Abaqus實務攻略－入門必備

◎Abaqus最新版本詳細介紹及使用說明，最新資訊絕不落下。
◎前NASA資深研究工程師、國立大學土木系教授聯合推薦。
◎由淺入深，即便讀者從未接觸，遵循本書指示也可逐漸熟稔Abaqus的使用方法。

Abaqus是一套採用有限元素方法、功能強大的工程分析軟體，可以解決從簡單的線性分析到極具挑戰性的非線性分析等各種問題。
Abaqus具備十分豐富的元素庫，可以虛擬模擬任意的幾何體。
Abaqus也具有相當豐富的材料模型庫，可以模擬大多數常見工程材料的性質，包括金屬、橡膠、聚合物、複合材料、鋼筋混凝土、可壓縮的彈性泡沫，以及大地材料，例如土壤和岩石等。
作為一個通用的模擬工具，Abaqus不僅能夠用於結構分析(應力位移)問題，還能用在熱傳導、質量擴散、電子元件的熱控制(熱一電耦合分析)、聲學、土壤力學(滲流－應力耦合分析)、壓電分析、電磁分析和流體力學等各種領域。
Abaqus提供強大的功能，應用於線性跟非線性。透過對每個構件定義合適的材料模型，以及構件之間的交互作用，與實際幾何情況連結，以模擬多個構件的問題。在非線性分析中，Abaqus能自動選擇適當的力量增量和收斂容許值，在分析過程中不斷地調整這些參數，確保獲得精確的解答。
本書從Abaqus的概略介紹由淺入深，即便讀者從未接觸過Abaqus，遵循本書一步步的指示也可逐漸熟稔Abaqus的使用方法。
每個章節以及附錄都介紹關於Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit 一個或多個的主題。大部分的章節包含該主題的簡短討論或是正考慮的主題以及一到兩個自學範例，其中更包含許多使用Abaqus的實務建議，幫助你快速上手。

這是一本不可多得的好書，豐富的內容與詳盡的說明，配合Abaqus程式的執行，相信能讓讀者以最快的速度駕輕就熟。此外原廠提供之軟體光碟片中所附之線上手冊（Online Documentations）包含Abaqus Theory Manual，對有限元素法之理論多所著墨，亦可做為一本非常好的教科書及參考書。
國立成功大學土木系　胡宣德 教授


這本書曾很有效地引導我進入Abaqus領域，所以在此毫無保留地向你推薦，Enjoy!

前NASA資深研究工程師
國立成功大學航空太空工程研究所　許書淵 助理教授

推薦序1

有限元素法發展於1960和1970年代，至1980年代更臻成熟後，大型商業套裝有限元素軟體於焉逐漸成形。筆者初次接觸Abaqus有限元素軟體，是1988年在美國伊利諾大學香檳校區的國家複合材料中心（National Center for Composite Materials Research, University of Illinois at Urbana - Champaign）擔任博士後研究員時；當時該中心接到美國海軍研究部門（Office of Naval Research）的研究計畫，從事複合材料的研發工作。而美國海軍研究部門指定採用Abaqus軟體做為數值分析的工具，主因即是Abaqus是當時功能最強且廣泛的有限元素軟體，尤其是處理幾何非線性及材料非線性問題之能力。
筆者當時剛獲得土木工程博士學位，論文內容是研究鋼筋混凝土的非線性行為，自覺對用Newton-Raphson法解非線性問題小有心得；當時求解非線性問題最好的Riks法（或稱Arc-Length法）發表不久，在商業套裝軟體的應用上付之闕如，研究員大多自力撰寫Riks法的程式做分析，而Abaqus是最先納入Riks法的商業套裝軟體。一般常見結構的幾何非線性問題如梁、板及殼的後挫屈現像（Post Buckling），使用Abaqus中的Riks法，可輕而易舉的得到完整的力與變位曲線，徹底解決Newton-Raphson法中跳躍（Snap through）且不穩定之狀況，排除只能得到部份力與變位曲線的缺失。除幾何非線性外，Abaqus軟體亦有完善的非線性材料模型，可以模擬韌性材料如金屬、脆性材料如混凝土、疊層材料如纖維加勁複合材料、…等工程上常見的材料。即便使用者需分析非常特殊的材料，不在Abaqus軟體的材料模型中，使用者亦可撰寫模擬特殊材料行為之FOTRAN副程式，並與Abaqus主程式聯結，從事後續分析，非常容易上手。
經過30多年的發展，Abaqus從不易使用的指令輸入模式，逐漸改善為使用者操作簡易的視窗輸入模式，並包含強大的Abaqus/CAE前、後處理器，方便使用者能夠以圖像的方式，迅速判斷分析結果之合理性。因此Abaqus至今已成為世界上最完善、功能最強且廣泛應用的有限元素軟體。在任何一個需要精確的分析結果或處理困難工程問題的地方，就一定會看到Abaqus軟體的應用。目前無論從事土木、機械、造船、航太、醫工、電子或奈米科技等行業，研究所畢業的學生必須具備的基本訓練之一就是「有限元素法」。筆者自1992年至成功大學土木系任教迄今將近三十年，不論開授「有限元素法」或「電腦輔助結構分析」等課程，皆以Abaqus軟體為輔助教學工具，教導研究生使用Abaqus分析工程上常見的問題，將理論實務化與應用化，俾益學生畢業後即可與未來的工作無縫接軌。
Abaqus的內容廣闊，所能處理的學問題非常多，讓大多數的學生、工程師或研究人員初接觸時不知從何處著手。2013年士盟科技公司出版的「最新Abaqus實務入門」是翻譯自Getting Started with Abaqus，以Abaqus 2012年版為基礎編輯而成，提供新使用者一本非常實用的入門書。然而Abaqus版本年年更新，日新月異，故士盟科技依據Abaqus 2019年版，再次編輯出新版實務入門，使讀者能知曉最新的資訊。這是一本不可多得的好書，豐富的內容與詳盡的說明，配合Abaqus程式的執行，相信能讓讀者以最快的速度駕輕就熟。此外原廠提供之軟體光碟片中所附之線上手冊（Online Documentations）包含Abaqus Theory Manual，對有限元素法之理論多所著墨，亦可做為一本非常好的教科書及參考書。

成功大學土木系
胡宣德 教授
2020年1月

推薦序2

某一天我收到士盟科技蔡協理的邀請，為本書撰寫序文，在那個當下我幾乎毫無考慮就答應了，因為我的動機很快就浮現──Abaqus是第一流的FEA套裝軟體。當年，我即是由“Getting Started with Abaqus"這本書開始學習使用Abaqus，並且效果很好。
數十年前，Abaqus起源於Brown University的非線性固體力學的一群專家；Brown University在力學領域的名望是世界一流的，而且超越半個世紀。Abaqus的非線性功能被美國的產、研、學界中所有最重要的成員所信任選用，我個人認為有兩件主要因素：1.長久一貫軟體製作發展的嚴謹度；2.引用計算力學的新進展。
在CAE業界裏，同時要做到這兩件事是很不容易的。由此衍發出一個很有趣的現象，便是那些具有指標性的使用者與Abaqus製作發展、客服支援團隊之間的密切良性互動，這衍然形成一種很棒的文化；就以我的工作經驗來說，NASA數十年持續地投入可觀資源去驗證Abaqus，而Abaqus也時時引用NASA及其外圍組織的研發成果。另外，Abaqus的理論文檔之詳盡、嚴謹、和適時更新亦是一明顯例證。讀者們若有機會瀏覽該文檔，即便看出在CAE界中投入這樣的工夫幾可謂絕無僅有乎！
過去我與Abaqus的developers, application engineers, instructors有多次互動，包括在其位於Providence的總部大樓內的會議。回到台灣後，士盟科技的CAE團隊也同樣地給我嚴謹、精確的印象。編譯一本高等工程用書確需要優良人力素質與企業文化。
 
這本書曾很有效地引導我進入Abaqus領域，所以在此毫無保留地向你推薦，Enjoy!

國立成功大學航空太空工程研究所
許書淵 助理教授
NASA資深研究工程師(已退休)
【作者序】
Abaqus軟體在台灣已推展了三十多年了，從一開始僅僅幾個大型公司及政府研發單位開始使用，到現在在市面上已具有相當的知名度，可想見其強大的分析能力，及結果的穩定性與精確度，是深得大家的認同及肯定。
Abaqus軟體的訓練教材一直以來受到客戶所稱讚，但都是以原文來呈現，需要花費許多時間和功夫學習。2008年我們曾經將入門的 ”Getting Started with Abaqus“這本書翻譯成中文出版；2014年時根據Abaqus 6.12 版本，也經過一次改版；但是多年來Abaqus軟體的功能增加許多，基於此原因，士盟科技特別重新根據最新版本Abaqus 2019，再次翻譯、更新並重新出版，希望藉此讓更多的讀者能透過本書沉浸到Abaqus的世界裡。
本書是Abaqus軟體初學者的入門教材，結合有限元素基本原理及數值分析方法，透過一系列的例題說明，介紹如何透過Abaqus軟體來解決工程上的問題，非常適合藉以幫助工程師應用CAE軟體解決其工作上結構力學問題，更甚至作為工學院學生學習CAE軟體最佳的學習工具，本書也是學校老師作為教授有限元素分析軟體最佳的教材，非常高興能夠將此書推薦給大家。

士盟科技股份有限公司
總經理　張士為

推薦序／胡宣德　老師
推薦序／許書淵　老師
序／張士為　總經理

第1章　簡　介
1.1　Abaqus產品
1.2　Abaqus入門指南
1.2.1 如何使用本書
1.2.2 本書中的規定
1.2.3 滑鼠的基本操作
1.3　Abaqus線上使用手冊
1.4　使用輔助
1.5　售後服務
1.5.1 技術支援
1.5.2 系統支援
1.5.3 學術研究機構的支援
1.6　快速回顧有限元素法
1.6.1 使用隱式方法求解節點位移
1.6.2 應力波傳遞的描述

第2章　Abaqus基礎
2.1　Abaqus分析模型的組成
2.2　Abaqus/CAE簡介
2.2.1 啟動Abaqus/CAE
2.2.2 主視窗的組成部分
2.2.3 何謂功能模組
2.2.4 何謂模型樹
2.3　例題：用Abaqus/CAE產生天車模型
2.3.1 單　位
2.3.2 建立零件
2.3.3 建立材料
2.3.4 定義和指定截面性質
2.3.5 定義組裝
2.3.6 建構讀者的分析
2.3.7 在模型上施加邊界條件和負載
2.3.8 模型的網格分割
2.3.9 建立一個分析作業
2.3.10 檢查模型
2.3.11 執行分析
2.3.12 用Abaqus/CAE進行後處理
2.3.13 使用Abaqus/Explicit重新執行分析
2.3.14 對動態分析的結果進行後處理
2.4　比較隱式與顯式程序
2.4.1 在隱式和顯式分析之間選擇
2.4.2 網格加密在隱式和顯式分析中的計算成本
2.5　小　結

第3章　有限元素和剛體
3.1　有限元素
3.1.1 元素的表徵
3.1.2 實體元素
3.1.3 殼元素
3.1.4 樑元素
3.1.5 桁架元素
3.2　剛體
3.2.1 決定何時使用剛體
3.2.2 剛體零件
3.2.3 剛體元素
3.3　小　結

第4章　應用實體元素
4.1　元素的數學式和積分
4.1.1 全積分
4.1.2 減積分
4.1.3 不相容元素
4.1.4 混合元素
4.2　選擇實體元素
4.3　例題：連接環
4.3.1 前處理－應用Abaqus/CAE建立模型
4.3.2 後處理－結果視覺化
4.3.3 用Abaqus/Explicit重新進行分析
4.3.4 後處理動態分析結果
4.4　網格收斂性
4.5　相關的Abaqus例題
4.6　建議閱讀之參考文獻
4.7　小　結

第5章　應用殼元素
5.1　元素幾何
5.1.1 殼厚度和截面點(Section Points)
5.1.2 殼法線和殼面
5.1.3 殼的初始曲率
5.1.4 參考面的偏置
5.2　殼體數學式－厚殼或薄殼
5.3　殼的材料方向
5.3.1 預設的局部材料方向
5.3.2 建立其他的材料方向
5.4　選擇殼元素
5.5　例題：斜板
5.5.1 前處理－用Abaqus/CAE建立模型
5.5.2 後處理
5.6　相關的Abaqus例題
5.7　建議閱讀之參考文獻
5.8　小　結

第6章　應用樑元素
6.1　樑橫截面幾何
6.1.1 截面點
6.1.2 橫截面方向
6.1.3 樑元素曲率
6.1.4 樑截面的節點偏置
6.2　數學式和積分
6.2.1 剪力變形
6.2.2 扭轉響應－翹曲
6.3　選擇樑元素
6.4　例題：貨物吊車
6.4.1 前處理－應用Abaqus/CAE建立模型
6.4.2 後處理
6.5　相關的Abaqus例題
6.6　建議閱讀之參考文獻
6.7　小　結

第7章　線性動態分析
7.1　引　言
7.1.1 自然頻率和模態形狀
7.1.2 模態疊加
7.2　阻　尼
7.2.1 在Abaqus/Standard中阻尼的定義
7.2.2 選擇阻尼值
7.3　元素選擇
7.4　動態問題的網格分割
7.5　例題：貨物吊車－動態負載
7.5.1 修改模型
7.5.2 結　果
7.5.3 後處理
7.6　模態數量的影響
7.7　阻尼的影響
7.8　與直接時間積分的比較
7.9　其他的動態程序
7.9.1 線性模態法的動態分析
7.9.2 非線性動態分析
7.10　相關的Abaqus例題
7.11　建議閱讀之參考文獻
7.12　小　結

第8章　非線性
8.1　非線性的來源
8.1.1 材料非線性
8.1.2 邊界非線性
8.1.3 幾何非線性
8.2　非線性問題的求解
8.2.1 分析步、增量步和疊代步
8.2.2 Abaqus/Standard中的平衡疊代和收斂
8.2.3 Abaqus/Standard中的自動增量控制
8.3　在Abaqus分析中包含非線性
8.3.1 幾何非線性
8.3.2 材料非線性
8.3.3 邊界非線性
8.4　例題：非線性斜板
8.4.1 修改模型
8.4.2 作業診斷(Job Diagnostics)
8.4.3 後處理
8.4.4 用Abaqus/Explicit運算分析
8.5　相關的Abaqus例題
8.6　建議閱讀之參考文獻
8.7　小　結

第9章　顯式非線性動態分析
9.1　Abaqus/Explicit適用的問題類型
9.2　有限元素方法動態顯式分析
9.2.1 顯式時間積分
9.2.2 比較隱式和顯式時間積分程序
9.2.3 顯式時間積分方法的優越性
9.3　自動時間增量和穩定性
9.3.1 顯式方法的條件穩定性
9.3.2 穩定性限制的定義
9.3.3 在Abaqus/Explicit中的完全自動時間增量與固定時間
增量
9.3.4 質量縮放以控制時間增量
9.3.5 材料對穩定性的影響
9.3.6 網格對穩定性的影響
9.3.7 數值不穩定性
9.4　例題：在棒中的應力波傳遞
9.4.1 前處理－用Abaqus/CAE建立模型
9.4.2 後處理
9.4.3 網格對穩定時間增量和CPU時間的影響
9.4.4 材料對穩定時間增量和CPU時間的影響
9.5　動態振盪的阻尼
9.5.1 體黏性(Bulk viscosity)
9.5.2 黏性壓力
9.5.3 材料阻尼
9.5.4 離散減振器
9.6　能量平衡
9.6.1 能量平衡的敘述
9.6.2 能量平衡的輸出
9.7　小　結

第10章　材　料
10.1 在Abaqus中定義材料
10.2 延性金屬的塑性
10.2.1 延性金屬的塑性性質
10.2.2 有限變形的應力和應變的測量
10.2.3 在Abaqus中定義塑性
10.3 彈－塑性問題的元素選取
10.4 例題：連接環的塑性
10.4.1 修改模型
10.4.2 作業監控和診斷
10.4.3 對結果進行後處理
10.4.4 在材料模型中加入硬化特性
10.4.5 具塑性硬化的分析
10.4.6 對結果進行後處理
10.5 例題：加強板承受爆炸負載
10.5.1 前處理－用Abaqus/CAE建立模型
10.5.2 後處理
10.5.3 關於分析的回顧
10.6 超彈性(Hyperelasticity)
10.6.1 引　言
10.6.2 可壓縮性
10.6.3 應變勢能
10.6.4 使用實驗數據定義超彈性行為
10.7 例題：軸對稱支座
10.7.1 對稱性
10.7.2 前處理－使用Abaqus/CAE建立模型
10.7.3 後處理
10.8 大變形量之網格設計
10.9 減少體積自鎖的技術
10.10 相關的Abaqus例題
10.11 建議閱讀之參考文獻
10.12 小　結

第11章　多步驟分析
11.1　一般分析過程
11.1.1 在一般分析步中的時間
11.1.2 在一般分析步中指定負載
11.2　線性擾動分析
11.2.1 在線性擾動分析步中的時間
11.2.2 在線性擾動分析步中指定負載
11.3　例題：管道系統的振動
11.3.1 前處理－用Abaqus/CAE建立模型
11.3.2 對作業的監控
11.3.3 後處理
11.4　重啟動分析
11.4.1 重啟動和狀態檔案
11.4.2 重啟動一個分析
11.5　例題：重啟動管道的振動分析
11.5.1 建立一個重啟動分析模型
11.5.2 監控作業
11.5.3 對重啟動分析的結果做後處理
11.6　相關的Abaqus例題
11.7　小　結

第12章　接　觸
12.1 Abaqus接觸功能概述
12.2 定義接觸面(Surface)
12.3 接觸面間的交互作用
12.3.1 接觸面的法向行為
12.3.2 表面的滑動
12.3.3 摩擦模型
12.3.4 其他接觸交互作用選項
12.3.5 基於表面的約束
12.4 在Abaqus/Standard中定義接觸
12.4.1 接觸交互作用
12.4.2 從屬(Slave)和主控(Master)表面
12.4.3 小滑動與有限滑動
12.4.4 元素選擇
12.4.5 接觸演算法
12.5 在Abaqus/Standard中的剛體表面模擬問題
12.6 Abaqus/Standard例題：凹槽成型
12.6.1 前處理－用Abaqus/CAE建模
12.6.2 監視作業
12.6.3 Abaqus/Standard接觸分析的故障檢測
12.6.4 後處理
12.7 Abaqus/Standard的通用接觸
12.8 Abaqus/Standard 3-D範例：在鉚接處施加剪力
12.8.1 前處理一以Abaqus/CAE產生模型
12.8.2 後處理
12.9 在Abaqus/Explicit中定義接觸
12.9.1 Abaqus/Explicit的接觸公式
12.10　Abaqus/Explicit建模之考量
12.10.1 正確的定義表面
12.10.2 模型的過約束
12.10.3 網格細化
12.10.4 初始過盈接觸
12.11 Abaqus/Explicit例題：電路板落下試驗
12.11.1 前處理－Abaqus/CAE建模
12.11.2 後處理
12.11.3 用輸出過濾功能再執行一次分析
12.12 Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit的比較
12.13 相關的Abaqus例題
12.14 建議閱讀之參考文獻
12.15 小　結

第13章　Abaqus/Explicit 準靜態分析
13.1　顯式動態問題模擬
13.2　負載速率
13.2.1 平滑幅值曲線
13.2.2 結構問題
13.2.3 金屬成型問題
13.3　質量放大
13.4　能量守衡
13.5　例題：Abaqus/Explicit凹槽成型
13.5.1 前處理－用Abaqus/Explicit重新運算模型 1
13.5.2 成型分析－嘗試
13.5.3 兩次成型嘗試的討論
13.5.4 加速分析的方法
13.5.5 Abaqus/Standard的回彈分析
13.6　小　結

附錄A　計算範例檔
A.1 天車
A.2 連接環
A.3 斜板
A.4 貨物吊車
A.5 貨物吊車－動態載荷
A.6 非線性斜板
A.7 在棒中的應力波傳播
A.8 連接環的塑性
A.9 加強板承受爆炸載荷
A.10 軸對稱支座
A.11 管道系統的振動
A.12 凹槽成型
A.13 電路板落下試驗

附錄B　在Abaqus/CAE中建立與分析一個
簡單的模型
B.1 了解Abaqus/CAE模組
B.2 了解模型樹
B.3 建立零件
B.4 建立材料
B.5 定義與指定截面性質
B.5.1 定義均質實體截面
B.5.2 指定懸臂樑的截面性質
B.6 組裝模型
B.7 定義分析步
B.7.1 建立分析步
B.7.2 設定輸出參數
B.8 施加模型的邊界條件與負載
B.8.1 施加一個邊界條件在懸臂樑的一端
B.8.2 施加負載在懸臂樑頂部
B.9 網格模型
B.9.1 指定網格控制
B.9.2 指定Abaqus的元素類型
B.9.3 建立網格
B.10 建立分析作業與提交分析
B.11 檢視分析的結果
B.12 小結

附錄C　在Abaqus/CAE中使用額外的技巧
來建立和分析模型
C.1 總覽
C.2 建立第一個鉸鍊
C.2.1 建立方塊
C.2.2 於基礎特徵上加入凸緣
C.2.3 修改特徵
C.2.4 建立草圖平面
C.2.5 繪製潤滑孔
C.3 指定鉸鏈零件的截面性質
C.3.1 建立材料
C.3.2 定義截面
C.3.3 指定截面
C.4 建立及修改第二個鉸鏈零件
C.4.1 複製鉸鏈
C.4.2 修改複製的鉸鏈
C.5 建立插銷
C.5.1 建立插銷
C.5.2 指定剛體參考點
C.6 組裝模型
C.6.1 建立零件的組成件
C.6.2 建立實心鉸鏈組成件
C.6.3 定位實心鉸鏈組成件
C.6.4 建立及定位插銷的組成件
C.7 定義分析步
C.7.1 建立分析步
C.7.2 要求變數輸出
C.7.3 監控選擇的自由度
C.8 建立用於接觸交互作用的面集合
C.8.1 指定插銷的面集合
C.8.2 指定鉸鏈的面集合
C.9 定義模型區域之間的接觸
C.9.1 建立交互作用性質
C.9.2 建立交互作用
C.10 指定邊界條件及負載於組裝
C.10.1 拘束含潤滑孔的鉸鏈
C.10.2 拘束插銷
C.10.3 修改插銷上的邊界條件
C.10.4 拘束實心鉸鏈
C.10.5 指定負載於實心鉸鏈
C.11 組裝的網格分割
C.11.1 決定何處必須分割
C.11.2 分割含潤滑孔的凸緣
C.11.3 指定網格控制
C.11.4 指定Abaqus的元素類型
C.11.5 舖上組成件種子
C.11.6 建立組裝的網格
C.12 建立分析作業與提交分析
C.13 檢視分析的結果
C.13.1 顯示及客製化分布雲圖
C.13.2 使用顯示群組
C.14 小結
附錄D　從分析裡查看輸出
D.1 綜覽
D.2 在輸出資料庫檔裡有甚麼輸出變數？
D.3 讀取輸出資料庫檔
D.4 客製化模型圖
D.4.1 客製化模型圖
D.5 顯示變形圖
D.5.1 顯示變形圖
D.5.2 將未變形圖疊加在變形圖上
D.6 顯示並客製化分布雲圖
D.6.1 顯示分布雲圖
D.6.2 選擇變數繪圖
D.6.3 客製化分布雲圖
D.7 分布雲圖的動畫
D.8 顯示並客製化向量圖
D.8.1 顯示向量圖
D.8.2 客製化向量圖
D.9 顯示並客製化材料方向圖
D.9.1 顯示材料方向圖
D.9.2 客製化材料方向圖
D.10 顯示並客製化XY圖
D.10.1 顯示XY圖
D.10.2 客製化XY圖
D.11 對現有的XY圖生成新的XY圖
D.11.1 建立應力對時間以及應變對時間的資料
D.11.2 合併資料
D.11.3 繪製與客製化應力應變曲線
D.12 查詢XY圖
D.13 顯示沿著路徑上的結果
D.13.1 建立一組節點的路徑
D.13.2 顯示節點路徑上的結果
D.14 總結

CHAPTER 1
1.1　Abaqus產品
Abaqus分成三個主要的分析模組︰Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit和Abaqus/CFD。許多外掛模組進一步擴展Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit分析能力。Abaqus/Aqua可與Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit搭配使用。Abaqus/Design以及Abaqus/AMS與Abaqus/Standard搭配。Abaqus/Foundation是Abaqus/Standard選配的子模組。Abaqus/CAE是整合的Abaqus工作環境，包括了Abaqus模型的建模、互動式提交作業和監控運算過程、以及結果評估等能力。Abaqus/Viewer是Abaqus/CAE的子模組，僅包括後處理功能。另外，Abaqus也有為MOLDFLOW和MSC.ADAMS提供的MOLDFLOW介面和ADAMS/Flex介面。Abaqus也提供轉譯器，可將外部CAD系統的幾何轉換成Abaqus/CAE的模型，將外部前處理器的輸入檔轉入Abaqus分析，將Abaqus分析的結果檔轉成外部後處理器。這些模組之間的關係見圖1-1。

Abaqus/Standard
Abaqus/Standard是一個通用分析模組，它能夠求解各種領域的線性和非線性問題，包括構件的靜力、動力、熱、電和電磁組件反應問題，這個模組將在本書中詳細討論。
Abaqus/Standard在每個增量中，用隱式方法求解系統方程式。相反地，Abaqus/Explicit以微小的時間增量逐步推進，不是在每個增量求解一個耦合的系統方程式(或是組成全域勁度矩陣)。
Abaqus/Explicit
Abaqus/Explicit是一個具有專門用途的分析模組，採用顯式動態動力學有限元素數學式，適用於分析短暫、瞬時的動態事件，如衝擊和爆炸問題，此外，也能有效地用在涉及改變接觸條件的高度非線性問題，例如成型模擬。這個模組將在本書中詳細討論。

Abaqus/CFD
Abaqus/CFD是一個計算流體動力學分析產品，它可以解決廣泛的不可壓縮流問題，包括層流和紊流，熱對流，以及變形網路的問題。Abaqus/CFD不在本書討論範圍。

Abaqus/CAE
Abaqus/CAE(Complete Abaqus Environment)是Abaqus的互動式圖形介面。透過產生或匯入將要分析結構的幾何形狀，並將其分割為可網格離散化的若干區域，方便快速建立模型。然後對產生的幾何體賦于物理和材料特性、負載以及邊界條件。Abaqus/CAE包括對幾何體劃分網格的強大功能，檢驗所形成的分析模型。一旦完成建模後，Abaqus/CAE可以提交、監視和控制分析作業。視覺化後處理模組可用來判讀結果。本書將討論Abaqus/CAE。

Abaqus/Viewer
Abaqus/Viewer是Abaqus/CAE的子模組，只包含視覺化後處理模組的功能。在本書中對視覺化後處理模組的討論都適用於Abaqus/Viewer。

Abaqus/Aqua
Abaqus/Aqua是一套選擇性模組，可以附加到Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit模組。用於離岸結構的模擬，如鑽油平台。其他選擇性的功能包括分析波浪、風力及浮力的影響。Abaqus/Aqua不在本書討論範圍。

Abaqus/Design
Abaqus/Design是一套選擇性模組，可附加到Abaqus/Standard，進行設計敏感度的計算。Abaqus/Design不在本書討論範圍。

Abaqus/AMS
Abaqus/AMS已是Abaqus/Standard當中內建的功能。在求取自然頻率中，使用自動多層級副結構特徵值求解器(AMS)。Abaqus/AMS不在本書討論範圍。

Abaqus的Moldflow介面
Abaqus的Moldflow介面將Moldflow分析軟體中的有限元素模型資訊轉成Abaqus輸入檔的一部分。Abaqus的Moldflow介面不在本書討論範圍。

Abaqus的MSC.ADAMS介面
Abaqus的MSC.ADAMS介面允許Abaqus有限元素模型作為柔性零件輸入到MSC.ADAMS系列產品中。這個介面是基於ADAMS/Flex的構件模態合成式。Abaqus的MSC.ADAMS介面不在本書討論範圍。

幾何轉譯器
Abaqus提供下列的同步介面，將外部CAD軟體的幾何特徵，轉成Abaqus/CAE的零件跟組裝：
• Abaqus/CAE的SIMULIA Associative Interface建立3D Experience Catia與Abaqus/CAE之間的連結，可讓讀者從3D Experience Catia到Abaqus/CAE，轉換模型資料以及傳遞設計變更。
• CATIA V5,6 Associative Interface建立CATIA V5與Abaqus/CAE之間的連結，可讓讀者從CATIA V5到Abaqus/CAE，轉換模型資料以及傳遞設計變更。
• SolidWorks Associative Interface建立SolidWorks與Abaqus/CAE之間的連結，可讓讀者從Solidworks到Abaqus/CAE，轉換模型資料以及傳遞設計變更。
• Creo Associative Interface建立Creo與Abaqus/CAE之間的連結，可讓讀者在Creo與Abaqus/CAE之間，轉換模型資料以及傳遞設計變更。

• Parasolid的Geometry Translator可將Parasolid格式的零件跟組裝幾何，直接匯入Abaqus/CAE中。
此外，NX的Abaqus/CAE Associative Interface建立NX與Abaqus/CAE之間的連結，可讓讀者在NX與Abaqus/CAE之間，轉換模型資料以及傳遞設計變更。該轉譯器可從Elysium公司（www.elysiuminc.com）購買與下載。
幾何轉譯器不在本書討論範圍內。

轉譯器功能
Abaqus提供下列轉譯器，將外部前處理器的物件轉入Abaqus的分析，或是將Abaqus分析的輸出轉成外部後處理器的物件：
• Abaqus fromansys將ANSYS 輸入檔轉成Abaqus輸入檔。
• Abaqus fromdyna將LS-DYNA輸入檔轉成Abaqus輸入檔。
• Abaqus fromnastran將NASTRAN bulk資料檔轉成Abaqus輸入檔。
• Abaqus frompamcrash可將 PAM-CRASH輸入檔轉成Abaqus輸入檔。
• Abaqus fromradioss可將 RADIOSS輸入檔轉成Abaqus輸入檔。
• Abaqus adams可將 Abaqus SIM資料庫檔案裡的結果轉成MSC.ADAMS模型的中立格式檔，只是此格式需透過ADAMS/Flex。

• Abaqus toexcite可將 Abaqus子結構SIM資料庫檔案裡的資料轉成EXCITE flexible body介面檔(.exb)。
• Abaqus tonastran將Abaqus輸入檔轉成NASTRAN bulk資料檔。
• Abaqus tooutput2可將Abaqus的輸出資料庫檔轉成NASTRAN output2檔案格式。
• Abaqus tosimpack可將 Abaqus子結構SIM資料庫檔案裡的資料轉成SIMPACK flexible body介面檔(.fbi)。
• Abaqus tozaero可在Abaqus跟ZAERO之間，進行氣動彈力學數據的轉換。
轉譯器功能不在本書討論範圍內。

1.2　Abaqus入門指南
本書介紹的內容是設計給新用戶的入門指南，使其能夠應用Abaqus/CAE產生實體、殼體、樑和桁架模型，以Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit分析這些模型，在視覺化後處理模組中觀察結果。即便建議使用者具備有限元素方法的基本知識，但無需任何Abaqus的基礎知識就可以從本書獲益。如果已經熟悉Abaqus求解模組(Abaqus/Standard或是Abaqus/Explicit)，希望進一步地了解Abaqus/CAE介面，在本書的附錄中，提供三本入門指導帶領讀者一窺Abaqus/CAE的模擬過程。
本書主要涵蓋應力/位移的模擬，著重於線性和非線性的靜態分析以及動態分析。其他類型的模擬，如熱傳以及質量擴散，不包含在內。

1.2.1 如何使用本書
本書中不同的章節是針對不同類型的使用者而撰寫。

新的Abaqus使用者
如果讀者從未接觸過Abaqus，建議遵循本書一步步的指示。本書的每個章節以及附錄都介紹關於Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit 一個或多個的主題。大部分的章節包含該主題的簡短討論或是正考慮的主題以及一到兩個自學範例，讀者應仔細的研讀範例，因為包含許多使用Abaqus的實務建議。
這些例子逐步地介紹Abaqus/CAE的功能，在此假設讀者將使用Abaqus/CAE來建立這些例子中的模型。讀者也可使用程序檔，重製一個問題的完整分析模型，來建立任意例子的模型。從程序檔建立的模型會與遵循本書步驟所建立的，稍微有些差異。這些微小差異可忽略，如材料的名稱或是節點數量。程序檔可由下列兩個來源得到：
• 在Appendix A，“計算範例檔”，中提供了每個範例的程序檔，在同個章節也會介紹如何在Abaqus/CAE中提取並執行程序檔。
• 在Abaqus/CAE外掛工具的Getting Started Examples對話框中，提供了每個範例的Abaqus/CAE外掛工具程序檔，請參閱線上手冊，並搜尋“Running the Getting Started with Abaqus examples,”。
本章簡介Abaqus以及本書。第2章“Abaqus基礎”將著重在一個簡單的例題，涵蓋使用Abaqus的基本知識。第2章結束，讀者將熟悉如何準備一個Abaqus模擬的模型、檢查資料、執行分析作業，以及觀看結果等基本概念。
第3章“有限元素和剛體”，簡介Abaqus中可使用的元素家族。第4章“應用實體元素”，第5章“應用殼元素”，和第6章“應用樑元素”，分別討論實體元素、殼元素與樑元素的使用。
第7章“線性動態分析”，討論線性動態分析。第8章“非線性”，一般性地介紹非線性的概念，特別是幾何非線性，包含第一個Abaqus非線性模擬。第9章“非線性顯式動力分析”，討論非線性的動態分析。第10章“材料”，介紹材料非線性。第11章“多步驟分析”，介紹多步驟模擬的概念。第12章“接觸”，探討接觸分析的諸多問題。第13章Abaqus/Explicit的擬靜態分析，說明將Abaqus/Explicit應用於求解擬靜態問題，用來說明的案例是一個板金成型模擬，需要Abaqus/Explicit以及Abaqus/Standard之間的分析結果匯入，有效地表現成形以及回彈的分析。
有經驗的Abaqus使用者
下列四個附錄將對已經熟悉Abaqus求解器的使用者，介紹Abaqus/CAE的操作介面。依照附錄B” 在Abaqus/CAE中建立與分析一個簡單的模型”，讀者建立一個模型、分析並檢視其結果＂。附錄C“於Abaqus/CAE中使用額外的技巧來建立和分析模型”的內容較複雜，將介紹如何同時使用零件、草圖、基準幾何以及分割等功能，以及如何組裝組成件。附錄D“從分析裡查看輸出”將介紹如何使用視覺化後處理模組(另外授權為Abaqus/Viewer)，以不同的形式來展現讀者的分析結果以及客製化這些形式。

1.3　Abaqus線上使用手冊
Abaqus的使用手冊內容豐富且完整。以下的線上手冊章節，均可透過Abaqus線上HTML使用手冊，請參閱手冊中的操作程序討論內容。

Analysis
本手冊包含了元素、材料模型、分析程序、輸入設定等內容的完整描述。這是一份Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit的基本使用手冊，而且提供Abaqus輸入檔以及Abaqus/CAE的使用資訊。本書經常提到Analysis的內容，因此當讀者練習例題時，應該隨手準備，以便查閱。

Abaqus/CAE
此手冊詳細說明了如何運用Abaqus/CAE產生模型、分析、結果評估和視覺化。此手冊中關於視覺化後處理模組的內容同樣適用於Abaqus/Viewer。

其它Abaqus線上手冊：
Example Problems
此手冊包含詳細的實例，被設計用來展示有意義的線性和非線性分析之方法和結果。許多例子會使用不同的元素種類、網格密度和其他不同的設定。典型的實例有︰彈塑性管撞擊剛性牆產生的大運動；薄壁彎管的非彈性挫曲崩塌；彈性粘塑性薄環承受爆炸負載；基礎下方的土壤壓密作用；帶孔洞複合材料殼的挫曲；以及金屬薄板的大變形拉伸。當遇到新的分析問題時，這本手冊當中相關的例題通常很有用，值得一再回顧。
當讀者想使用一個過去從未使用的功能時，應該要參考一個或多個使用該功能的例子。然後，透過這些例子，可使讀者熟悉如何正確地使用這種功能。為了搜尋使用特定功能的例子，搜索線上使用手冊或利用abaqus findkeyword功能(請參閱線上手冊，並搜尋” Querying the keyword/problem database”)
與這些例子有關的所有輸入檔案都已在Abaqus安裝時提供。Abaqus fetch功能是用來從最新版本所提供的壓縮文檔庫內，提取Abaqus範例輸入檔(請參閱線上手冊，並搜尋” Fetching sample input files”)。讀者可以提取任一個例題，自己執行模擬和觀察其結果。也可以透過Example Problems中的超連結進入該例題的輸入檔。

Benchmark
此手冊包含用於評估Abaqus性能的案例與分析；前述測試是透過簡單的幾何，或是簡化的真實案例來進行多種元素的測試。此手冊包含了NAFEMS評估案例。

Verification
此手冊包基本的測試案例，驗證程式對於精確計算以及其他產出結果的每個功能。執行這些問題有助於了解新功能的使用。此外，提供的輸入檔是一個檢查元素、材料等行為的好起點。

Theory
此手冊包括Abaqus所有理論方面詳盡而嚴謹的討論，其內容是為具有工程背景的用戶而寫的。

Keyword
此手冊提供Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit和Abaqus/CFD中全部輸入選項的完整描述。

User Subroutines
此手冊包含所有可用於Abaqus分析的副程式之完整說明。也討論編寫副程式時，可使用的各種程式。

Release Note
此手冊包含在Abaqus產品線的最新版本中，新增功能的簡要描述。

Installation and Licensing & Configuration
本章節詳述安裝Abaqus，以及如何依照特定的情形執行安裝。士盟科技的客戶可自行由官網下載安裝說明。

除了上述的使用手冊，以下提供Abaqus的介面資訊，以及本書沒有介紹的客製化程式編輯技巧：
• Scripting
• Scripting Reference
• GUI Toolkit
• GUI Toolkit Reference

Abaqus線上資源
SIMULIA的官網為https://www.3ds.com/products-services/simulia/，提供各種關於Abaqus程式的有用訊息，包括︰
• 常見問題。
• Abaqus系統訊息和電腦的硬體要求。
• 評估案例使用手冊。
• 出錯狀態報告。
• Abaqus使用手冊價格表。
• 訓練時程。
• 新聞、期刊。