[正版]CAE分析大系——ABAQUS工程实例详解

第一本出自世界500强企业的工程实例书； 第一本定制标准操作流程SOP的ABAQUS教程； 第一本电子企业解密的全新流程工程实例详解； 第一本ABAQUS原厂推荐的图书。 ● 全部案例源文件 ● 有声讲解视频 ● 图书+微信订阅号+QQ群+SimWe论坛=可沟通交流的生态系统教程

这本书融入了作者们在SimWe平台和工作中交流的真实体会，结合大量工程分析实例，具有原创、互动和实用的特征。这是一本优秀的ABAQUS应用书籍，作者们不仅具有多年的CAE软件应用分析经验，还具有相关产品设计研发经验，他们做到了让初学者入门，让经验丰富者思路豁然。
——梁琳（SimWe网站创始人、站长）

本书作者长期工作在企业CAE技术应用和产品研发的前沿，在数值仿真技术的实际应用方面有独特的体会和丰富的经验。本书基于作者多年的成功经验，面向机械电子领域的典型案例，详细介绍了建模、计算和结果分析过程，涉及流－固耦合、模流－结构和冲压－结构联合分析等新颖知识，将为从事CAE技术研究和应用的读者提供有益帮助。
——李大永（上海交通大学 教授、博士生导师）

准确分析塑胶件的结构强度，必须采用模流和结构的联合仿真分析技术，即以Moldex3D&Moldflow等模流分析获得玻纤分布，并将其传递给ABAQUS 执行结构分析。目前讲解涉及这项技术的书籍非常少，感谢本书的作者根据自身的经验，通过详尽的讲解和实例的展示，给联合仿真的初学者提供了入门的指导。
——李礼（上海靖凯模塑科技有限公司 技术总监）

几位编者在深厚的理论与丰富的实践相结合的基础上，通过鲜活生动的案例，从分析思路、操作方法、结果和实际比较出发，使这本书令人眼前一亮。书中涵盖的机械弹塑性、温升、冲压和优化分析等对电子产品开发工程师而言，无疑是一本非常具有操作性、实战性的专业书籍，对于我们机械电子产品的开发设计、工程分析等都将给予相当大的帮助，感谢编者开放无私地和他人分享技术成果。
——殷黎明（昆山嘉华电子有限公司 技术总工
《电机电器电子高速精密冲压件制造技术》编委）

作者以扎实的学术基础，结合多年务实的分析经验，精选了机械电子行业中，实用性极高的机电分析案例。本书适用于想快速踏入机电领域的初阶工程师或中阶工程主管正确使用ABAQUS 分析软件，使其在最短时间内即可大力实现CAE功效。
——陈启明（世界500强电子企业 资深研发主管）

站在软件使用者及连接器行业工程师的角度，我觉得本书和市面上常见的工程软件类书籍最大的不同在于：其直接从工程实例入手，标准流程化来解决实际问题。本书对ABAQUS的各个功能模块做了较为完整的串讲，是有限元分析工程师极佳的入门教材，同时也适合作为随时查阅的参考工具书。
——李伟国（泰科电子( 上海) 有限公司 全球分析技术工程师）

江丙云 孔祥宏 罗元元 编著

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。

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 348