗,它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、边界条件、载荷等模型参数。


图1-
1 
Abaqus/CAE 
视窗

Abaqus/CAE 模块是运用Abaqus软件进行分析求解的人机交互界面,在CAE 模块
下,用户可以实现模型建立、材料定义、分析类型的定义、载荷及边界约束的施加、网格划
分、结果后处理等与分析相关的任何定义。

Abaqus/CAE 是目前唯一采用“基本特征”(BaseFeature)参数化建模方法的有限元前
处理程序。用户可通过拉伸、旋转、放样等方法来创建参数化几何体,也可以导入各种通用
CAD 系统建立的几何体,并运用参数化建模方法对模型进行编辑。

Abaqus/CAE 能够创建完整的有限元模型,并且为初学者和经验丰富的用户提供人机
交互的使用环境。用户也能够方便地根据个人的需求设置Abaqus/Standard或Abaqus/
Explicit对应的材料模型和单元类型,并进行网格划分。对部件间的接触、耦合、绑定等相


第1章Abaqus基础5
互作用,Abaqus/CAE 也能够方便地定义。此外,Abaqus/CAE 还提供了完整的后处理和
结果可视化功能。因此,Abaqus/CAE 是一个先进高效的前后处理器。

1.2 
Abqstnad
2.au/Sadr

Abaqus/Standard是一个通用的隐式求解器。它能够求解众多领域的线性和非线性问
题,包括静态分析、动态分析、热、电和电磁、声学等分析,以及其他复杂非线性耦合物理场
的分析。它可以为工程师和分析专家提供强有力的工具来解决许多工程问题:从线性静
态、动态分析到复杂的非线性耦合物理场分析。其主要应用领域可以概括如下: 

(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状态下的振动特性分析。
(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。
(8)热机械平衡的原理(-固耦合)。
(9)热电原理(热-电耦合)。(热) 
(10)压电性能(-固耦合)。
(11)结构的声究(声-固耦合)。学研(电) 
(12)方便灵活的用户子程序,生成用户特殊的单元、材料、摩擦、约束和载荷等。
(13)并行处理、直接高效的迭代求解器。
(14)与Abaqus/Explicit结合,进行特殊过程模拟,如金属成形。
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,进行一般过程分析和线性摄动过程分析,对
包含各种大规模计算问题有可靠的求解。

1.2.3 
Abaqus/Explicit 
Abaqus/Explicit为显式分析求解器,采用显式动力学,为模拟广泛的动力学问题和准
静态问题提供了精确、强大和高效的有限元求解技术。它特别适用于模拟短暂、瞬时的动
态事件,以及求解冲击和其他高度不连续问题。此外,它对处理高度非线性问题也非常有
效,能够自动找到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。应用任
意的拉格朗日-欧拉(ALE)自适应网格功能可以有效地模拟大变形金属轧制、钣金冲压等非
线性问题。Abaqus/Explicit不仅支持应力/位移分析,还支持完全耦合的瞬态温度-位移分
析、-固耦合分析。其主要应用领域包括以下几个方面: 

(1(声) )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(GeneralContact), 提供简单和稳定的接触建模方法。

6Abaqus基础及其在塑性加工中的应用
(5)并行处理技术,包括SMP和DMP系统。
(6)和Abaqus/Standard有机结合,分析特殊过程和问题。
(7)运用ALE技术创建自适应网格。
(8)冲击和水下爆炸分析功能。
Abaqus/Explicit求解方法是在短时间域内以很小的时间增量步向前推出结果,而无须
在每个增量步求解耦合的方程系统中生成总刚。
Abaqus/Explicit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。Abaqus/Explicit和Abaqus/Standard具有各自的适用范围,相互配合使用
可以拓展Abaqus的功能。有些工程问题需要二者结合使用,以一种求解器开始分析,分析
结束后将结果作为初始条件交于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。

1.2.4 
Abaqus/CFD 
u/CFD是Ab10之后新增加的流体动力分析模块。新模块的增加使得
Abaqus能够模拟层流、湍流等流体问题,以及热传导、自然对流等流体传热问题。

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-固耦合问题时拥有更优秀的表现,配合使用

Abaqus/Explicit和Abaqus/Standard,使得Abaqus更加灵活和强大。

Abaqsaqus6.

1.5 
Abqu/Viw
2.ase

Abaqus/View是Abaqus/CAE的子模块,其仅包含具有后处理功能的可视化
(Visualization)图形交互界面。

1.2.6 
Abaqus/Design 
Abaqus/Design是一套可选择模块,附加到Abaqus/Standard模块中。它扩展了
Abaqus设计敏感度分析(DSA)的应用,用于预测设计参数变化对结构响应的影响。本书
将不介绍该模块。

1.3
　Abaqus 
使用环境
Abaqus/CAE是完整的Abaqus运行环境,它为生成Abaqus模型、交互式的提交作业、
监控和评估Abaqus运行结果提供了一个风格简单的界面。

Abaqus/CAE把有限元分析中固定的逻辑步骤分成相应的功能模块,例如生成部件、
定义材料属性、网格划分等。完成一个功能模块的操作后,可以进入下一个功能模块,逐步
建立分析模型,保证了用户操作的流程化,避免遗漏步骤或错误操作。Abaqus/Standard或
者Abaqus/Explicit读入由Abaqus/CAE生成的输入文件进行分析,将信息反馈给
Abaqus/CAE以让用户对作业进程进行监控,并生成输出数据库。最后,用户可通过


第1章Abaqus基础7
Abaqus/CAE的可视化模块读入输出的数据库,进一步观察分析的结果。下面将简要介绍
Abaqus的使用环境。

1.1 
启动Abaqu/CAE
3.s
(1)启动Abaqus/CAE有两种方法:命令启动和快捷键启动。
.命令启动。以Windows7系统为例,选择开始→运行命令,输入cmd,启动DOS界
. 
面
快捷键启动
,在DOS界面中输入命令
。选择开始→所有程序
:abaqusc→Abae。
au141:AbqsCAE命令。操作步
qs6.-au
骤如图1-2所示。启动以后会首先弹出命令提示符窗口,如图1-3所示。接着自动
弹出Abaqus/CAE主视窗口和开始任务(StartSesion)对话框。


图1-
2 
Abaqus开始菜单


图1-
3 
Abaqus命令提示符窗口

(2)当Abaqus/CAE启动之后,会出现开始任务(StartSesion)对话框,如图1-4所示。
下面将介绍对话框中的选项。
.创建模型数据库(CreateModelDatabase):开始一个新的分析过程。用户可根据自
己的问题建立采用Standard/Explicit模型(WithStandard/ExplicitModel)、采用
CFD模型(WithCFDModel)或电磁模型(WithElectromagneticModel)。
. 打开数据库(OpenDatabase):打开一个以前存储的模型或者输入/输出数据库
文件。

8Abaqus基础及其在塑性加工中的应用
图1-
4 
开始任务对话框

.运行脚本(RunScript): 运行一个包含Abaqus/CAE 命令的文件。
.打开入门指南(StartTutorial): 单击后将打开Abaqus的辅导教程在线文档。
1.2 
Abqus的主窗口
3.a
用户可以通过主窗口与Ab/CAE 进行交互,图15显示了主窗口的各个组成
部分。
aqus


图1-
5 
主窗口的各个组成部分


第1章Abaqus基础9
(1)标题
栏
标题栏显示当前运行的Abaqus/CAE 的版本和模型数据库的名字
。
(2)菜单栏
菜单栏包括了所有可用的菜单,用户可以通过对菜单的操作调用Abaqus/CAE 的各种
功能。在环境栏中选择不同的模块时,菜单栏中显示的菜单也不尽相同。

(3)工具栏
工具栏给用户提供了菜单功能的快捷方式,这些功能也可以通过菜单进行访问。
(4)环境栏
Abaqus/CAE 由一组功能模块组成,每一模块针对模型的某一方面。用户可以在环境
栏模块(Module)列表中的各个模块之间进行切换。

(5)画布和作图
区
可以把画布和作图区比作一个无限大的屏幕,用户在其上摆放视图区域
。
(6)视图
区
Abaqus/CAE 通过视图区显示用户的模型
。
(7)工具箱区
当用户进入某一功能模块时,工具箱区会显示该功能模块相应的工具箱。工具箱的存
在使得用户可以方便地调用该模块的许多功能。

(8)命令行接口
使用Abaqus/CAE 时,利用内置的Python编译器,可以在命令行接口处输入Python 
命令和数学表达式。

(9)信息区
Abaqus/CAE 在信息区显示状态信息和警告。通过拖动其顶边改变信息区的大小,利
用滚动条可以查阅以往信息。信息区在默认状态下是显示的,这里同时也是命令行接口的

位置
(
。
10)提示区

使用Abaqus/CAE 时可根据提示区中的提示进行下一步操作。对于初学者,需要注意
提示区的信息,减少错误操作。

1.3 
Abqs/CAE 
模型树/结果树
3.au

Abaqus/CAE 主视窗左侧为模型树和结果树,如图1-6所示。模型树使得对模型以及
模型包含的对象有一个图形上的直观概述。结果树用于显示输出odb 数据以及XY 数据的
分析结果。模型树和结果树使得对模型与结果的操作和管理更加直接与集中。

1.4 
Abqs/CAE 
功能模块
3.au

如前所述,Abaqus/CAE 划分为一系列的功能单元,称为功能模块。每一个功能模块
都只包含与模拟作业的某一指令相关的一些工具。例如,部件(Part)模块只包含生成几何
模型的工具,而网格(Mesh)模块只包含生成有限元网格的工具。

用户可以从环境栏中的模块(Module)列表中进入各个模块,如图1-7所示。列表中的


10Abaqus基础及其在塑性加工中的应用
模块次序与创建一个分析模型应遵循的逻辑顺序应该是一致的。例如,用户在生成装配件
(Asembly)前必须先生成部件(Part)。


图1-
6 
模型树和结果树


图1-
7 
功能模块


第1章Abaqus基础11
1.4
　Abaqus 
文件系统
Abaqus最主要的文件是数据库文件,除此之外,还包括日志文件、信息文件、用于重启
动的文件、用于结果转换的文件、输入/输出文件、状态文件等。有些临时文件在运行中产
生,但在运行结束后自动删除。下面介绍几种重要的Abaqus文件系统,在此约定job-name 
表示分析作业的名称,model-data-name表示数据库文件。

(1)数据库文件
数据库文件包括两种:ce文件(dldt-amece), db
amoe-aan.a又称为模型数据库文件和o
文件(jobn.db),即结果文件。

-ameo

cae文件在Abaqus/CAE中可直接打开,其中包含模型的几何信息、网格信息、载荷信
息等各种信息和分析任务。odb文件可以在Abaqus/CAE中直接打开,也可以输入到cae 
文件中作为部件或者模型。它包含分析步(Step)功能模块中定义的场变量和历史变量输出

结果
(
。
2)日志文件
日志文件又称为log文件(job-namelog),属于文本文件,用于记录Abaus运行的起

止时间
3)
。
数据文件
.q(
数据文件又称为dat文件(job-name.dat),属于文本文件,用于记录数据和参数检查、内
存和磁盘估计等信息,并且预处理inp文件时产生的错误和警告信息也包含在内。

(4)信息文件
-amemsbn.b信息文件有四类:msg文件(jobn.g)、ipm文件(jo-ameipm)、prt文件(jo.r和pc文件(jbnc)。
namept) ao-amepa

.msg文件属于文本文件, 详细记录计算过程中的平衡迭代次数、计算时间、错误、
警告、参数设置等信息。它(.) 
.ipm文件又称内部过程信息文件。顾名思义,它在Abaqus/CAE分析时开始启动, 
记录从Abaqus/Standard或者Abaqus/Explicit到Abaqus/CAE的过程日志。
.prt文件包含模型的部件和装配信息,在重启动分析时需要。
.pac文件包含模型信息,它仅用于Abaqus/Explicit,在重启动分析时需要。
(5)状态文件
状态文件包括三类:sa文件(jbn.tao-amea和s文件(jb
namest)。
to-amesa)、bq文件(jbn.bq) 
t 
o.

.sta文件属于文本文件,其包含分析过程信息。
.abq文件仅用于Abaqus/Explicit,记录分析、继续和恢复命令,在重启动分析时
需要。
.st 
文件称为状态外文件,是允许数据检查时产生的文件,在重启动分析时需要。
(6)输入文件
输入文件又称inp文件(job-nameinp),属于文本文件,在作业(Job)功能模块中提交任
务时或者单击分析作业管理器中写入输入(.) 文件(WriteInput)按钮时生成。此外,它也可以


12Abaqus基础及其在塑性加工中的应用
通过其他有限元前处理软件生成。inp文件可以输入到Abaqus/CAE中作为模型
(Model),也可以由AbaqusCommand直接运行。inp文件包含模型的节点、单元、截面、材
料属性、集合、边界条件、载荷、分析步及输出设置等信息,没有模型的几何信息。

(7)结果文件
o-ameflo-amepb
结果文件分为三类:file文件(jbn.ie)、psr文件(jbn.sr)和sel文件(jonamesl)。

.e

.file文件是可被其他软件读入的结果数据格式,记录Abaqus/Standard的分析结果, 
如果Abaqus/Explicit的分析结果要写入file文件,则需要转换。
.psr文件是文本文件,是参数化分析时要求的输出结果。
.sel文件又称结果选择文件,用于结果选择,仅适用于Abaus/Exlicit,在重启动分
析时需要。
qp
(8)模型文件
模型文件又称mdl文件(job-namemdl),它是在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit 
中运行数据检查后产生的文件,在重启动(.) 时需要。

(9)保存命令文件
dldt-amejbqsre
保存命令文件分为三类:jnl文件(moe-aan.nl)、rpy文件(aau.py)和rc 
文件(moe-aan.e

dldt-amerc)。

.jnl文件是文本文件,包含用于复制已存储的模型数据库的Abaqus/CAE命令。
.rpy文件用于记录一次操作中Abaqus/CAE所运用的所有命令。
.rec文件包含用于恢复内存中模型数据库的Abaqus/CAE命令。
(10)脚本文件
.pf文件(jbn.s是用户参数研究(aamercSu时需要创建的文件。
so-amepf) Prtitdy)

(11)重启动文件
.rs文件(jbn.e用分析步(tp)功能模块进行定义。
eo-amers) Se

(12)临时文件
Abaqs还会生成一些临时文件, do-ameos) c
(job-nameul.ck)。
可以分为两类:os文件(jbn.d和lk文件

.ods文件用于记录场输出变量的临时运算结果,运行后自动删除。

.lck文件用于阻止并发写入输出数据库,关闭输出数据库后自动删除。
1.5
　帮助系统
1.1 
帮助指南使用
5.
在Winow以Abqs6.介绍几种打开帮助指南的方法。

ds7系统下, au14为例, 

1.本地帮助指南
.开始→所有程序→Abau14Dcnain→HTML/PDFDcnatin。
qs6.oumettooumeto

.开始→所有程序→Abqu14→Abqucnain。
as6.asDoumetto