ABAQUS工程实例详解

第1章　工程分析价值和Abaqus能力　11

1．1　机械电子产品概述　11

1．1．1　机电产品组件　11

1．1．2　机电组件制造工艺　12

1．2　工程分析(CAE)价值和能力　13

1．2．1　工程分析价值　13

1．2．2　工程分析能力　13

1．3　工程分析软件Abaqus概述　14

1．3．1　Abaqus概述　14

1．3．2　Abaqus分析模块　14

1．4　Abaqus使用环境　17

1．4．1　Abaqus主窗口　17

1．4．2　Abaqus/CAE功能模块　20

1．4．3　Abaqus文件类型　21

1．5　Abaqus帮助指南　22

1．5．1　帮助指南使用　23

1．5．2　帮助指南内容　23

1．6　Abaqus新版功能　25

1．6．1　Abaqus 6．12新功能　25

1．6．2　Abaqus 6．13新功能　26

1．7　本书章节布局　26

1．8　本章小结　27

第2章　Abaqus快速入门　28

2．1　Abaqus通用标准操作流程　28

2．2　Abaqus/CAE模型数据组织　28

2．3　创建部件(Part)　29

2．3．1　Abaqus/CAE创建几何模型　29

2．3．2　导入第三方CAD几何模型　30

2．3．3　使用脚本语言创建几何模型　31

2．3．4　创建/导入网格部件　31

2．4　创建属性(Property)　31

2．4．1　材料(Material)属性　32

2．4．2　截面(Section)属性　33

2．4．3　剖面(Profile)属性　33

2．5　创建装配(Assembly)　34

2．6　创建分析步(Step)　35

2．6．1　创建分析步　35

2．6．2　设定输出要求　36

2．6．3　设定自适应网格　37

2．6．4　设定求解控制　38

2．7　创建相互作用(Interaction)　38

2．8　创建载荷(Load)　39

2．9　创建网格(Mesh)和优化(Optimization)　40

2．10　创建作业(Job)　40

2．11　查看可视化后处理(Visualization)　41

2．12　定制模板　41

2．12．1　定制显示模板　41

2．12．2　定制模型模板　43

2．13　端子变形实例详解　44

2．13．1　问题描述　44

2．13．2　创建部件(Part)　44

2．13．3　创建属性　46

2．13．4　创建装配(Assembly)　47

2．13．5　创建分析步(Step)　47

2．13．6　创建网格(Mesh)　48

2．13．7　创建节点集　48

2．13．8　创建场/历史输出　48

2．13．9　创建载荷(Load)　49

2．13．10　创建作业(Job)　50

2．13．11　查看结果(Visualization)　51

2．13．12　输入文件(INP)解释　53

2．13．13　运行脚本　55

2．14　本章小结　55

第3章　网格划分　56

3．1　网格划分简介　56

3．2　独立实体和非独立实体　57

3．3　定义网格密度　58

3．3．1　定义全局单元尺寸　58

3．3．2　定义局部单元尺寸　58

3．4　设置网格控制　60

3．4．1　选择单元形状　60

3．4．2　选择网格划分技术　61

3．4．3　设置网格划分算法　63

3．5　划分网格及检查网格质量　65

3．5．1　形状指标(Shape Metrics)　65

3．5．2　尺寸指标(Size Metrics)　66

3．5．3　分析检查(Analysis Checks)　67

3．6　选择单元类型　67

3．7　单元类型简介　68

3．7．1　单元的表征　68

3．7．2　常用单元类型简介　69

3．8　网格划分及编辑实例　72

3．8．1　壳部件的网格划分　72

3．8．2　实体部件的网格划分　74

3．8．3　自底向上网格划分技术　75

3．8．4　虚拟拓扑与网格编辑　76

3．8．5　从网格创建几何　78

3．8．6　复制网格模式　79

3．9　从ODB、INP文件导入有限元模型　80

3．9．1　从ODB文件导入　80

3．9．2　从INP文件导入模型　81

3．10　本章小结　81

第4章　线性静力分析　82

4．1　结构静力分析简介　82

4．1．1　线性与非线性简介　82

4．1．2　线性静力分析基础　83

4．2　线性静力分析SOP　83

4．3　线性静力分析三维实例　84

4．3．1　问题描述　84

4．3．2　详细操作步骤　84

4．3．3　INP文件解释　88

4．4　线性静力分析二维实例　90

4．4．1　问题描述　90

4．4．2　详细操作步骤　90

4．4．3　INP文件解释　93

4．5　本章小结　94

第5章　非线性静力分析　95

5．1　非线性分析基础　95

5．1．1　几何非线性　95

5．1．2　边界非线性　96

5．1．3　材料非线性　96

5．2　非线性静力分析的求解　97

5．2．1　Abaqus/Standard的平衡迭代　97

5．2．2　Abaqus/Standard的增量控制　98

5．3　非线性静力分析SOP　99

5．3．1　非线性静力分析流程　99

5．3．2　非线性静力分析设置　99

5．4　线性和非线性对比实例　102

5．4．1　另存模型　102

5．4．2　引入材料塑性　102

5．4．3　引入几何非线性　102

5．4．4　作业提交及监控　103

5．4．5　非线性分析结果对比　103

5．4．6　作业诊断　104

5．4．7　INP文件解释　104

5．5　钣金冲压成形分析实例　105

5．5．1　问题描述　105

5．5．2　另存模型　106

5．5．3　定义属性　106

5．5．4　创建装配实例　108

5．5．5　创建Surface集　108

5．5．6　创建接触　110

5．5．7　创建分析步和输出需求　111

5．5．8　创建边界条件　112

5．5．9　创建作业并提交　113

5．5．10　查看结果　113

5．5．11　INP文件解释　114

5．6　超弹性密封圈分析实例　115

5．6．1　问题描述　115

5．6．2　另存模型　116

5．6．3　创建超弹性材料属性　116

5．6．4　创建装配　118

5．6．5　创建分析步　118

5．6．6　创建接触　119

5．6．7　定义边界　120

5．6．8　设置单元类型　121

5．6．9　创建作业　121

5．6．10　查看结果　121

5．6．11　INP文件解释　122

5．7　本章小结　122

第6章　接触分析　123

6．1　接触概述　123

6．1．1　接触分类　123

6．1．2　适用范围　123

6．2　接触形成　124

6．2．1　接触的离散方法(Discretization Method)　124

6．2．2　接触的约束施加方式(Constraint Enforcement Method)　126

6．2．3　接触的追踪方式(Tracking Method)　127

6．3　接触定义SOP　128

6．4　接触属性　128

6．4．1　接触压力-过盈模型(Pressure-Overclosure Models)　129

6．4．2　摩擦模型(Frictional Models)　131

6．4．3　阻尼接触模型(Contact damping Models)　132

6．5　接触的收敛与诊断　133

6．6　开关端子接触分析实例　134

6．6．1　问题描述　134

6．6．2　另存模型(Part)　135

6．6．3　创建属性(Property)　135

6．6．4　创建分析步(Step)　136

6．6．5　创建接触(Interaction)　137

6．6．6　边界定义(Boundary)　139

6．6．7　输出定义(Output)　141

6．6．8　创建作业并提交运算　142

6．6．9　查看结果　142

6．6．10　接触诊断　143

6．6．11　接触改善：引入软接触　144

6．6．12　接触改善：引入阻尼　146

6．6．13　INP文件解释　149

6．7　本章小结　150

第7章　线性和非线性屈曲分析　151

7．1　屈曲分析介绍　151

7．1．1　屈曲分析分类　151

7．1．2　屈曲分析方法　151

7．2　线性屈曲分析基础　152

7．2．1　线性屈曲理论　152

7．2．2　线性屈曲求解方法　153

7．2．3　线性屈曲特况　153

7．3　线性屈曲分析SOP　154

7．3．1　线性屈曲分析流程　155

7．3．2　线性屈曲分析设置　155

7．4　线性屈曲分析实例：Lee，s frame　157

7．4．1　问题描述　157

7．4．2　创建部件　157

7．4．3　创建属性　158

7．4．4　创建装配　159

7．4．5　创建Buckle分析步　159

7．4．6　创建几何集Set　160

7．4．7　创建载荷和边界条件　161

7．4．8　划分网格　161

7．4．9　创建作业　163

7．4．10　查看结果　163

7．4．11　INP解释　164

7．5　非线性屈曲分析基础　165

7．5．1　非线性屈曲理论　165

7．5．2　非线性屈曲求解方法　165

7．5．3　非线性屈曲特况　166

7．5．4　几何缺陷引入　167

7．5．5　缺陷敏感性　168

7．6　非线性屈曲分析SOP　168

7．6．1　非线性屈曲分析流程　169

7．6．2　非线性屈曲分析设置　169

7．7　非线性屈曲分析实例：Lee，s frame　170

7．7．1　另存模型　170

7．7．2　替换Step　170

7．7．3　场、历史变量输出　171

7．7．4　创建作业　172

7．7．5　查看结果　173

7．7．6　INP解释　175

7．8　综合实例：初始缺陷的加强筋板　175

7．8．1　问题描述　175

7．8．2　完善几何的线性屈曲分析　176

7．8．3　缺陷几何的非线性屈曲分析　179

7．8．4　缺陷敏感性分析　181

7．9　本章小结　181

第8章　线性动力学分析　182

8．1　动力学分析介绍　182

8．1．1　系统运动方程　182

8．1．2　阻尼　183

8．1．3　求解方法　183

8．1．4　分析类型　184

8．2　线性动力学分析介绍　185

8．2．1　模态分析　185

8．2．2　瞬时模态动态分析　186

8．3　线性动力学分析SOP　187

8．4　线性动力学分析实例　187

8．4．1　问题描述　187

8．4．2　详细操作步骤　188

8．4．3　INP文件解释　195

8．5　本章小结　197

第9章　多物理场分析　198

9．1　多物理场分析基础　198

9．1．1　直接耦合(Fully coupling)　198

9．1．2　间接耦合(Co-simulation)　200

9．1．3　顺序耦合(Sequential coupling)　202

9．2　多物理场分析SOP　202

9．2．1　多物理场分析流程　202

9．2．2　多物理场分析设置　202

9．3　热-电直接耦合稳态分析实例　204

9．3．1　问题描述　204

9．3．2　导入几何部件　205

9．3．3　网格划分　205

9．3．4　创建Beam单元　207

9．3．5　创建单元集　207

9．3．6　创建属性　208

9．3．7　创建装配　209

9．3．8　创建分析步　210

9．3．9　创建边界和载荷　210

9．3．10　创建并提交作业　214

9．3．11　查看结果　214

9．3．12　讨论　215

9．3．13　INP文件解释　215

9．4　热-电直接耦合瞬态分析实例　216

9．4．1　另存模型　216

9．4．2　增添材料参数　216

9．4．3　修改分析步为瞬态　216

9．4．4　修改边界Amplitude　217

9．4．5　重命名并提交作业　218

9．4．6　查看结果　218

9．4．7　INP文件解释　219

9．5　流-固热间接耦合瞬态分析实例　219

9．5．1　问题描述　219

9．5．2　创建热传(Heat Transfer)模型　220

9．5．3　创建热传分析步　221

9．5．4　创建流-固协同边界(固场)　222

9．5．5　创建载荷、预定义场　222

9．5．6　创建CFD模型　224

9．5．7　导入部件　224

9．5．8　创建属性　224

9．5．9　创建装配实例　224

9．5．10　创建分析步　225

9．5．11　创建流-固协同边界(流场)　225

9．5．12　创建载荷、边界、初始条件　226

9．5．13　网格划分　227

9．5．14　协同求解Co-execution　228

9．5．15　查看结果　229

9．5．16　INP文件解释　230

9．5．17　讨论　230

9．6　本章小结　230

第10章　多步顺序(耦合)分析　232

10．1　多步顺序(耦合)分析基础　232

10．1．1　场变量定义　232

10．1．2　初始状态导入　236

10．1．3　重启动技术　237

10．2　多步顺序(耦合)分析SOP　238

10．3　电子件电-热-力顺序耦合实例　238

10．3．1　问题描述　239

10．3．2　第1阶段：电传导温升分析　239

10．3．3　第2阶段：热膨胀分析建模　247

10．3．4　第1阶段温度导入第2阶段　249

10．3．5　第2阶段热膨胀分析结果　250

10．3．6　INP文件解释　250

10．4　多步冲压成型及回弹分析实例　252

10．4．1　问题描述　252

10．4．2　第8次回弹结果　253

10．4．3　第9次折弯分析　253

10．4．4　第9次回弹分析　258

10．5　多步冲压成型→结构顺序分析实例　263

10．5．1　考虑加工硬化的结构分析　263

10．5．2　不考虑加工硬化的结构分析　265

10．6　模流Moldflow→结构联合分析基础　266

10．6．1　Abaqus Interface for Moldflow(AIM)　266

10．6．2　Autodesk Moldflow Structural Alliance(AMSA)　267

10．7　模流Moldflow→结构联合分析实例　268

10．7．1　AIM方法翘曲分析　268

10．7．2　AMSA映射分析　271

10．8　模流Moldex3D→结构联合分析基础　274

10．8．1　Moldex3D-FEA基础　274

10．8．2　模流结构联合分析SOP　275

10．9　模流Moldex3D→结构联合分析实例　276

10．9．1　问题描述　276

10．9．2　模流分析　277

10．9．3　导出接口文件　277

10．9．4　结构分析　278

10．10　本章小结　280

第11章　非线性动力学分析　281

11．1　非线性动力学分析介绍　281

11．1．1　隐式与显式动力学分析对比　281

11．1．2　显式动力学分析理论基础　282

11．1．3　显式动力学分析的稳定性　283

11．1．4　准静态分析的显式求解方法　284

11．2　非线性动力学分析SOP　285

11．2．1　基本操作步骤　285

11．2．2　显式动力学分析步的设置　286

11．3　显式动力学分析实例　289

11．3．1　问题描述　289

11．3．2　详细操作步骤　289

11．3．3　INP文件解释　294

11．4　准静态分析实例　296

11．4．1　问题描述　296

11．4．2　详细操作步骤　296

11．4．3　INP文件解释　304

11．5　本章小结　307

第12章　优化设计和敏感性分析　308

12．1　优化设计基础　308

12．1．1　结构优化概述　308

12．1．2　拓扑优化　308

12．1．3　形状优化　309

12．1．4　优化术语　310

12．2　优化设计SOP　311

12．2．1　优化设计SOP　311

12．2．2　设计响应设置　312

12．2．3　目标函数设置　315

12．2．4　约束设置　315

12．2．5　几何限制　315

12．3　拓扑优化实例　317

12．3．1　C形夹的拓扑优化　317

12．3．2　汽车摆臂的拓扑优化　322

12．4　形状优化实例　326

12．4．1　问题描述　326

12．4．2　初始设计分析　327

12．4．3　优化设置　328

12．4．4　优化结果　330

12．5　敏感性分析(DSA)基础　332

12．5．1　Abaqus的DSA　332

12．5．2　激活Abaqus DSA　332

12．5．3　DSA设计参数　333

12．5．4　DSA响应　334

12．5．5　DSA设计参数梯度　334

12．5．6　DSA公式　335

12．5．7　后处理　335

12．6　敏感性分析SOP　335

12．6．1　关键字SOP　335

12．6．2　形状变量SOP　336

12．7　敏感性分析实例　337

12．7．1　参数变化对卡扣的敏感性　337

12．7．2　形状变量对卡扣的敏感性　342

12．8　本章小结　347

参考文献　3482100433B

江丙云：SimWe仿真科技论坛资深版主，精通ABAQUS结构分析、多物理场联合分析等，超过6年世界500强电子企业有限元分析经验，专职于机电产品工程分析及其优化设计；上海交通大学博士，业余创作青春小说，早年发行有单行本长篇小说《又见理工大》等。

孔祥宏：南京航空航天大学博士，SimWe仿真科技论坛资深版主，精通ABAQUS复合材料分析等，主要从事空间站结构设计及其动力学分析等工作。

罗元元：高级结构分析工程师、ABAQUS资深培训师，精通ABAQUS 结构分析、冲压分析等，毕业于武汉大学机械学院，超过10 年世界500 强企业机电分析经验。

《ABAQUS结构工程分析及实例详解》的内容从建筑工程的实际出发，侧重于ABAQUS的实际操作和工程问题的解决，教会初学者如何根据问题的特点来选择ABAQUS的相应功能，寻求解决问题的最佳答案。同时书中给出了一些小提示对初学者容易犯的错误进行解释，并给出了解决问题的方法。

《ABAQUS结构工程分析及实例详解》主要面向土木建筑领域ABAQUS软件的初学者和中级用户，包括土木工程专业的高年级本科生、研究生以及从事结构设计的工程师。

第1章 ABAQUS简介

1.1 ABAQUS总体介绍

1.2 ABAQUS的发展历史

1.3 ABAQUS的组成及功能简介

1.3.1 ABAQUS/Standard模块

1.3.2 ABAQUS/Explicit模块

1.3.3 ABAQUS/CAE模块

1.3.4 其他模块

1.4 ABAQUS帮助文件

1.4.1 ABAQUS帮助文件的内容

1.4.2 如何使用ABAQUS帮助文件

1.5 ABAQUS在中国应用现状

1.6 ABAQUS6.8版新增或改进的功能

本章小结

第2章 ABAQUS的基本使用方法

2.1 ABAQUS基本分析过程

2.2 ABAQUS/CAE主窗口介绍

2.3 基本实例操作

2.3.1 问题描述

2.3.2 启动ABAQUS/CAE

2.3.3 创建三维模型

2.3.4 创建材料和截面属性

2.3.5 定义装配件

2.3.6 设置分析步

2.3.7 定义荷载和边界条件

2.3.8 划分网格

2.3.9 提交分析作业

2.3.10 后处理

2.3.11 退出ABAQUS/CAE

2.4 ABAQUS/CAE模块(Modules)功能简介

2.4.1 Part(部件)模块

2.4.2 Property(特性)模块

2.4.3 Assembly(装配)模块

2.4.4 Step(分析步)模块

2.4.5 Interaction(相互作用)模块

2.4.6 Load(荷载)模块

2.4.7 Mesh(网格)模块

2.4.8 Job(分析作业)模块

2.4.9 Visualization(可视化)模块

2.4.10 Sketch(绘图)模块

2.5 ABAQUS中常用命令介绍

2.6 ABAQUS中常用命令和常用文件

2.6.1 cae文件(模型数据库文件)和jnl文件(日志文件)

2.6.2 Inp文件

2.6.3 odb文件

2.6.4 dat和msg文件

2.6.5 sta文件

2.6.6 f文件

2.7 单元及划分网格基本方法

2.7.1 ABAQ[JS单元特性

2.7.2 实体单元

2.7.3 壳单元

2.7.4 梁单元

2.7.5 桁架单元

2.7.6 刚性体

2.7.7 网格划分技术

2.7.8 划分网格算法

本章小结

第3章 ABAQUS在钢结构中的应用

3.1 利用壳单元对型钢梁分析

3.1.1 创建部件

3.1.2 创建材料和截面属性

3.1.3 定义装配件

3.1.4 设置分析步

3.1.5 定义荷载和边界条件

3.1.6 划分网格

3.1.7 提交分析作业

3.1.8 后处理

3.1.9 数值比较

3.2 多层多跨框架分析

3.2.1 问题描述

3.2.2 启动ABAQUS/CAE

3.2.3 创建部件

3.2.4 创建材料和截面属性

3.2.5 定义装配件

3.2.6 设置分析步

3.2.7 定义荷载和边界条件

3.2.8 划分网格

3.2.9 提交分析作业

3.2.10 后处理

3.2.11 不同加载点框架分析

3.3 钢柱特征值屈曲分析

3.3.1 问题描述

3.3.2 启动ABAQUS/CAE

3.3.3 创建部件

3.3.4 创建材料和截面属性

3.3.5 定义装配件

3。3.6 设置分析步

3.3.7 定义荷载和边界条件

3.3.8 划分网格

3.3.9 提交分析作业

3.3.10 后处理

3.4 钢框架节点分析

3.4.1 问题描述

3.4.2 启动ABAQUS/CAE

3.4.3 创建部件

3.4.4 创建材料和截面属性

3.4.5 定义装配件

3.4.6 设置分析步

3.4.7 划分网格

3.4.8 定义约束

3.4.9 定义荷载和边界条件

3.4.10 提交分析作业

3.4.11 后处理

3.5 桥面板特征值屈曲分析

3.5.1 问题描述

3.5.2 启动ABAQUS/CAE

3.5.3 创建部件

3.5.4 创建材料和截面属性

3.5.5 定义装配件

3.5.6 设置分析步

3.5.7 定义荷载和边界条件

3.5.8 划分网格

3.5.9 提交分析作业

3.5.10 后处理

本章小结

第4章 ABAQUS在混凝土结构中的应用

4.1 混凝土简支梁分析

4.1.1 问题描述

4.1.2 启动ABAQUS/CAE

4.1.3 创建部件

4.1.4 创建材料和截面属性

4.1.5 定义装配件

4.1.6 设置分析步

4.1.7 定义约束

4.1.8 定义荷载和边界条件

4.1.9 划分网格

4.1.10 提交分析作业

4.1.11 后处理

4.1.12 超筋梁分析

4.1.13 少筋梁分析

4.1.14 三种破坏形式结果比较

4.2 混凝土单向板受力分析

4.2.1 问题描述

4.2.2 启动ABAQUS/CAE

4.2.3 创建部件

4.2.4 创建材料和截面属性

4.2.5 定义装配件

4.2.6 设置分析步

4.2.7 定义约束

4.2.8 定义荷载和边界条件

4.2.9 划分网格

4.2.10 提交分析作业

4.2.11 后处理

4.3 混凝土柱受力分析

4.3.1 问题描述

4.3.2 启动ABAQUS/CAE

4.3.3 创建部件

4.3.4 创建材料和截面属性

4.3.5 定义装配件

4.3.6 设置分析步

4.3.7 定义约束

4.3.8 定义荷载和边界条件

4.3.9 划分网格

4.3.10 提交分析作业

4.3.11 后处理

4.4 火灾作用下的混凝土梁温度场分析

4.4.1 问题描述

4.4.2 启动ABAQUS/CAE

4.4.3 创建部件

4.4.4 创建材料和截面属性

4.4.5 定义装配件

4.4.6 设置分析步

4.4.7 定义约束

4.4.8 定义荷载和边界条件

4.4.9 划分网格

4.4.10 提交分析作业

4.4.11 后处理

4.4.12 四面受火梁的分析

4.5 钢筋混凝土剪力墙受力分析

4.5.1 问题描述

4.5.2 启动ABAQUS/CAE

4.5.3 创建部件

4.5.4 创建材料和截面属性

4.5.5 定义装配件

4.5.6 设置分析步

4.5.7 定义约束

4.5.8 定义荷载和边界条件

4.5.9 划分网格

4.5.10 提交分析作业

4.5.11 后处理

本章小结

第5章 ABAQUS常见问题解决方法及常见操作集锦

5.1 常见错误信息和解决办法

5.1.1 材料定义错误

5.1.2 命名格式错误

5.1.3 刚体接触面位置错误

5.1.4 单元面积异常

5.1.5 刚体定义错误

5.1.6 未定义集合名称

5.1.7 单元严重扭转

5.1.8 内存设置太小

5.1.9 系统异常

5.1.10 输出参数过多

5.1.11 不收敛

5.2 常见警告信息

5.2.1 数值奇异

5.2.2 负特征值

5.2.3 零主元

5.2.4 变形速度过快

5.2.5 塑性变形过大

5.2.6 公共节点

5.2.7 单元质量

5.3 常用的CAE界面操作

5.3.1 前处理阶段

5.3.2 后处理阶段

本章小结

参考文献

基　础 篇

第 1章　ABAQUS快速入门　10

1.1　ABAQUS介绍　10

1.1.1　ABAQUS概述　10

1.1.2　ABAQUS软件体系　10

1.2　ABAQUS通用约定　11

1.3　ABAQUS/CAE基础　13

1.3.1　ABAQUS/CAE的启动方式　14

1.3.2　ABAQUS/CAE主界面构成　14

1.3.3　ABAQUS/CAE中鼠标的使用　16

1.3.4　ABAQUS的常用文件格式　17

1.4　ABAQUS/CAE中的功能模块　19

1.4.1　Part（部件）模块　20

1.4.2　Property（性质）模块　25

1.4.3　Assembly（装配）模块　29

1.4.4　Step（分析步）模块　31

1.4.5　Interaction（相互作用）模块　33

1.4.6　Load（荷载）模块　36

1.4.7　Mesh（网格）模块　38

1.4.8　Job（任务）模块　44

1.4.9　Visualization（可视化）模块　45

1.4.10　Sketch（草图）模块　50

1.5　算例　50

1.5.1　矩形荷载作用下地基中的附加应力分布　50

1.5.2　三维大坝建模及分析　61

1.6　本章小结　67

第 2章　ABAQUS中的岩土材料模型　68

2.1　弹性模型　68

2.1.1　线弹性模型　68

2.1.2　多孔介质弹性模型　70

2.1.3　线黏弹性模型　72

2.2　塑性模型　74

2.2.1　Mohr-Coulomb模型　74

2.2.2　扩展的Drucker-Prager模型　77

2.2.3　修正Drucker-Prager帽盖模型　82

2.2.4　临界状态塑性模型（Critical state plasticity model）　85

2.3　算例　87

2.3.1　Mohr-Coulomb材料的三轴固结排水试验模拟　87

2.3.2　修正剑桥模型材料的三轴固结排水试验模拟　92

2.3.3　黏弹性材料的循环剪切试验　94

2.4　本章小结　96

第3章　ABAQUS中的接触理论　97

3.1　ABAQUS/Standard中的接触对　97

3.1.1　基本特性　97

3.1.2　接触对算法　97

3.1.3　定义接触对　100

3.2　接触面相互作用力学模型　102

3.2.1　法向行为模型　102

3.2.2　切向行为模型　103

3.2.3　阻尼模型　105

3.2.4　黏结模型（Surface-based cohesive behavior）　107

3.2.5　接触面的结果输出变量　107

3.3　ABAQUS/Standard中的通用接触（General Contact）　108

3.3.1　基本特性　108

3.3.2　定义方法　109

3.4　接触面模拟中可能遇到的问题　111

3.4.1　接触计算的诊断信息　111

3.4.2　接触面的初始相对位置　113

3.4.3　正确定义表面　115

3.4.4　避免迭代次数过多　115

3.4.5　避免过约束（Overconstraints）　115

3.5　算例　116

3.5.1　库伦摩擦算例　116

3.5.2　黏结模型算例　120

3.5.3　不排水黏土中圆形桩的水平承载力　122

3.5.4　考虑黏聚力的库伦摩擦　127

3.6　本章小结　129

第4章　ABAQUS中的用户子程序　130

4.1　用户子程序简介　130

4.1.1　用户子程序类别　130

4.1.2　用户子程序编写规则　130

4.1.3　ABAQUS/CAE中用户子程序调用方式　131

4.2　用户自定义位移子程序DISP　131

4.2.1　子程序功能　131

4.2.2　子程序格式和变量说明　131

4.2.3　应用实例　132

4.3　用户自定义分布荷载子程序DLOAD　134

4.3.1　子程序功能　134

4.3.2　子程序格式和变量说明　134

4.3.3　应用实例　135

4.4　用户自定义接触面摩擦模型子程序FRIC　136

4.4.1　子程序功能　136

4.4.2　FRIC子程序格式和变量说明　137

4.4.3　应用实例　138

4.5　用户自定义初始应力子程序SIGINI　143

4.5.1　子程序功能　143

4.5.2　SIGINI子程序格式和变量说明　143

4.6　用户自定义初始孔隙比VOIDRI　144

4.6.1　子程序功能　144

4.6.2　VOIDRI子程序格式和变量说明　144

4.7　常用应用程序　144

4.7.1　SINV计算应力不变量　144

4.7.2　SPRINC计算主应力/主应变　145

4.7.3　SPRIND计算主应力/主应变及方向　145

4.8　本章小结　145

应　用 篇

第5章　浅基础的地基承载力　147

5.1　地基破坏模式及极限承载力　147

5.1.1　地基破坏模式　147

5.1.2　承载力理论　148

5.2　算例　149

5.2.1　条形基础承载力　149

5.2.2　方形基础极限承载力　154

5.2.3　倾斜荷载作用下的条形基础　157

5.2.4　边坡上的条形基础　159

5.3　本章小结　162

第6章　挡土结构的土压力　163

6.1　土压力理论　163

6.1.1　静止土压力　163

6.1.2　主动土压力　163

6.1.3　被动土压力　164

6.2　算例　164

6.2.1　重力式挡土墙　164

6.2.2　加筋土挡墙　169

6.3　本章小结　172

第7章　饱和土的渗流固结　173

7.1　流固耦合分析步简介　173

7.1.1　适用范围　173

7.1.2　相关土力学概念　173

7.1.3　流体渗透/应力耦合分析步的使用方式　174

7.1.4　计算注意事项　176

7.1.5　固结计算中的输出变量　179

7.2　算例　180

7.2.1　太沙基（Terzaghi）一维固结　180

7.2.2　蓄水问题　183

7.2.3　修正剑桥模型的固结不排水三轴试验　185

7.2.4　一维剑桥黏土地基固结分析　189

7.2.5　土体固结问题中的曼德尔效应　196

7.3　本章小结　197

第8章　非饱和土渗流问题　198

8.1　渗流分析中的边界条件　198

8.1.1　典型边界条件　198

8.1.2　ABAQUS/Standard中渗流边界条件的模拟功能　199

8.2　非饱和渗流问题中的材料模型　200

8.2.1　饱和度对渗透性能的影响　200

8.2.2　饱和度与基质吸力之间的关系　200

8.3　算例　202

8.3.1　悬挂式防渗墙防渗效果分析　202

8.3.2　二维均质土坝的稳定渗流分析　205

8.3.3　边坡降雨入渗分析　211

8.4　本章小结　218

第9章　桩基工作性状分析　219

9.1　桩基承载力理论　219

9.1.1　a 方法　219

9.1.2　b 方法　220

9.2　桩的加荷速度　220

9.3　算例　221

9.3.1　不排水黏土地基中竖向受荷桩——不设置接触面　221

9.3.2　不排水黏土地基中竖向受荷桩——设置接触面　224

9.3.3　干砂地基中的竖向受荷桩——不设置接触面　226

9.3.4　干砂地基中的竖向受荷桩——设置接触面　227

9.3.5　不排水强度非均匀分布条件下的竖向受荷桩　228

9.3.6　剑桥黏土地基中的竖向受荷桩　231

9.3.7　水平受荷桩　235

9.3.8　钢筋混凝土桩的模拟　239

9.4　本章小结　241

第 10章　岩土开挖和堆载问题　242

10.1　ABAQUS中的单元生死功能　242

10.1.1　单元的移除　242

10.1.2　单元的激活　243

10.1.3　接触对的移除和激活　243

10.1.4　单元生死操作中的注意事项　244

10.2　开挖算例　244

10.2.1　隧道开挖分析（软化模量法）　244

10.2.2　隧道开挖分析（收敛约束法）　250

10.2.3　悬臂式基坑开挖模拟　253

10.2.4　内撑式基坑开挖模拟　259

10.2.5　堆载预压模拟　264

10.3　本章小结　267

第 11章　边坡稳定性分析　268

11.1　强度折减法的基本原理　268

11.2　强度折减法在ABAQUS中的实现　269

11.3　算例　269

11.3.1　二维均质土坡稳定性分析　269

11.3.2　含软弱下卧层的边坡稳定分析　274

11.3.3　抗滑桩加固土坡稳定性分析　276

11.3.4　三维心墙堆石坝边坡稳定性分析　282

11.4　本章小结　285

提　高 篇

第 12章　用户自定义材料　287

12.1　ABAQUS中的非线性问题求解方法　287

12.1.1　Newton（牛顿）迭代方法　287

12.1.2　非线性问题的收敛控制标准　288

12.2　UMAT子程序简介　288

12.2.1　子程序功能　288

12.2.2　子程序格式和变量说明　288

12.2.3　CAE中自定义材料的设置方法　290

12.3　邓肯模型的二次开发　291

12.3.1　基本理论　291

12.3.2　邓肯模型UMAT子程序编写　291

12.4　邓肯模型算例　296

12.4.1　三轴压缩试验　296

12.4.2　土石坝施工过程模拟　301

12.5　等效线性黏弹性模型的二次开发　305

12.5.1　基本理论　305

12.5.2　等效线性黏弹性模型UMAT子程序编写　306

12.6　黏弹性模型算例　311

12.7　边界面模型的二次开发　313

12.7.1　基本理论　313

12.7.2　应力积分算法的选择　315

12.7.3　边界面模型UMAT子程序编写　316

12.8　边界面模型算例　321

12.8.1　等向压缩试验　321

12.8.2　三轴排水压缩算例　324

12.8.3　不排水动三轴模拟　325

12.9　本章小结　327

第 13章　用户自定义单元　328

13.1　UEL子程序简介　328

13.1.1　子程序功能　328

13.1.2　UEL工作原理　328

13.1.3　子程序格式和变量说明　329

13.2　UELMAT子程序简介　330

13.2.1　子程序功能　330

13.2.2　适用范围　331

13.2.3　子程序格式和变量说明　331

13.2.4　配套使用子程序MATERIAL_LIB_MECH　332

13.3　自定义单元的使用方法　332

13.4　平面三节点线弹性梁单元UEL子程序　335

13.4.1　单元基本理论　335

13.4.2　程序代码及说明　336

13.5　平面四节点无厚度接触面单元的UEL子程序　338

13.5.1　单元基本理论　338

13.5.2　程序代码及说明　340

13.5.3　程序验证　343

13.6　平面应变四节点单元的UELMAT子程序　344

13.7　本章小结　349

第 14章　岩土动力分析　350

14.1　ABAQUS中的动力求解方法　350

14.1.1　模态分析方法　350

14.1.2　直接积分法　351

14.1.3　动力分析中的阻尼　352

14.2　ABAQUS/Standard中的隐式积分算法　353

14.2.1　隐式积分方法的特点　353

14.2.2　隐式积分算法中的时间步长控制　353

14.2.3　使用隐式积分算法求解动力问题　354

14.3　ABAQUS/Explicit中的显式积分算法　354

14.3.1　显式积分方法的特点　354

14.3.2　显式方法适用的问题类型　355

14.3.3　显式算法的条件稳定性　355

14.3.4　显式积分算法中的时间步长控制　356

14.3.5　使用显式积分算法求解动力问题　357

14.4　隐式与显式求解方法的比较　358

14.4.1　一般比较　358

14.4.2　节点自由度增加对计算资源耗费的影响　358

14.5　算例分析　359

14.5.1　水平地基的自振频率与振型　359

14.5.2　二维理想土坝的自振频率和振型　360

14.5.3　线性水平地基地震反应的振型叠加法分析　363

14.5.4　线性水平地基地震反应的隐式分析　368

14.5.5　线性水平地基地震反应的显式分析　369

14.5.6　水平地基地震反应的等效线性分析——隐式法　371

14.5.7　水平地基地震反应的等效线性分析——显式法　378

14.5.8　地基中波的传播特性　381

14.5.9　动力分析中无限边界条件的模拟　383

14.6　本章小结　387

第 15章　ABAQUS中的离散元　388

15.1　基本介绍　388

15.2　分析设置　388

15.3　算例　390

15.3.1　颗粒坍塌模拟　390

15.3.2　直剪试验模拟　396

15.4　本章小结　399

参考文献　4002100433B