作者簡介
江丙云：SimWe仿真科技論壇資深版主，精通ABAQUS結構分析、多物理場聯合分析等，超過6年世界500強電子企業有限元分析經驗，專職於機電產品工程分析及其最佳化設計；上海交通大學博士，業餘創作青春小說，早年發行有單行本長篇小說《又見理工大》等。
孔祥宏：南京航空航天大學博士，SimWe仿真科技論壇資深版主，精通ABAQUS複合材料分析等，主要從事空間站結構設計及其動力學分析等工作。
羅元元：高級結構分析工程師、ABAQUS資深培訓師，精通ABAQUS 結構分析、衝壓分析等，畢業於武漢大學機械學院，超過10 年世界500 強企業機電分析經驗。
目錄
第1章 工程分析價值和Abaqus能力 11
1．1 機械電子產品概述 11
1．1．1 機電產品組件 11
1．1．2 機電組件製造工藝 12
1．2 工程分析(CAE)價值和能力 13
1．2．1 工程分析價值 13
1．2．2 工程分析能力 13
1．3 工程分析軟體Abaqus概述 14
1．3．1 Abaqus概述 14
1．3．2 Abaqus分析模組 14
1．4 Abaqus使用環境 17
1．4．1 Abaqus主視窗 17
1．4．2 Abaqus/CAE功能模組 20
1．4．3 Abaqus檔案類型 21
1．5 Abaqus幫助指南 22
1．5．1 幫助指南使用 23
1．5．2 幫助指南內容 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 本書章節布局 26
1．8 本章小結 27
第2章 Abaqus快速入門 28
2．1 Abaqus通用標準操作流程 28
2．2 Abaqus/CAE模型數據組織 28
2．3 創建部件(Part) 29
2．3．1 Abaqus/CAE創建幾何模型 29
2．3．2 導入第三方CAD幾何模型 30
2．3．3 使用腳本語言創建幾何模型 31
2．3．4 創建/導入格線部件 31
2．4 創建屬性(Property) 31
2．4．1 材料(Material)屬性 32
2．4．2 截面(Section)屬性 33
2．4．3 剖面(Profile)屬性 33
2．5 創建裝配(Assembly) 34
2．6 創建分析步(Step) 35
2．6．1 創建分析步 35
2．6．2 設定輸出要求 36
2．6．3 設定自適應格線 37
2．6．4 設定求解控制 38
2．7 創建相互作用(Interaction) 38
2．8 創建載荷(Load) 39
2．9 創建格線(Mesh)和最佳化(Optimization) 40
2．10 創建作業(Job) 40
2．11 查看可視化後處理(Visualization) 41
2．12 定製模板 41
2．12．1 定製顯示模板 41
2．12．2 定製模型模板 43
2．13 端子變形實例詳解 44
2．13．1 問題描述 44
2．13．2 創建部件(Part) 44
2．13．3 創建屬性 46
2．13．4 創建裝配(Assembly) 47
2．13．5 創建分析步(Step) 47
2．13．6 創建格線(Mesh) 48
2．13．7 創建節點集 48
2．13．8 創建場/歷史輸出 48
2．13．9 創建載荷(Load) 49
2．13．10 創建作業(Job) 50
2．13．11 查看結果(Visualization) 51
2．13．12 輸入檔案(INP)解釋 53
2．13．13 運行腳本 55
2．14 本章小結 55
第3章 格線劃分 56
3．1 格線劃分簡介 56
3．2 獨立實體和非獨立實體 57
3．3 定義格線密度 58
3．3．1 定義全局單元尺寸 58
3．3．2 定義局部單元尺寸 58
3．4 設定格線控制 60
3．4．1 選擇單元形狀 60
3．4．2 選擇格線劃分技術 61
3．4．3 設定格線劃分算法 63
3．5 劃分格線及檢查格線質量 65
3．5．1 形狀指標(Shape Metrics) 65
3．5．2 尺寸指標(Size Metrics) 66
3．5．3 分析檢查(Analysis Checks) 67
3．6 選擇單元類型 67
3．7 單元類型簡介 68
3．7．1 單元的表征 68
3．7．2 常用單元類型簡介 69
3．8 格線劃分及編輯實例 72
3．8．1 殼部件的格線劃分 72
3．8．2 實體部件的格線劃分 74
3．8．3 自底向上格線劃分技術 75
3．8．4 虛擬拓撲與格線編輯 76
3．8．5 從格線創建幾何 78
3．8．6 複製格線模式 79
3．9 從ODB、INP檔案導入有限元模型 80
3．9．1 從ODB檔案導入 80
3．9．2 從INP檔案導入模型 81
3．10 本章小結 81
第4章 線性靜力分析 82
4．1 結構靜力分析簡介 82
4．1．1 線性與非線性簡介 82
4．1．2 線性靜力分析基礎 83
4．2 線性靜力分析SOP 83
4．3 線性靜力分析三維實例 84
4．3．1 問題描述 84
4．3．2 詳細操作步驟 84
4．3．3 INP檔案解釋 88
4．4 線性靜力分析二維實例 90
4．4．1 問題描述 90
4．4．2 詳細操作步驟 90
4．4．3 INP檔案解釋 93
4．5 本章小結 94
第5章 非線性靜力分析 95
5．1 非線性分析基礎 95
5．1．1 幾何非線性 95
5．1．2 邊界非線性 96
5．1．3 材料非線性 96
5．2 非線性靜力分析的求解 97
5．2．1 Abaqus/Standard的平衡疊代 97
5．2．2 Abaqus/Standard的增量控制 98
5．3 非線性靜力分析SOP 99
5．3．1 非線性靜力分析流程 99
5．3．2 非線性靜力分析設定 99
5．4 線性和非線性對比實例 102
5．4．1 另外儲存模型 102
5．4．2 引入材料塑性 102
5．4．3 引入幾何非線性 102
5．4．4 作業提交及監控 103
5．4．5 非線性分析結果對比 103
5．4．6 作業診斷 104
5．4．7 INP檔案解釋 104
5．5 鈑金衝壓成形分析實例 105
5．5．1 問題描述 105
5．5．2 另外儲存模型 106
5．5．3 定義屬性 106
5．5．4 創建裝配實例 108
5．5．5 創建Surface集 108
5．5．6 創建接觸 110
5．5．7 創建分析步和輸出需求 111
5．5．8 創建邊界條件 112
5．5．9 創建作業並提交 113
5．5．10 查看結果 113
5．5．11 INP檔案解釋 114
5．6 超彈性密封圈分析實例 115
5．6．1 問題描述 115
5．6．2 另外儲存模型 116
5．6．3 創建超彈性材料屬性 116
5．6．4 創建裝配 118
5．6．5 創建分析步 118
5．6．6 創建接觸 119
5．6．7 定義邊界 120
5．6．8 設定單元類型 121
5．6．9 創建作業 121
5．6．10 查看結果 121
5．6．11 INP檔案解釋 122
5．7 本章小結 122
第6章 接觸分析 123
6．1 接觸概述 123
6．1．1 接觸分類 123
6．1．2 適用範圍 123
6．2 接觸形成 124
6．2．1 接觸的離散方法(Discretization Method) 124
6．2．2 接觸的約束施加方式(Constraint Enforcement Method) 126
6．2．3 接觸的追蹤方式(Tracking Method) 127
6．3 接觸定義SOP 128
6．4 接觸屬性 128
6．4．1 接觸壓力-過盈模型(Pressure-Overclosure Models) 129
6．4．2 摩擦模型(Frictional Models) 131
6．4．3 阻尼接觸模型(Contact damping Models) 132
6．5 接觸的收斂與診斷 133
6．6 開關端子接觸分析實例 134
6．6．1 問題描述 134
6．6．2 另外儲存模型(Part) 135
6．6．3 創建屬性(Property) 135
6．6．4 創建分析步(Step) 136
6．6．5 創建接觸(Interaction) 137
6．6．6 邊界定義(Boundary) 139
6．6．7 輸出定義(Output) 141
6．6．8 創建作業並提交運算 142
6．6．9 查看結果 142
6．6．10 接觸診斷 143
6．6．11 接觸改善：引入軟接觸 144
6．6．12 接觸改善：引入阻尼 146
6．6．13 INP檔案解釋 149
6．7 本章小結 150
第7章 線性和非線性屈曲分析 151
7．1 屈曲分析介紹 151
7．1．1 屈曲分析分類 151
7．1．2 屈曲分析方法 151
7．2 線性屈曲分析基礎 152
7．2．1 線性屈曲理論 152
7．2．2 線性屈曲求解方法 153
7．2．3 線性屈曲特況 153
7．3 線性屈曲分析SOP 154
7．3．1 線性屈曲分析流程 155
7．3．2 線性屈曲分析設定 155
7．4 線性屈曲分析實例：Lee，s frame 157
7．4．1 問題描述 157
7．4．2 創建部件 157
7．4．3 創建屬性 158
7．4．4 創建裝配 159
7．4．5 創建Buckle分析步 159
7．4．6 創建幾何集Set 160
7．4．7 創建載荷和邊界條件 161
7．4．8 劃分格線 161
7．4．9 創建作業 163
7．4．10 查看結果 163
7．4．11 INP解釋 164
7．5 非線性屈曲分析基礎 165
7．5．1 非線性屈曲理論 165
7．5．2 非線性屈曲求解方法 165
7．5．3 非線性屈曲特況 166
7．5．4 幾何缺陷引入 167
7．5．5 缺陷敏感性 168
7．6 非線性屈曲分析SOP 168
7．6．1 非線性屈曲分析流程 169
7．6．2 非線性屈曲分析設定 169
7．7 非線性屈曲分析實例：Lee，s frame 170
7．7．1 另外儲存模型 170
7．7．2 替換Step 170
7．7．3 場、歷史變數輸出 171
7．7．4 創建作業 172
7．7．5 查看結果 173
7．7．6 INP解釋 175
7．8 綜合實例：初始缺陷的加強筋板 175
7．8．1 問題描述 175
7．8．2 完善幾何的線性屈曲分析 176
7．8．3 缺陷幾何的非線性屈曲分析 179
7．8．4 缺陷敏感性分析 181
7．9 本章小結 181
第8章 線性動力學分析 182
8．1 動力學分析介紹 182
8．1．1 系統運動方程 182
8．1．2 阻尼 183
8．1．3 求解方法 183
8．1．4 分析類型 184
8．2 線性動力學分析介紹 185
8．2．1 模態分析 185
8．2．2 瞬時模態動態分析 186
8．3 線性動力學分析SOP 187
8．4 線性動力學分析實例 187
8．4．1 問題描述 187
8．4．2 詳細操作步驟 188
8．4．3 INP檔案解釋 195
8．5 本章小結 197
第9章 多物理場分析 198
9．1 多物理場分析基礎 198
9．1．1 直接耦合(Fully coupling) 198
9．1．2 間接耦合(Co-simulation) 200
9．1．3 順序耦合(Sequential coupling) 202
9．2 多物理場分析SOP 202
9．2．1 多物理場分析流程 202
9．2．2 多物理場分析設定 202
9．3 熱-電直接耦合穩態分析實例 204
9．3．1 問題描述 204
9．3．2 導入幾何部件 205
9．3．3 格線劃分 205
9．3．4 創建Beam單元 207
9．3．5 創建單元集 207
9．3．6 創建屬性 208
9．3．7 創建裝配 209
9．3．8 創建分析步 210
9．3．9 創建邊界和載荷 210
9．3．10 創建並提交作業 214
9．3．11 查看結果 214
9．3．12 討論 215
9．3．13 INP檔案解釋 215
9．4 熱-電直接耦合瞬態分析實例 216
9．4．1 另外儲存模型 216
9．4．2 增添材料參數 216
9．4．3 修改分析步為瞬態 216
9．4．4 修改邊界Amplitude 217
9．4．5 重命名並提交作業 218
9．4．6 查看結果 218
9．4．7 INP檔案解釋 219
9．5 流-固熱間接耦合瞬態分析實例 219
9．5．1 問題描述 219
9．5．2 創建熱傳(Heat Transfer)模型 220
9．5．3 創建熱傳分析步 221
9．5．4 創建流-固協同邊界(固場) 222
9．5．5 創建載荷、預定義場 222
9．5．6 創建CFD模型 224
9．5．7 導入部件 224
9．5．8 創建屬性 224
9．5．9 創建裝配實例 224
9．5．10 創建分析步 225
9．5．11 創建流-固協同邊界(流場) 225
9．5．12 創建載荷、邊界、初始條件 226
9．5．13 格線劃分 227
9．5．14 協同求解Co-execution 228
9．5．15 查看結果 229
9．5．16 INP檔案解釋 230
9．5．17 討論 230
9．6 本章小結 230
第10章 多步順序(耦合)分析 232
10．1 多步順序(耦合)分析基礎 232
10．1．1 場變數定義 232
10．1．2 初始狀態導入 236
10．1．3 重啟動技術 237
10．2 多步順序(耦合)分析SOP 238
10．3 電子件電-熱-力順序耦合實例 238
10．3．1 問題描述 239
10．3．2 第1階段：電傳導溫升分析 239
10．3．3 第2階段：熱膨脹分析建模 247
10．3．4 第1階段溫度導入第2階段 249
10．3．5 第2階段熱膨脹分析結果 250
10．3．6 INP檔案解釋 250
10．4 多步衝壓成型及回彈分析實例 252
10．4．1 問題描述 252
10．4．2 第8次回彈結果 253
10．4．3 第9次折彎分析 253
10．4．4 第9次回彈分析 258
10．5 多步衝壓成型→結構順序分析實例 263
10．5．1 考慮加工硬化的結構分析 263
10．5．2 不考慮加工硬化的結構分析 265
10．6 模流Moldflow→結構聯合分析基礎 266
10．6．1 Abaqus Interface for Moldflow(AIM) 266
10．6．2 Autodesk Moldflow Structural Alliance(AMSA) 267
10．7 模流Moldflow→結構聯合分析實例 268
10．7．1 AIM方法翹曲分析 268
10．7．2 AMSA映射分析 271
10．8 模流Moldex3D→結構聯合分析基礎 274
10．8．1 Moldex3D-FEA基礎 274
10．8．2 模流結構聯合分析SOP 275
10．9 模流Moldex3D→結構聯合分析實例 276
10．9．1 問題描述 276
10．9．2 模流分析 277
10．9．3 導出接口檔案 277
10．9．4 結構分析 278
10．10 本章小結 280
第11章 非線性動力學分析 281
11．1 非線性動力學分析介紹 281
11．1．1 隱式與顯式動力學分析對比 281
11．1．2 顯式動力學分析理論基礎 282
11．1．3 顯式動力學分析的穩定性 283
11．1．4 準靜態分析的顯式求解方法 284
11．2 非線性動力學分析SOP 285
11．2．1 基本操作步驟 285
11．2．2 顯式動力學分析步的設定 286
11．3 顯式動力學分析實例 289
11．3．1 問題描述 289
11．3．2 詳細操作步驟 289
11．3．3 INP檔案解釋 294
11．4 準靜態分析實例 296
11．4．1 問題描述 296
11．4．2 詳細操作步驟 296
11．4．3 INP檔案解釋 304
11．5 本章小結 307
第12章 最佳化設計和敏感性分析 308
12．1 最佳化設計基礎 308
12．1．1 結構最佳化概述 308
12．1．2 拓撲最佳化 308
12．1．3 形狀最佳化 309
12．1．4 最佳化術語 310
12．2 最佳化設計SOP 311
12．2．1 最佳化設計SOP 311
12．2．2 設計回響設定 312
12．2．3 目標函式設定 315
12．2．4 約束設定 315
12．2．5 幾何限制 315
12．3 拓撲最佳化實例 317
12．3．1 C形夾的拓撲最佳化 317
12．3．2 汽車擺臂的拓撲最佳化 322
12．4 形狀最佳化實例 326
12．4．1 問題描述 326
12．4．2 初始設計分析 327
12．4．3 最佳化設定 328
12．4．4 最佳化結果 330
12．5 敏感性分析(DSA)基礎 332
12．5．1 Abaqus的DSA 332
12．5．2 激活Abaqus DSA 332
12．5．3 DSA設計參數 333
12．5．4 DSA回響 334
12．5．5 DSA設計參數梯度 334
12．5．6 DSA公式 335
12．5．7 後處理 335
12．6 敏感性分析SOP 335
12．6．1 關鍵字SOP 335
12．6．2 形狀變數SOP 336
12．7 敏感性分析實例 337
12．7．1 參數變化對卡扣的敏感性 337
12．7．2 形狀變數對卡扣的敏感性 342
12．8 本章小結 347
參考文獻 348
