ABAQUS 是一款專用于有限元分析的CAE軟件。ABAQUS 公司于1978 年在美國(guó)成立，原名Hibbitt，Karlsson ＆ Sorensen 公司 ( HKS ) ， 后更名為 ABAQUS 公司，2005 年被達(dá)索系統(tǒng) ( Das-sault Systemes) 收購(gòu)。

ABAQUS 最初于 1978 年發(fā)布，目前最新的版本為 ABAQUS 2018，更新的內(nèi)容包括: 新增了材料和單元類型，增強(qiáng)了接觸屬性功能，增強(qiáng)了線性動(dòng)力學(xué)的功能，增強(qiáng)了建模和可視化功能等。ABAQUS 大量應(yīng)用于機(jī)械、土木、電子、航空航天等行業(yè)。該軟件最初就是為解決非線性物理問題而設(shè)計(jì)的，該軟件具有豐富的材料庫(kù)，可以模擬的材料包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料等; 除常規(guī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力/應(yīng)變問題外，還能模擬熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散等問題，同時(shí)提供多物理場(chǎng)耦合分析能力，如流—固耦合、聲—固耦合、壓—電耦合、熱—固耦合、熱—電耦合等。在復(fù)合材料分析方面，ABAQUS 可以采用多種單元類型，可以進(jìn)行宏觀和微觀模擬，可以對(duì)纖維和基體的材料及接觸界面進(jìn)行漸進(jìn)損傷和失效分析。同時(shí)，ABAQUS 支持通過Fortran等進(jìn)行二次開發(fā)。

ABAQUS 在國(guó)外的客戶有空客、波音的商用飛機(jī)和衛(wèi)星系統(tǒng)等部門、洛克希德·馬丁、NASA的Lewis研究中心、Goddard 太空飛行中心以及美國(guó)海軍和 Amold 空軍基地等。ABAQUS 于 2002 年進(jìn)入中國(guó)，并呈現(xiàn)出趕超 ANSYS 在國(guó)內(nèi)地位的趨勢(shì)，目 前 在 中 國(guó) 的 用 戶 有 航 空 工 業(yè) 301、601、602、603、611、625，航空工業(yè)成飛，中國(guó)航發(fā)621 所，航天一院一部、一院信息中心、14 所、702所、二院二部、三院三部、四院41所、六院11所等。

ABAQUS具備強(qiáng)大的建模、分析和數(shù)據(jù)管理能力，可進(jìn)行完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)的全過程仿真。其非線性分析功能非常突出，能模擬各種復(fù)雜的物理現(xiàn)象，如材料變形、破壞、熱傳導(dǎo)和流體流動(dòng)等。此外，ABAQUS還提供了豐富的數(shù)據(jù)可視化工具，用于直觀展示仿真結(jié)果，幫助用戶更好地理解仿真過程和結(jié)果。

除了基礎(chǔ)版的ABAQUS，達(dá)索還提供了多個(gè)附加模塊，如ABAQUS / CAE、ABAQUS / FEA、ABAQUS / CFD等，分別用于有限元分析、流體動(dòng)力學(xué)分析和熱分析等。這些模塊進(jìn)一步增強(qiáng)了ABAQUS的功能，使得用戶可以根據(jù)需要選擇不同的模塊進(jìn)行仿真。

ABAQUS廣泛應(yīng)用于汽車、能源、電子、建筑等多個(gè)領(lǐng)域。比如，在汽車工業(yè)中，ABAQUS可用于汽車碰撞仿真、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和耐久性分析；在航空航天領(lǐng)域，ABAQUS可用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)分析和飛行動(dòng)力學(xué)仿真；在能源領(lǐng)域，ABAQUS可用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和太陽(yáng)能電池板的性能分析和優(yōu)化。

2 ABAQUS 分析步驟

前處理、分析計(jì)算和后處理是有限元分析的 3 個(gè)步驟。這 3 個(gè)步驟在 ABAQUS 中的實(shí)現(xiàn)方法介紹如下。

前處理階段的中心任務(wù)是定義物理問題的模型，并生成相應(yīng)的 ABAQUS 輸入文件。ABAQUS/CAE 是完整的 ABAQUS 運(yùn)行環(huán)境，可以生成 ABAQUS 的模型，使用交互式的界面提交和監(jiān)控分析作業(yè)， 最后顯示分析結(jié)果。ABAQUS/CAE 分為若干個(gè)模塊，每個(gè)模塊都用于完成模擬過程中的一個(gè)方面的 工作，例如定義幾何形狀、材料性質(zhì)、載荷和邊界條件等。建模完成之后，ABAQUS/CAE 可以生成 ABAQUS 輸入文件，提交給 ABAQUS/Standard 或 ABAQUS/Explicit。讀者也可以使用其他的前處理器，如 MSC.PATRAN、Hypermesh 等來創(chuàng)建模型，但是 ABAQUS 的很多功能（如定義面、接觸對(duì)、連接器等）只有 ABAQUS/CAE 才支持。因而建議讀者使用 ABAQUS/CAE 作為前處理器。

在這個(gè)階段中，使用 ABAQUS/Standard 或者 ABAQUS/Explicit 求解輸入文件中所定義的數(shù)值模型，計(jì)算過程通常在后臺(tái)運(yùn)行，分析結(jié)果以二進(jìn)制的形式保存起來，以用于后處理過程。完成一個(gè)求 解過程所花費(fèi)的時(shí)間由問題的復(fù)雜程度和計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力等因素決定。

ABAQUS/CAE 的后處理部分又叫作 ABAQUS/Viewer，可以用來讀入分析結(jié)果數(shù)據(jù)，以多種方 法顯示分析結(jié)果，包括動(dòng)畫、彩色云紋圖、變形圖和 XY 曲線圖等。

一般來說，首先在 Part 模塊中創(chuàng)建部件（有時(shí)需要與 Assembly 模塊配合使用），之后在 Assembly 模塊中進(jìn)行部件的裝配。ABAQUS 可以在裝配件和分析步的基礎(chǔ)上，在Interaction（相互作用）模塊中定義相互作用、約束或連接器以及在 Load（載荷）模塊中定義載荷、邊界條件、預(yù)定義場(chǎng)等，這兩個(gè)模塊通常沒有先 后順序的要求。在進(jìn)入Interaction模塊和 Load 模塊之前的任何時(shí)候，都可以在分析步模塊中定義分析步和變量 輸出要求；在創(chuàng)建 Part 模塊后，創(chuàng)建 Job（作業(yè)）模塊之前的任何時(shí)候，都可以進(jìn)入 Property（屬性） 模塊進(jìn)行材料和截面屬性的設(shè)置。如果在 Assembly 模塊中創(chuàng)建的是非獨(dú)立實(shí)體，則用戶可以在創(chuàng)建 Part 模塊后，創(chuàng)建 Job 模塊之 前的任何時(shí)候，在Mesh模塊中對(duì)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分；如果在Assembly模塊中創(chuàng)建的是獨(dú)立實(shí)體，則用戶可以在創(chuàng)建 Assembly 模塊后，創(chuàng)建 Job 模塊之前的任何時(shí)候，在 Mesh 模塊中對(duì)裝配件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

ABAQUS的模塊自動(dòng)可以選擇是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的操作，它能從幾何學(xué)數(shù)學(xué)模型中自動(dòng)選取所需要的模塊。該機(jī)能使使用者能更容易地定義和建立幾何學(xué)數(shù)學(xué)模型，并用來分析各種繁雜結(jié)構(gòu)。

ABAQUS模塊自動(dòng)可以選擇機(jī)能與其他最優(yōu)化應(yīng)用軟件相同，只是它對(duì)所可以選擇的模塊類別展開了區(qū)分。它能自動(dòng)識(shí)別出相同類別的模塊，如剛體、虛擬、纖維和點(diǎn)等。該機(jī)能大大簡(jiǎn)化了使用者在建立幾何學(xué)數(shù)學(xué)模型時(shí)所面臨的排序難題，并為使用者提供更多了一個(gè)良好的分析環(huán)境。

ABAQUS中結(jié)點(diǎn)的自動(dòng)可以選擇是通過四種類別的結(jié)點(diǎn)來同時(shí)實(shí)現(xiàn)的，這四種類別分別是結(jié)點(diǎn)類別、結(jié)點(diǎn)變量和結(jié)點(diǎn)靈活性。其中，結(jié)點(diǎn)類別包括線模塊、殼模塊和虛擬模塊；結(jié)點(diǎn)變量包括結(jié)點(diǎn)的靈活性、耐用性行列式、坐標(biāo)行列式和坐標(biāo)軸，此外它也是我們分析進(jìn)程中經(jīng)常用到的變量；結(jié)點(diǎn)靈活性指的是分析數(shù)學(xué)模型中有幾個(gè)靈活性，而在 ABAQUS中，這幾個(gè)靈活性被統(tǒng)一在一個(gè)坐標(biāo)系中。

在 ABAQUS中，使用者能對(duì)結(jié)點(diǎn)類別展開可以選擇，也能對(duì)結(jié)點(diǎn)變量展開可以選擇，此外還能根據(jù)分析進(jìn)程的需要而自動(dòng)地可以選擇結(jié)點(diǎn)的靈活性和耐用性行列式。另外，使用者還能可以選擇將指定的模塊類別與相同類別的結(jié)點(diǎn)聯(lián)合起來建立更繁雜的模塊。

在接觸流體力學(xué)分析中， ABAQUS提供更多了接觸力的排序，這是其他最優(yōu)化應(yīng)用軟件所不具備的。

分層分割是最優(yōu)化分析中最為關(guān)鍵的一環(huán)，它直接影響到分析的排序精度。ABAQUS提供更多了多種分層分割方法，如虛擬模塊、正方形模塊、四面體模塊等。

其中，正方形模塊與正方形模塊是最為常用的分層分割方法。由于幾何學(xué)花紋不規(guī)則，能將分層分割成等間距的正方形、正方形、五邊形、六邊形等。在三維實(shí)體模型中，采用五面體分層分割形式能將繁雜的三維實(shí)體模型分割成相同大小和花紋的最優(yōu)化模塊，并利用其展開最優(yōu)化分析。

利用這種分層分割形式能將繁雜的三維實(shí)體模型分割成若干個(gè)正方形或正方形等五面體分層。在分析進(jìn)程中，還能對(duì)分層展開自動(dòng)優(yōu)化。

ABAQUS的多物理學(xué)場(chǎng)耦合模塊能對(duì)材料的流體力學(xué)性質(zhì)（彈性、塑性、斷裂等）、熱學(xué)性質(zhì)（傳熱、相變、過熱等）展開演示。

如果對(duì)難題解采用次序耦合形式， ABAQUS也能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)難題的次序解，這使得對(duì)于多物理學(xué)場(chǎng)耦合難題的解具有極大的靈活性。此外， ABAQUS也能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多物理學(xué)場(chǎng)的此外解。

這樣對(duì)于繁雜工程難題， ABAQUS就能展開多物理學(xué)場(chǎng)聯(lián)合解，從而獲得更為精確的結(jié)果。