Abaqus软件主要由前后处理模块Abaqus/CAE, 隐式求解器模块Abaqus/Standard和显式求解器模块Abaqus/ Explicit共3个模块组成。
Abaqus/CAE使您能够快速有效的创建、编辑、监控、诊断和后处理先进的Abaqus分析。Abaqus/CAE将建模、分析、工作管理以及结果显示集成于一个一致的、使用方便的环境中、 这使得初学者易于学习而经验丰富的用户工作效率会更高。
Abaqus/standard使各种线形和非线性工程 模拟能够有效、精确、可靠的实现。广泛的分 析能力、优越的性能、完备的用户指南、高质 量一流的技术支持使得Abaqus/Standard成为 分析许多工程问题的有效工具。此外许多常见 的建模前后处理软件都支持Abaqus o Abaqus/- Standard提供各类型的分析程序,从常见的线性问题分析到复杂多步非线性问题都能高效、可靠的解决。
Abaqus/Explicit (显式积分)为模拟广泛的动力学问题和准静态问题提供精确、强大和高效 的有限元求解技术。Abaqus/Explicit适用于模拟高度非线性动力学和准静态分析(可以考虑绝热效应)、完全耦合瞬态_位移分析、声固耦合分析。Abaqus/Explicit特别适用于分析瞬态动力学问题,例如:非线性抗震,弹道冲击等Abaqus/Explicit高效处理接触问题和其它非线性的能力使其成为求解许多非线性准静态问题的有效工具,如制造过程(如高温金属轧制和扳金冲压)和能量吸收装置缓慢挤压过程的模拟。
Abaqus提供了三种求解振型的方法:Lanczos方法, Subspace方法和AMS方法,其中AMS方法(自动多重子结构法)对于大规模问题的振型分析速度是传统Lanczos 方法的10倍以上。
近年来,随着建筑行业新标准的正式实施,对建筑结构的弹塑性分析要求终于被正式地写人行业规范之中。为满足结构的二阶段设计抗震设防要求,各地有大量的超高层建筑或标志性工程被要求进行弹塑性分析,以保证这些建筑物在发生数百年一遇的罕遇地震时仍能保证足够的承载力,不至于造成过大的生命和财产损失。
针对动力学问题,尤其地震响应,Abaqus既采用隐式动力学算法,同时也可以进行显式动力学分析,在时域内对结构的响应问题进行分析。
空间网壳结构的屈曲分析是此类结构的重要分析内容。
XFEM技术,可以模拟如混凝土等材料的断裂。断裂面可以穿透单元,无须加密网格就可以捕捉到裂纹开裂走向。
另外SPH方法也可以用于模拟混凝土等结构受冲击载荷的开裂问题,也无须事先定义裂纹路径。
Abaqus可以很好地模拟岩土的力学性能及对岩土工程的各个方面进行模拟包括非线性应力-应变关系、瞬态固结、稳态流变、井点降水、土体液化分析、施工过程、岩土的应力-变形与稳定性、边坡应力及稳定性、边坡和碉室锚固效应分析、路基、底座、深基坑、桩等的承载能力与沉陷分析、土体与钢筋混凝土道路主体间的相互作用、锚固钢缆、预应力钢筋、钢支撑、隧道加强筋等钢结构与岩土和混凝土在温度和外力作用下裂隙的分布与扩展过程模拟,以下是几个典型应用实例。
工程结构总是按照一定的操作顺序施工的,控制条件不一定是施工结束时,而往往在施工过程中。岩土工程分析要动态地模拟施工过程中结构形体的变化、材料的演变、约束与外载条件的改变等。这是与材料非线性、几何非线性或边界非线性而不同的一种非线性,只能用计算过程的模拟才能体现出来,也就是说岩土工程分析应当是一种动态的过程分析,只有进行过程分析, 其结果才是合理的。上海虹口商贸城非常靠近地铁8号线和3号线,最近处仅几米,应用Abaqus评估商贸城地下结构的开挖对地铁的影响程度。
剪切带现象的本质是材料的不稳定性,材料不稳定研究中的一个十分重要的问题是多尺度和标度律的问题。在材料发生不稳定性时,不同的物理过程,不同的微-细观结构,在某个时间尺度内,将以其特有的动力学行为,在某个特征尺度上表现自己,它对计算力学构成了严重的挑战。
岩石是一种非常复杂的材料。其材料属性不光表现高度非线性,而且由于节理的存在表现各向异性。Abaqus在岩石方法不光提供了岩石的塑性属性,而且提供了其节理属性。
结构涉及几何非线性问题,这种非线性是由于大位移、弯矩和轴力之间的相互作用而产生的,任何一个实际的工程问题都希望能根据设计方案,从理论上、计算上以及试验上对其进行校核,将方案做得更经济实用,风险降到更低。对于设计之后的分析,用于设计的近似方法已经不能提供足够的精确度,我们必须建立准确的模型,借助计算机精确地分析结构。
在桥梁施工方面Abaqus提供了单元生死(Model Change)、钢筋混凝土材料属性以及钢筋预紧力等功能。下图是某大桥施工过程的模拟。
桥梁施工过程模拟
Abaqus提供了两种求解振型的方法:Lanczos方法和Subspace两种方法,两种方法各有优缺点,分别实用于规模较大,频率提取多的结构和规模小,频率提取少的结构。图中桥梁长140m,高80m。其一阶和四阶振型如下图所示。
桥梁模态分析
Abaqus对于模拟诸如大坝等建筑物的力学行为具有强大的优势,可以对这些结构的稳定 性和应力状态进行分析计算,并且可以进行防渗计算。在计算中可以考虑水压力、温度场、渗流场、重力场作用以及温度场和力场、渗流场和力场的耦合。
当土体的坡度小于一定值时,土坝的结构取决于土体保持稳定的能力。但是在一定的载荷情况下,土体的稳定性要做折衷处理,在设计过程中要考虑到这些载荷情况。
建筑物中的火的发展包括火灾起始,充分发展,衰灭三个阶段,是一个复杂的燃烧,传热, 传质,湍流过程,其中涉及到各种非线性问题。Abaqus强大的非线性功能可以很好的模拟火在 建筑物中的传递,以及整个结构和构件的变形直到其彻底失效。
在强烈的高温作用下,钢结构筒体的承载强度迅速下降,二十分钟之后就出现彻底破坏。以下是模拟钢框架梁发生火灾,以获得火灾设计失效时间以及特定条件下火灾计算公式。
梁位移 10mm(2.867min) 梁位移 50mm(22.80min)
梁位移 300mm(25.15min) 梁最终位移 (25.25min)
交通工程涉及到道路,机场跑道,地铁,轨道交通以及铁路等,Abaqus由于其先进的非线性分析功能,能够很好的模拟真实的土壤同接触物的关系,因此在各个方面得到广泛的应用。
海洋工程领域是Abacus应用的重要方面,在此领域Abaqus有着优秀的解决复杂非线性动力学问题的经验,美国船级社(ABS),中国船级社等多个国家的船级社以及海洋结构设计公司采用Abaqus作为主要分析软件。
“南海五号”是由挪威设计的“Pacesetter”型半潜式钻井平台,设计寿命为20年。采用设计波方法和三位线性水动力理论并自行开发软件对波浪载荷进行计算。有限元模型前处理通过PATRAN软件完成,后处理通过Abaqus软件完成。模型共有150320个节点、273065个单元, 对平台在自存、作业、拖航状态下的22个工况按DNV规范进行了详细评估与评价。
“渤海8号”海上自升式钻井平台始建于1980年,最大工作水深76.2m。多年海上作业导致该平台腐蚀、裂纹问题严重,本项目主要是根据平台的检测结果和平台的实际使用要求和状况, 对平台的总体结构进行强度分析,对无损探伤发现的裂纹进行工程临界评估,以确定平台现在 的实际状况是否满足安全作业的要求。采用Abaqus软件对平台在预压、自存、作业下的24种工 况进行了极限强度分析、对疲劳寿命进行了预测。
水下建筑物和结构的动力学响应计算分析,主要集中于柔性,复合体大尺度的流动结构, 波能转换,水产养殖结构,海上油气田等。
在浮冰作用下的应力图以及竖向位移