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ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。达索并购ABAQUS后,将SIMULIA作为其分析产品的新品牌。它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。

概述

对比分析

abqus冲压成型应用

概述

真实世界的仿真是非线性的,SIMULIA将成为模拟真实世界仿真分析工具,它支持最前沿的仿真技术和最广泛的仿真领域.SIMULIA为真实世界的模拟提供了开放的,多物理场分析平台。 SIMULIA将同CATIA ,DELMIA一起,帮助用户在PLM中,实现设计,仿真和生产的协同工作。它将分析仿真在产品开发周期的地位提升到新的高度。 ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。作为通用的模拟工具， ABAQUS 除了能解决大量结构（应力 / 位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、振动与声学分析、岩土力学分析（流体渗透 / 应力耦合分析）及压电介质分析。ABAQUS 为用户提供了广泛的功能，且使用起来又非常简单。大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易的模拟出来。例如，对于复杂多构件问题的模拟是通过把定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项块结合起来。在大部分模拟中，甚至高度非线性问题，用户只需提供一些工程数据，像结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况。在一个非线性分析中， ABAQUS 能自动选择相应载荷增量和收敛限度。他不仅能够选择合适参数，而且能连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算结果。

ABAQUS 有两个主求解器模块— ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit。ABAQUS 还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块 — ABAQUS/CAE 。 ABAQUS 对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。

ABAQUS 被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。 ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。 ABAQUS 的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于 ABAQUS 优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得 ABAQUS 被各国的工业和研究中所广泛的采用。 ABAQUS 产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。

功能描述

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

质量扩散分析：静水压力造成的质量扩散和渗流分析等

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

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

瞬态温度/位移耦合分析：解决力学和热响应及其耦合问题

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

退火成型过程分析：可以对材料退火热处理过程进行模拟

海洋工程结构分析：

对海洋工程的特殊载荷如流载荷、浮力、惯性力等进行模拟

对海洋工程的特殊结构如锚链、管道、电缆等进行模拟

对海洋工程的特殊的连接，如土壤/管柱连接、锚链/海床摩擦、管道/管道相对滑动等进行模拟

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

疲劳分析：根据结构和材料的受载情况统计进行生存力分析和疲劳寿命预估

设计灵敏度分析：对结构参数进行灵敏度分析并据此进行结构的优化设计

软件除具有上述常规和特殊的分析功能外，在材料模型，单元，载荷、约束及连接等方面也功能强大并各具特点：

材料模型：定义了多种材料本构关系及失效准则模型，包括：

弹性：线弹性，可以定义材料的模量、泊松比等弹性特性

正交各向异性，具有多种典型失效理论，用于复合材料结构分析

多孔结构弹性，用于模拟土壤和可挤压泡沫的弹性行为

亚弹性，可以考虑应变对模量的影响

超弹性，可以模拟橡胶类材料的大应变影响

粘弹性，时域和频域的粘弹性材料模型

塑性：

金属塑性，符合Mises屈服准则的各向同性和遵循Hill准则的各向异性塑性模型

铸铁塑性，拉伸为Rankine屈服准则，压缩为Mises屈服准则

蠕变，考虑时间硬化和应变硬化定律的各向同性和各向异性蠕变模型

扩展的Druker-Prager模型，适合于沙土等粒状材料的不相关流动的模拟

Capped Drucker-Prager模型，适合于地质、隧道挖掘等领域

Cam-Clay模型，适合于粘土类土壤材料的模拟

Mohr-Coulomb模型，这种模型与Capped Druker-Prager模型类似，但可以考虑不光滑小表面情况

泡沫材料模型，可以模拟高度挤压材料，可应用于消费品包装、及车辆安全装置等领域混凝土材料模型，这种模型包含了混凝土弹塑性破坏理论渗透性材料模型，提供了依赖于孔隙比率、饱和度和流速的各向同性和各向异性材料的渗透性模型。

其它材料特性：

包括密度、热膨胀特性、热传导率和导电率、比热、压电特性、阻尼以及用户自定义材料特性等

单元库：ABAQUS包括内容丰富的单元库，单元种类多达562种。它们可以分为8个大类，称为单元族，包括：

— 实体单元

— 壳单元

— 薄膜单元

— 梁单元

— 杆单元

— 刚体元

— 连接元

— 无限元 还包括其中针对特殊问题构建的特种单元如针对钢筋混凝土结构或轮胎结构的加强筋单元（*Rebar）、针对海洋工程结构的土壤/管柱连接单元（*Pipe-Soil）和锚链单元(*Drag Chain)，还有专门的垫圈单元和空气单元等特殊的单元等，这些单元对解决各行业领域的具体问题非常有效。

另外，用户还可以通过用户子程序自定义单元种类。

对ABAQUS进行二次开发也极为方便，ABAQUS支持FORTRAN或VC++来二次开发。

载荷、约束及连接：

载荷

载荷包括均匀体力、不均匀体力、均匀压力、不均匀压力、静水压力、旋转加速度、离心载荷、弹性基础，伴随力效应，集中力和弯矩，温度和其他场变量，速度和加速度等。

约束

除常规的约束外，还提供线性和非线性的多点约束(MPC)，包括刚性链、刚性梁、壳体/固体连接、循环对称约束和运动耦合等。 连接强大的接触对定义与分析功能为管接头接触密封分析，铰链连接分析，壳体密封分析等带来极大的便利。

对比分析

ABAQUS软件与ANSYS软件的对比分析

1． 在世界范围内的知名度：

两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。

由于ANSYS产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。

2． 应用领域：

ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。

3． 性价比

ANSYS软件由于价格政策灵活，具有多种销售方案，在解决常规的线性及耦合问题时，具有较好的性价比。但在实际工程中，非线性是比线性远为普遍的自然现象，线性通常只是非线性的理想化假设。随着研究水平的提高和研究问题的深入，非线性问题必然成为工程师和研究人员面临的课题，并成为制约深入研究和精确设计的瓶颈。购买ABAQUS软件可以很好地解决这些问题，缩短研制周期、减少试验投入，避免重新设计。工欲善其事，必先利其器，使用不恰当或低档的分析工具进行工作的成本要远超过使用合适工具的成本。因此，从综合效益和长远效益而言，ABAQUS软件的经济性也是非常突出的。

4． 求解器功能

对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。

ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势。其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态非线性等多个方面。

另外，由于ABAQUS/Standard(通用程序)和ABAQUS/Explicit(显式积分)同为ABAQUS公司的产品，它们之间的数据传递非常方便，可以很容易地考虑预紧力等静力和动力相结合的计算情况。

ABAQUS软件的求解器是智能化的求解器，可以解决其它软件不收敛的非线性问题，其它软件也收敛的非线性问题，ABAQUS软件的计算收敛速度较快，并更加容易操作和使用。

5． 人机交互界面

ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近开发的软件运行平台，他汲取了同类软件和CAD软件的优点，同时与ABAQUS求解器软件紧密结合。

与其他有限元软件的界面程序比，ABAQUS/CAE具有以下的特点：

l 采用CAD方式建模和可视化视窗系统，具有良好的人机交互特性。

l 强大的模型管理和载荷管理手段，为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿真提供了方便。

l 鉴于接触问题在实际工程中的普遍性，单独设置了连接(interaction)模块，可以精确地模拟实际工程中存在的多种接触问题。

l 采用了参数化建模方法，为实际工程结构的参数设计与优化，结构修改提供了有力工具。

6． 综合性能对比

综合起来，ABAQUS软件具有：

l 更多的单元种类，单元种类达433种，提供了更多的选择余地，并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结构外，可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为

l 更多的材料模型，包括材料的本构关系和失效准则等，仅橡胶材料模型就达16种。除常规的金属材料外，还可以有效地模拟复合材料、土壤、塑性材料和高温蠕变材料等特殊材料

l 更多的接触和连接类型，可以是硬接触或软接触，也可以是Hertz接触（小滑动接触）或有限滑动接触，还可以双面接触或自接触。接触面还可以考虑摩擦和阻尼的情况。上述选择提供了方便地模拟密封，挤压，铰连接等工程实际结构的手段。

l ABAQUS的疲劳和断裂分析功能，概括了多种断裂失效准则，对分析断裂力学和裂纹扩展问题非常有效。

7．与其它软件比较

ABAQUS是目前非线性计算很强的一个软件，结构计算方面比ANSYS强但是没有流体模块所以不能做流体计算，另外一个非线性很强的软件是ADINA它同时具备结构和流体分析模块目前是最好的流固耦合分析软件。

8．网上学习途径

目前网上人数比较多的论坛是百思论坛和机械论坛里面的ABAQUS区，SIMWE社区现在越来越成为abaqus学习的主流论坛。

abqus冲压成型应用

一、模拟加工过程中的成本节约 加工成形技术是制造工业的中一种重要的技术。

当前，制造行业加工工艺正朝着高技术的方向发展，越来越多的公司在产品研发和制造过程中开始注重仿真技术的应 用。

采用ABAQUS进行仿真模拟的目的是节约开发成本、加快研发速度和提高产品质量。ABAQUS可以针对不同操作系统（如Unix，Linux和 Windows等）进行单机或多机并行运算，节省更多运算时间。

下面以ABAQUS某汽车用户的车门设计为例，说明ABAQUS在冲压成型有限元模拟中的应用。

传统的车门设计流程如图1所示。

某型号汽车车门的传统设计流程其中主要设计及加工成本如下：

1.软质模具的设计和加工成本为20万美元；

2.初期生产并修改模具的周期一般不低于12周；

3.硬质模具的设计修改和加工成本为75万美元；

4.最后产品试生产、模具方案的定型、修正生产流程直至正式生产的周期一般为8~9个月。

其中，硬质模具的设计费用包含在前期软质模具设计费用之中，后期只计算修改模具设计的费用。

采用ABAQUS进行数字仿真之后，设计流程如图2所示。

图2 引入ABAQUS后某型号汽车车门的设计效果

修改设计流程之后，主要设计和加工成本如下：

1.软质模具的设计和加工成本为10万美元；

2.初期生产并修改模具的周期缩短为4周；

3.硬质模具的设计修改和加工成本为25万美元；

4.最后产品试生产、模具方案的定型、试生产、修正生产流程直至正式生产的周期一般为3.5~4个月。

经过以上计算可以明确看出，仅车门的设计费用就节约了2/3，而设计周期则缩短为原来的1/3。

二、模拟加工成形过程中的难点

加工成形过程的数值模拟受到材料非线性、几何非线性和边界非线性的综合影响，直接计算的难度非常大。从力学 本质来看，很多的成形过程可以简化为准静态过程，对该过程的有限元模拟通常有两种方法：静力隐式方法和动力显式方法。根据动力松弛法的原理，动力系统的稳 态解和静力解是一致的。所以本文所涉及的算例均采用显式动力学的方法，即使用ABAQUS/EXPLICIT求解器模块，对不同的加工成形过程进行模拟。

算例表明，ABAQUS在处理加工成形中可以得到令人满意的结果。

三、实际应用

1.普通油箱的冲压成形 本实例模拟油箱的冲压成型过程。图3所示为实际成型时油箱的一半的形状。考虑到在冲压成型过程中，油箱结构的对称性，本文通过模拟图3左下所示的结构，对 其进行模拟分析，达到分析整个油箱成型的目的。首先，通过ABAQUS/CAE完成图3右侧所示的装配图，其中平面铝板将被冲压成型为图3左下的结构。成 形的全过程如图4所示，模拟结果跟实际生产过程相吻合。其中，图5所示为整个过程中内能和动能的变化曲线，可以确定模拟过程为准静态。图6表现的是成型后 金属板的厚度分布云图。图7给出了与厚度变化最大处的单元相关的四个节点处的厚度在时间域内的变化曲线。

2.钛合金板材的冲压成型ABAQUS模拟过程

3.蒙拉成形蒙拉成型的ABAQUS模拟。

4.橡皮囊成形及钣金成形

5.弯管成形弯管成形

6.圆锥管成形圆锥管

四、结论

以上实例的模拟都是在ABAQUS平台下进行的。结果表明，采用ABAQUS处理加工成型过程中所涉及到的 非线性力学问题，能够得到比较令人满意的结果。此外，ABAQUS还提供了种类丰富的用户子程序接口，用户可以根据需要编写特殊的本构关系曲线、复杂的载 荷和边界条件以及灵活多样的用户单元等，这些功能目前在研究领域和工业领域中都取得了广泛地应用。