基于ABAQUS的有限元分析和应用.pdf

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书籍描述

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《基于ABAQUS的有限元分析和应用》是应用ABAQUS有限元软件进行力学分析和结构计算的必备工具书,可供从事工程设计和有限元分析的科研人员和工程师等阅读和参考,也可以作为力学和工程专业研究生和本科生的有限元数值计算课的辅助教材。

目录
上篇 ABAQUS的基础内容和应用指南
1 绪论
1.1 从HKS和ABAQUS到SIMULIA
1.2 有限元著作和软件的发展历史
1.3 有限元分析中的问题与挑战
1.4 在设计中应用ABAQUS
1.5 ABAQUS产品介绍
1.6 有限元法的简单回顾
1.7 本书阅读指南

2 ABAQUS基础
2.1 ABAQUS分析模型的组成
2.2 ABAQUS/CAE简介
2.3 例题:用ABAQUS/CAE生成桥式吊架模型
2.4 比较隐式与显式过程
2.5 小结

3 有限单元和刚性体
3.1 有限单元
3.2 刚性体
3.3 质量和转动惯量单元
3.4 弹簧和减振器单元
3.5 小结

4 应用实体单元
4.1 单元的数学描述和积分
4.2 选择实体单元
4.3 例题:连接环
4.4 网格收敛性
4.5 例题:橡胶块中的沙漏(ABAQUS/Explicit)
4.6 相关的ABAQUS例题
4.7 建议阅读的文献
4.8 小结

5 应用壳单元
5.1 单元的几何尺寸
5.2 壳体公式——厚壳或薄壳
5.3 壳的材料方向
5.4 选择壳单元
5.5 例题:斜板
5.6 相关的ABAQUS例题
5.7 建议阅读的文献
5.8 小结

6 应用梁单元
6.1 梁横截面的几何形状
6.2 计算公式和积分
6.3 选择梁单元
6.4 例题:货物吊车
6.5 相关的ABAQUS例题
6.6 建议阅读的文献
6.7 小结

7 线性动态分析
7.1 线性动态问题简介
7.2 阻尼
7.3 单元选择
7.4 动态问题的网格划分
7.5 例题:货物吊车——动态载荷
7.6 模态数量的影响
7.7 阻尼的影响
7.8 与直接时间积分的比较
7.9 其他动态过程
7.1 0相关的ABAQUS例题
7.1 1建议阅读的文献
7.1 2小结

8 非线性
8.1 非线性的来源
8.2 非线性问题的求解
8.3 在ABAQUS分析中包含非线性
8.4 例题:非线性斜板
8.5 相关的ABAQUS例题
8.6 建议阅读的文献
8.7 小结

9 显式非线性动态分析
9.1 ABAQUS/Explicit适用的问题类型
9.2 动力学显式有限元方法
9.3 自动时间增量和稳定性
9.4 例题:在棒中的应力波传播
9.5 动态振荡的阻尼
9.6 能量平衡
9.7 弹簧和减振器的潜在不稳定性
9.8 小结

10 材料
10.1 在ABAQUS中定义材料
10.2 延性金属的塑性
10.3 弹塑性问题的单元选取
10.4 例题:连接环的塑性
10.5 例题:加强板承受爆炸载荷
10.6 超弹性
10.7 例题:轴对称支座
10.8 大变形的网格设计
10.9 减少体积自锁的技术
10.10 相关的ABAQUS例题
10.11 建议阅读的文献
10.12 小结

11 多步骤分析
11.1 一般分析过程
11.2 线性摄动分析
11.3 例题:管道系统的振动
11.4 重启动分析
11.5 例题:重启动管道的振动分析
11.6 相关的ABAQUS例题
11.7 小结

12 接触
12.1 ABAQUS接触功能概述
12.2 定义接触面
12.3 接触面间的相互作用
12.4 在ABAQUS/Standard中定义接触
12.5 在ABAQUS/Standard中的刚性表面模拟问题
12.6 ABAQUS/Standard例题:凹槽成型
12.7 在ABAQUS/Explicit中定义接触
12.8 ABAQUS/Explicit建模中需要考虑的问题
12.9 ABAQUS/Explicit例题:电路板跌落试验
12.10 综合例题:筒的挤压
12.11 ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的比较
12.12 相关的ABAQUS例题
12.13 建议阅读的文献
12.14 小结

13 ABAQUS/Explicit准静态分析
13.1 显式动态问题类比
13.2 加载速率
13.3 质量放大
13.4 能量平衡
13.5 例题:ABAQUS/Explicit凹槽成型
13.6 小结

下篇 ABAQUS在科学研究和工程问题中的应用实例
14 在土木工程中的应用(1)——荆州长江大桥南汊斜拉桥结构三维仿真分析
14.1 斜拉桥结构三维仿真问题描述
14.2 斜拉桥建模
14.3 静力分析和施工过程仿真
14.4 动态分析

15 在土木工程中的应用(2)
15.1 钢筋混凝土圆柱形结构的倾倒分析
15.2 牙轮钻头破岩过程模拟
15.3 大型储液罐的动力分析

16 在多场耦合问题中的应用实例
16.1 一种新型高速客车空气弹簧的非线性有限元分析
16.2 多场耦合问题在水坝工程中的应用实例
16.3 复合材料层合板固化过程中的化学场、温度场耦合问题

17 在焊接工艺中的应用
17.1 用ABAQUS进行插销试验焊接温度场分析
17.2 焊接接头氢扩散数值模拟

18 橡胶超弹性材料的应用实例
18.1 问题简介
18.2 常用橡胶本构关系模型
18.3 过盈配合平面应力下的小变形解
18.4 过盈配合平面应力下的大变形解
18.5 体积刚度及泊松比对过盈配合的影响

19 岩土材料与结构的弹塑性蠕变分析
19.1 蠕变模型的理论
19.2 蠕变模型参数选取
19.3 实例:地下储库施工引起的岩体弹塑性蠕变及套管变形数值模拟
19.4 岩土材料与结构的渗流与变形耦合
19.5 实例:储油层射孔三维弹塑性变形与渗流耦合分析

20 复合材料层合板低速冲击损伤
20.1 问题简介
20.2 损伤判据及应力更新方案
20.3 损伤分层
20.4 无zpin增韧复合材料层合板有限元建模及分析
20.5 zpin增韧层合板模拟
20.6 小结

21 ABAQUS用户材料子程序
21.1 问题简介
21.2 模型的数学描述
21.3 ABAQUS用户材料子程序
21.4 SHPB实验的有限元模拟
21.5 UMAT的Fortran程序

22 ABAQUS用户单元子程序(1)
22.1 非线性索单元
22.2 UEL在钢筋混凝土梁柱非线性分析中的应用
22.3 应用UEL计算应变梯度塑性问题

23 ABAQUS用户单元子程序(2)
23.1 四边形面积坐标方法与单元AGQ6I简介
23.2 单元AGQ6的完全拉格朗日(TL)格式
23.3 算例:细长悬臂梁的几何非线性(大转动)分析
附录A 例题文件

序言
非线性力学问题(材料、几何和接触)是力学发展的前沿课题。非线性有限元是计算固体力学的组成部分,是基于仿真的工程与科学的重要方法之一。
基于非线性力学理论和计算固体力学而发展的ABAQUS有限元软件是数值仿真的重要工具之一,在科学研究和工程分析领域得到了广泛的应用。
清华大学航天航空学院工程力学系的高级有限元中心(AdvancedFiniteElementService,AFES)成立于1997年,并于当年将ABAQUS有限元软件引进到国内,取他山之石,助科研和工程分析之力。在有限元发展与应用上,站在高起点的ABAQUS软件平台上开发算法、发展用户单元和材料本构模型,使我们避免了研究工作的低水平重复,受益匪浅。我们所培养的本科生和研究生,在有限元软件的应用水平和开发能力上与国际接轨,在驾驭软件本体,开发接口程序方面达到了国际较高水平。
本书分为上、下两篇。上篇为ABAQUS的基础内容和应用指南,主要是基于ABAQUS软件6.7版本进行有限元分析与应用的入门指南和工程分析与科学研究教程;下篇为ABAQUS在科学研究和工程问题中的应用实例,其内容来自于AFES中心教师和研究生的科研工作及ABAQUS中国用户年会的论文集,它汇集了近十年的部分研究成果和工程应用实例。
借本书出版的机会,衷心感谢清华大学黄克智院士和杨卫院士的远见卓识和大力支持,推动了ABAQUS软件的应用和二次开发工作,使得清华大学高级有限元中心成为国内应用ABAQUS软件的技术支持中心。另外,对陈佩英高级工程师始终不渝的鼓励和帮助表示深深的谢意。也感谢与我们保持了多年友谊与合作的SIMULIA北京办事处前任总经理于旭光博士和现任总经理白锐先生及其全体同仁的支持。我们相信本书的出版必将推动ABAQUS软件在中国的推广和应用,有助于发展我国基于仿真的工程分析与科学研究事业。

文摘
插图:

基于ABAQUS的有限元分析和应用

上篇 ABAQUS的基础内容和应用指南
1 绪论
1.1从HKS和ABAQUS到SIMULIA
当中国人听到来自大洋彼岸的美国罗得岛州的HKS公司(Hibbitt,Karlsson&Sorensen,INC.,现为SIMULIA公司)的有限元软件命名为ABAQUS,会觉得那么熟悉和亲切,因为我们中华民族的古老计算工具算盘的英文就是ABACUS,发音相同,仅一个字母之差。聪明的美国科学家利用它作为商标,发展了汇集线性和非线性计算功能为一体的有限元软件,并且成立了商业化运作的大型跨国有限元软件公司。
HKS公司,顾名思义,是由三个人发起创立的。在商用有限元软件的舞台上,DavidHibbitt是位举足轻重的人物。这位来自曼彻斯特市的英国人,1965年毕业于英国的剑桥大学,1972年在美国的布朗大学获得工学博士学位。这样的教育背景使他具备了坚实的工程力学基础和高超的计算编程能力。Hibbitt与他的导师PedroMarcal教授合作,以Hibbitt的博士论文工作为基础发展了MARC有限元软件。1969年,MARC公司成立,这个软件和公司的名字均为Marcal教授姓氏的前四个字母。博士毕业后,Hibbitt在MARC公司工作到l977年。MARC公司在市场上经营了整整30年,于1999年被MSC公司兼并,但是MARC有限元软件仍然是MSC的主要产品。HKS的另外两个主要人物是Karlsson博士和Sorensen博士,后者是著名力学家Rice的学生。他们开始创业时,在Hibbitt家的车库里写程序,带着今天看来是“小儿科”的简单程序到企业去解决工程问题,有时甚至是一边修改程序一边向工程师介绍程序。1978年2月1日,他们三人合作建立了HKS公司,使ABAQUS商用软件进入市场。该程序是能够引导研究人员自主增加用户单元和材料模型的早期有限元程序之一,因此受到科研人员和工程师们的青睐,对当时的有限元软件行业带来了实质性的冲击。

内容简介
《基于ABAQUS的有限元分析和应用》是基于ABAQUS软件6.7版本进行有限元分析与应用的入门指南和工程分析与科学研究教程。全书分为上、下两篇。上篇结合有限元的基本理论和数值计算方法,通过系列的相关例题和讨论,系统地介绍了ABAQUS软件的主要功能和应用方法,包括编写输入数据文件和前处理的要领,对输出文件进行分析和后处理的方法等;下篇精选了一批ABAQUS在科研和工程领域的典型应用案例,涉及了土木、机械、航空、铁道等工程领域,橡胶、岩土和复合材料等多种材料的应用研究,以及如何通过编写用户接口程序进行二次开发等内容。ABAQUS是国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一,具有强健的计算功能和模拟性能,拥有大量不同种类的单元模型、材料模型和分析过程。

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