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弹性力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS非线性分析入门

1弹性力学仿真软件：ABAQUS：ABAQUS非线性分析入门

1.1绪论

1.1.1非线性分析的定义与重要性

非线性分析是指在工程力学中，当结构的响应不再与施加的载荷成线性关

系时，所采用的分析方法。这种非线性可能源于材料的非线性行为、几何非线

性（大变形）或接触非线性。在实际工程中，许多结构在极端条件下或长时间

载荷作用下会表现出非线性特性，因此，非线性分析对于预测结构的真实行为

至关重要。

1.1.2ABAQUS软件简介

ABAQUS是一款广泛应用于工程领域的高级有限元分析软件，由Dassault

Systèmes公司开发。它能够处理复杂的非线性问题，包括材料非线性、几何非

线性和接触非线性。ABAQUS提供了丰富的单元类型、材料模型和求解算法，

使其成为进行非线性分析的首选工具。

1.1.3非线性分析类型概述

非线性分析主要分为以下几种类型：

1.材料非线性：当材料的应力-应变关系不再是线性时，需要进行材

料非线性分析。例如，塑性、蠕变和超弹性材料的分析。

2.几何非线性：当结构的变形足够大，以至于不能忽略变形对结构

刚度的影响时，需要进行几何非线性分析。这通常发生在大位移或大旋

转的情况下。

3.接触非线性：当两个或多个物体之间存在接触时，接触力和接触

区域的大小会随着物体的相对位置变化而变化，这种情况下需要进行接

触非线性分析。

1.2材料非线性分析

1.2.1原理

材料非线性分析基于材料的本构模型，这些模型描述了材料在不同应力状

态下的行为。ABAQUS提供了多种材料模型，如弹塑性模型、蠕变模型和超弹

性模型，以适应不同的工程需求。

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1.2.2示例：弹塑性材料模型

假设我们有一个简单的拉伸试验，需要分析一个钢制试样的非线性行为。

在ABAQUS中，我们可以定义一个弹塑性材料模型，如下所示：

#定义材料属性

material=session.Material(name=Steel)

material.Elastic(table=((200e9,0.3),))

material.Plastic(table=((235e6,0.0),(400e6,0.1),(500e6,0.2)))

#将材料属性应用到模型

part=mdb.models[Model-1].parts[Part-1]

part.Section(name=Section-1,material=Steel,thickness=None)

在这个例子中，我们首先定义了一个名为Steel的材料，其弹性模量为

200GPa，泊松比为0.3。然后，我们定义了弹塑性模型，其中给出了三个应力-

应变点，表示材料在不同应力下的塑性变形。最后，我们将这个材料属性应用

到模型的Part-1部分上。

1.3几何非线性分析

1.3.1原理

几何非线性分析考虑了结构变形对刚度矩阵的影响。在ABAQUS中，通过

选择适当的分析步和求解器选项，可以进行几何非线性分析。

1.3.2示例：大位移分析

考虑一个悬臂梁在端部受到较大的横向力，需要分析其大位移行为。在

ABAQUS中，我们可以通过设置分析步来实现几何非线性分析：

#创建分析步

step=mdb.models[Model-1].StaticStep(name=Step-1,previous=Initial)

step.setValues(maxNumInc=100,initialInc=0.1,minInc=0.01)

#设置求解器控制

step=mdb.models[Model-1].steps[Step-1]

step.setValues(solverControl=Default,nlgeom=ON)

在这个例子中，我们创建了一个名为Step-1的静态分析步，并设置了最大

增量数、初始增量和最小增量。然后，我们通过设置nlgeom=ON来激活几何非

线性分析。

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1.4接触非线性分析

1.4.1原理

接触非线性分析处理两个或多个物体之间的接触