ABAQUS单位系统:心中有“秤”

ABAQUS

ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件,其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。

ABAQUS拥有各种类型的材料模型库,可以模拟典型工程材料的性能,其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料,作为通用的模拟工具, ABAQUS 除了能解决大量结构(应力 / 位移)问题,还可以模拟其他工程领域的许多问题,例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析(流体渗透 / 应力耦合分析)及压电介质分析。

ABAQUS软件具有以下优势:

1)更多的单元种类,单元种类达433种,提供了更多的选择余地,并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结构外,可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为;

2)更多的材料模型,包括材料的本构关系和失效准则等,仅橡胶材料模型就达16种。除常规的金属材料外,还可以有效地模拟复合材料、土壤、塑性材料和高温蠕变材料等特殊材料;

3)更多的接触和连接类型,可以是硬接触或软接触,也可以是Hertz接触(小滑动接触)或有限滑动接触,还可以双面接触或自接触。接触面还可以考虑摩擦和阻尼的情况。上述选择提供了方便地模拟密封,挤压,铰连接等工程实际结构的手段;

4)ABAQUS的疲劳和断裂分析功能,概括了多种断裂失效准则,对分析断裂力学和裂纹扩展问题非常有效。

很多初学者会问,ABAQUS软件使用的是什么单位,计算结果怎么没有显示单位?

我们在操作ABAQUS时输入的也只是一个数值,自身是没有单位的。例如线段长度1,你可以说它长1毫米、1厘米、1米、甚至1光年。

ABAQUS没有固定的单位制,但你心里不能没有一杆秤,需要为各个量选择相匹配一套的单位。一般都是采用国际单位制,单位中的各个量要统一。

上表一列就是一套统一的单位,比如你将输入的数值“1”定义为1m,那么分析问题中的其他量,也要换算成这套单位,那力就是N,质量就是kg了。最后计算出的结果单位和所采用的单位制也是统一的。如果输入各个量纲的单位系统不统一,分析结果就会出现错误。

我们知道物理量可分为基本物理量和导出物理量,在结构和热计算中的基本物理量有:质量、长度、时间和温度。

导出物理量的种类很多,如面积、体积、速度、加速度、弹性模量、压力、应力、导热率、比热、热交换系数、能量、热量、功等等,都与基本物理量之间有确定的关系,换算即可。

考虑到工程实践,比较常用的以下这套单位:

长度:毫米(mm)

力:牛顿(N)

质量:吨(t)

时间:秒(s)

应力:兆帕(MPa)

能量:毫焦(mJ)

密度:吨每立方毫米(t/mm3)

长度单位一般用mm,力的单位用N,这样应力的单位正好是MPa。分析问题中的其他量,也要换算成这套单位,例如若一种钢的密度是7.85g/cm³,要输入的数据则是7.85e-9。

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