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分析模塊，它能夠求解廣泛的線性和非線性問(wèn)題，包括結(jié)構(gòu)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、熱和電響應(yīng)等。對(duì)于同時(shí)發(fā)生作用的幾何、材料和接觸非線性采用自動(dòng)增量控制技術(shù)處理。ABAQUS擁有CAE工業(yè)領(lǐng)域最為廣泛的材料模型，它可以模擬絕大部分工程材料的線性和非線性行為。 
ABAQUS在1991年推出了ABAQUS/Explicit。ABAQUS/Explicit是利用對(duì)時(shí)間變化的顯式積分求解動(dòng)力學(xué)方程。該模塊適合于分析如沖擊和爆炸這樣短暫、瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)事件，對(duì)高度非線性問(wèn)題也非常有效，包括模擬加工成形過(guò)程中接觸條件改變的問(wèn)題。ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard無(wú)縫集成，輸入文件的格式相同，并可以互相傳遞結(jié)果數(shù)據(jù)。 
ABAQUS在1999年推出了ABAQUS/CAE。ABAQUS/CAE是ABAQUS有限元分析的前后處理模塊，也是建模、分析和仿真的人機(jī)交互平臺(tái)。該模塊可以構(gòu)建結(jié)構(gòu)的幾何模型、分配材料和截面的特性、施加載荷和邊界條件、并劃分網(wǎng)格。該模塊可以進(jìn)一步將生成的模型投入到后臺(tái)的分析模塊運(yùn)行，對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理。ABAQUS/CAE的后處理可以對(duì)計(jì)算結(jié)果的描述和解釋提供范圍廣泛的選擇，除了通常的云圖，等值線和動(dòng)畫顯示之外，還可以用列表，曲線等其它工具來(lái)完成后處理工作。該模塊的許多獨(dú)特功能與特點(diǎn)，例如CAD建模方式、參數(shù)化建模、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等極大的方便了ABAQUS用戶。 
ABAQUS軟件已被全球工業(yè)界廣泛接受，并擁有世界最大的非線性力學(xué)用戶群。ABAQUS軟件以其強(qiáng)大的非線性分析功能以及解決復(fù)雜和深入的科學(xué)問(wèn)題的能力，除了在廣大工業(yè)用戶中得到認(rèn)可外，也在以高等院校、科研院所等為代表的高端用戶中得到廣泛贊譽(yù)。 
提供優(yōu)質(zhì)可靠的分析軟件是ABAQUS公司的一貫宗旨，為此公司做了大量的人力和物力的投資。公司專門開發(fā)了優(yōu)秀的產(chǎn)品管理軟件便于產(chǎn)品質(zhì)量及可靠幸得測(cè)試，負(fù)責(zé)質(zhì)量檢驗(yàn)的部門針對(duì)每一種新產(chǎn)品在不同的硬件平臺(tái)上均要通過(guò)17000多道考題的測(cè)試，并且還經(jīng)過(guò)某些重點(diǎn)用戶的獨(dú)立測(cè)試，公司對(duì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)過(guò)程直接受到用戶的監(jiān)督。1996年4月， 全部ABAQUS的產(chǎn)品通過(guò)ISO9001質(zhì)量認(rèn)證。ABAQUS產(chǎn)品一直是美國(guó)核安全局(NQA)認(rèn)證(NQA-1標(biāo)準(zhǔn))的可用于核工業(yè)首選的分析軟件。美國(guó)食品和藥品管理局(FDA)推薦ABAQUS作為用于植入人體的醫(yī)療器械的有限元分析軟件。2003年ABAQUS軟件獲得由中國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)頒發(fā)的《壓力容器用計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件技術(shù)評(píng)審證書》。 ABAQUS軟件的用戶絕大部分是租賃用戶，這些用戶通常對(duì)產(chǎn)品和服務(wù)要求都是很苛刻的。ABAQUS是一個(gè)推崇技術(shù)的公司，它始終走在結(jié)構(gòu)力學(xué)研究和軟件化領(lǐng)域的前沿，它良好的品質(zhì)和服務(wù)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可，這也是占其用戶很大比重的租賃用戶一年又一年往復(fù)租用它的原因。  
三、ABAQUS軟件的主要功能特點(diǎn)  
人機(jī)交互界面 
ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近開發(fā)的軟件運(yùn)行平臺(tái)，他汲取了同類軟件和CAD軟件的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)與ABAQUS求解器軟件緊密結(jié)合。 
與其他有限元軟件的界面程序比，ABAQUS/CAE具有以下的特點(diǎn)：
 采用CAD方式建模和可視化視窗系統(tǒng)，具有良好的人機(jī)交互特性。 ? 采用了參數(shù)化建模方法，為實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，結(jié)構(gòu)修改
提供了有力工具。 
 強(qiáng)大的模型管理和載荷管理手段，為多任務(wù)、多工況實(shí)際工程問(wèn)題的建模和仿真提供了方便。 
 鑒于接觸問(wèn)題在實(shí)際工
程中的普遍性，單獨(dú)設(shè)置了Interaction模塊，可以精確地模擬實(shí)際工程中存在的多種接觸和連接問(wèn)題，并可以進(jìn)行從零件級(jí)到系統(tǒng)級(jí)的分析。  
求解器性能 
 比其他通用有限元軟件更多的單元種類，單元種類達(dá)562種，提供了更
多的選擇余地，并更能深入反映細(xì)微的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象和現(xiàn)象間的差別。除常規(guī)結(jié)構(gòu)外，可以方便地模擬管道、接頭以及纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等實(shí)際結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為 
 隱式和顯式求解器無(wú)縫集成，同為ABAQUS公司的產(chǎn)品，單元類型和命
名一致，用戶可以很方面的進(jìn)行兩種求解方法的轉(zhuǎn)化和聯(lián)合運(yùn)算。 ? 更多的接觸和連接類型，可以是硬接觸或軟接觸，也可以是Hertz接觸（小
滑動(dòng)接觸）或有限滑動(dòng)接觸，還可以雙面接觸或自接觸。接觸面還可以考慮摩擦和阻尼的情況。上述選擇提供了方便地模擬密封，擠壓，鉸連接等工程實(shí)際結(jié)構(gòu)的手段。 
 材料非線性是ABAQUS非線性分析的一種重要類型。它具有豐富的材料
模型庫(kù)，涵蓋了彈性（包括超彈性和亞彈性）、金屬塑性、粘塑性、蠕變，各向異性等各種材料特性。 
 在復(fù)合材料方面：ABAQUS允許多種方法定義復(fù)合材料單元，包括復(fù)合
材料殼單元、復(fù)合材料實(shí)體單元以及疊層實(shí)體殼單元；提供基于平面應(yīng)力的失效準(zhǔn)則和基于斷裂力學(xué)的開裂功能，包括最大應(yīng)力、Tsai-Hill、Tsai-Wu Azzi-Tsai-Hill和最大應(yīng)變等理論研究纖維、基體和界面失效以及纖維屈曲失效等失效模式；采用Rebar單元模擬纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維，并可以把它們定義在獨(dú)立的殼單元、薄膜單元和表面單元內(nèi)部再嵌入到模擬基體的實(shí)體單元中，方便用戶進(jìn)行靈活的建模和后處理；ABAQUS提供了殼單元到實(shí)體單元的子模型功能和殼單元到實(shí)體單元的tie約束功能，可以對(duì)復(fù)合材料局部重要區(qū)域方便地進(jìn)行細(xì)節(jié)建模；用戶自定義材料機(jī)械性能 (UMAT)子程序可以由用戶定義各種復(fù)雜的機(jī)械本構(gòu)模型并使用在ABAQUS分析中，UMATs已經(jīng)被廣泛用于研究金屬基體復(fù)合材料, 固化, 纖維抽拔, 和其他對(duì)復(fù)合材料很重要的局部效應(yīng)。 ? 在橡膠材料方面：橡膠本構(gòu)模型種類齊全，達(dá)16種之多，可以模擬各種橡膠材料的特性；可以直接輸入橡膠材料的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，生成對(duì)應(yīng)的橡膠模型，并對(duì)模型的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)，確定穩(wěn)定收斂區(qū)間；ABAQUS目前獨(dú)有的Mullin效應(yīng)模擬可以在橡膠的超彈性本構(gòu)中考慮加載和卸載中應(yīng)變能的損失，以及轉(zhuǎn)化為熱能的效應(yīng)，為精確模擬橡膠減震性能和工作中生熱情況提供了途徑，資料顯示相比其他通用有限元軟件，考慮Mullin效應(yīng)的模型在處理橡膠大變形問(wèn)題中與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比更為接近；橡膠模型與接觸/摩擦功能能很好地結(jié)合，能處理橡膠材料的軟化、老化等問(wèn)題； 經(jīng)長(zhǎng)期的工程應(yīng)用，ABAQUS的墊片單元(*Gasket)被公認(rèn)可以方便有效地模擬橡膠墊圈密封的機(jī)理和現(xiàn)象，廣泛用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的密封分析中。 
 接頭密封問(wèn)題中，應(yīng)力集中現(xiàn)象和接觸效應(yīng)同時(shí)存在。二階單元模擬應(yīng)
力集中較精確，但不適用于模擬接觸問(wèn)題；一階單元適合模擬接觸問(wèn)題，但模擬應(yīng)力集中效應(yīng)不精確。ABAQUS獨(dú)有的改進(jìn)的（Modified）連續(xù)體單元，是二階單元，但可以很好的處理接觸問(wèn)題。因此，ABAQUS可以最有效地分析解出密封問(wèn)題。 ? ABAQUS具有強(qiáng)大的熱固耦合分析功能，包括：穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和瞬態(tài)熱傳
導(dǎo)分析，順序耦合熱固分析，完全耦合熱固分析，強(qiáng)制對(duì)流和輻射分析，熱界面接觸，熱電耦合，摩擦生熱等等?？梢远x從簡(jiǎn)單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復(fù)雜材料模型，來(lái)模擬金屬、聚合物、復(fù)合材料等電子材料的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。ABAQUS包括51種純熱傳導(dǎo)和熱電耦合單元，83種隱式和顯式完全熱固耦合單元，覆蓋桿、殼、平面應(yīng)變、平面應(yīng)力、軸對(duì)稱和實(shí)體各種單元類型，包括一階和二階單元，為用戶建模提供極大的方便。ABAQUS還是世界上各大汽車廠商分析發(fā)動(dòng)機(jī)中熱固耦合和接觸問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)軟件，如奧地利著名發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商AVL在自己的發(fā)動(dòng)機(jī)分析軟件AVL.Excite中嵌入ABAQUS作為求解器。 
 
 
 更方便和靈活的二次開發(fā)工具。ABAQUS基于高級(jí)語(yǔ)言的用戶子程序?yàn)?br>用戶開發(fā)自己的單元、材料和分析流程提供了強(qiáng)大的工具，這也是廣大非線性高端用戶選擇ABAQUS并應(yīng)用它進(jìn)行了大量深入的研究工作的原因。 
 材料的剝離與失效可以在ABAQUS中得到很好的模擬，包括模擬沖擊材
料的雙面磨損功能。另外ABAQUS的自適應(yīng)網(wǎng)格功能為克服和補(bǔ)償切割過(guò)程的大變形帶來(lái)的網(wǎng)格奇異造成的計(jì)算誤差，提供了有力的手段 
  
 Fe-Safe提供了金屬和非金屬材料疲勞壽命預(yù)估功能。它依托于ABAQUS
的求解器模塊，將ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的應(yīng)力分析結(jié)果根據(jù)載荷出現(xiàn)的幾率進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和分析，得到疲勞壽命的預(yù)估值，并可以用ABAQUS/CAE的圖形界面進(jìn)行處理，得到用戶關(guān)心的參數(shù)，有效地指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的疲勞設(shè)計(jì)。Fe-Safe和ABAQUS的分別是疲勞壽命計(jì)算及結(jié)構(gòu)位移／位移分析方面的最優(yōu)秀分析軟件，兩者的有機(jī)結(jié)合可以對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)和分析提供最佳的解決方案。 
    
 
 ABAQUS提供的多體動(dòng)力學(xué)分析功能為機(jī)械設(shè)備的操縱和傳動(dòng)系統(tǒng)等機(jī)
構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程模擬等提供了強(qiáng)有力的工具。在此基礎(chǔ)上，作為功能強(qiáng)大的有限元分析軟件，ABAQUS還可以利用子結(jié)構(gòu)方法對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的變形和應(yīng)力分布情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的模擬和分析。截止到目前，考慮非線性的機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)聯(lián)合分析功能仍然是ABAQUS所獨(dú)有的。四、主要客戶及其應(yīng)用情況 
隨著研究水平提高所引發(fā)的對(duì)高水平分析工具需求的加強(qiáng)，ABAQUS軟件在各行業(yè)用戶群中所占據(jù)的地位也越來(lái)越突出。電子領(lǐng)域是ABAQUS軟件的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。目前Intel、Motorola、Nokia、Toshiba、Philips等世界知名的電子企業(yè)都是ABAQUS軟件的重要用戶。在國(guó)內(nèi)，Intel上海封裝中心、Motorola北亞研究中心、Nokia投資公司、三星電子、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等單位均采用ABAQUS軟件作為電子封裝和電子器件跌落模擬的分析軟件。  
全球大客戶列表： 
 
重要客戶應(yīng)用情況舉例：  
 英特爾 Intel 
– CPU、內(nèi)存和電路板等封裝組件的設(shè)計(jì) – 電子封裝中的靜力、熱和沖擊響應(yīng)模擬 
– 研發(fā)地點(diǎn)：美國(guó)，新加坡，馬來(lái)西亞，中國(guó)  
Alcan Alcoa Alliant Tech Boeing Caterpillar CWES 
Intel 
Motorola 
Northrop Grumman 
Newport News 
Paccar 
Procter & Gamble 
Los Alamos Alstom Arcelor 
Autoliv AVL 
Benteler BMW 
Bosch EDAG 
Faurecia GE Plastics 
INA MTU Nissan Nokia Siemens Snecma Tenneco W?rtsil? 
Fujitsu Honda 
Kobe Steel 
Sumitomo Metal Toshiba Toyota 
Yokohoma Rubber 

 

 

 諾斯羅普.格魯曼—新港 Northrop Grumman Newport News 
– 美國(guó)海軍航空母艦和核動(dòng)力潛艇設(shè)計(jì) 
– 采用ABAQUS作為非線性和線性分析的標(biāo)準(zhǔn) – 研發(fā)地點(diǎn)：美國(guó)  
 卡特彼勒 Caterpillar 
– 重型機(jī)械設(shè)備和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 
– ABAQUS是標(biāo)準(zhǔn)的非線性分析工具 – 研發(fā)地點(diǎn)：美國(guó)，英國(guó)和澳大利亞  
 寶潔 Procter & Gamble 
– 消費(fèi)產(chǎn)品和包裝 – 多種模擬 
– 研發(fā)地點(diǎn)：美國(guó)，歐洲和日本  
 通用汽車 General Motors 
– 動(dòng)力系統(tǒng)密封性，耐久性和振動(dòng)噪音分析 – 底盤耐久性和車身工程 
– 研發(fā)地點(diǎn)：美國(guó)，德國(guó)，瑞典，澳大利亞  
 諾基亞 Nokia 
– 消費(fèi)電子產(chǎn)品跌落分析 
– 手機(jī), 步話機(jī)和其它手持設(shè)備 – 研發(fā)地點(diǎn)：歐洲, 美國(guó), 中國(guó)  
 洛克希德.馬丁 Lockheed Martin 
– 非線性和線性動(dòng)力學(xué) – 飛機(jī)機(jī)身和空間系統(tǒng) – 研發(fā)地點(diǎn)：美國(guó) 
 
當(dāng)前的研發(fā)合作伙伴：  
 斷裂和失效(Fracture and Failure) 
– Boeing, Cooper Tire, Exxon-Mobil, Intel, Lockheed-Martin, MIT, 
NASA, Purdue, United Defense 
 汽車碰撞(Crashworthiness) – BMW 
 ABAQUS for Catia 
– BMW, Boeing, Honda, PSA, Snecma 
 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Automotive Steering Group) 
– BMW, GM, Ford, Honda, Hyundai, Nissan 
 流固耦合(Coupled Fluid-Structure Interaction) 
– Proctor & Gamble, Cooper, 3M, Dupont, ABB, SNECMA, BAE 
Systems, Coventor 
  
五、在華為公司的應(yīng)用領(lǐng)域和相關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)  
機(jī)柜抗震分析： 
ABAQUS軟件被廣泛用于機(jī)械，電子，土建等領(lǐng)域的抗震和沖擊方面的分析。在進(jìn)行震動(dòng)和沖擊方面的應(yīng)用中，ABAQUS的優(yōu)勢(shì)最大體現(xiàn)在結(jié)合了隱式求解器和顯式求解器的優(yōu)點(diǎn)： 
隱式求解器ABAQUS/Standard適于進(jìn)行基于頻域的動(dòng)力學(xué)分析：自振頻率提取（對(duì)大規(guī)模模型可以采用并行的Lanczos特征值提取器），模態(tài)動(dòng)力學(xué)，基于模態(tài)和直接積分的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分
析，隨機(jī)響應(yīng)分析，響應(yīng)譜分析等等。以上所有分析可以基于線性或者非線性的狀態(tài)進(jìn)行（如考慮結(jié)構(gòu)預(yù)載荷的頻率提取分析），通過(guò)step by step的分析方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多步驟的分析，其中模態(tài)動(dòng)力學(xué)可以考慮較弱的非線性效應(yīng)。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的位移，速度或加速度可以設(shè)置成隨時(shí)間變化（模態(tài)動(dòng)力學(xué)）或隨頻率變化（穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)）。除此之外，Standard還提供了在時(shí)域上積分的隱式動(dòng)力學(xué)分析和復(fù)頻率提取分析。 
顯式求解器ABAQUS/Explicit適于進(jìn)行基于時(shí)域的動(dòng)力學(xué)分析：該方法尤其適于高度非線性的震動(dòng)和沖擊問(wèn)題的分析，如考慮塑性，接觸，材料失效等效應(yīng)的問(wèn)題。該方法可以在時(shí)域上精確地捕捉結(jié)構(gòu)的響應(yīng)歷程，但所消耗的計(jì)算機(jī)資源比基于模態(tài)的動(dòng)力學(xué)要大許多。對(duì)于大規(guī)模模型，可以采用基于域分解的單機(jī)多CPU和多機(jī)并行(MPI)功能來(lái)加速的顯式積分的求解速度。 
由于以上兩個(gè)求解器均為ABAQUS自己開發(fā)的產(chǎn)品，二者的結(jié)合非常緊密，其輸入文件的語(yǔ)法格式完全一致。在前后處理模塊ABAQUS/CAE中，還允許用戶對(duì)同一有限元模型方便地在這兩種分析方法中切換，并保留以前分析中定義好的載荷，接觸，邊界條件等內(nèi)容，這為用戶對(duì)同一個(gè)問(wèn)題采用不同算法進(jìn)行分析提供了方便的途徑。 
ABAQUS還可以方便的進(jìn)行子模型的分析，并且隱式和顯式求解器均支持該功能。這對(duì)大規(guī)模模型的震動(dòng)分析很有幫助：整體模型的網(wǎng)格可以比較粗進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)的分析，而最可能發(fā)生破壞的地方局部需要進(jìn)行網(wǎng)格加密，可以作為一個(gè)子模型單獨(dú)進(jìn)行分析而把整體計(jì)算的結(jié)果作為邊界條件施加到子模型上。 
ABAQUS提供了豐富的材料模型庫(kù)，用戶可以方便的選擇包括金屬，工程塑料，泡沫材料等多種材料本構(gòu)模型，可以考慮材料的塑性，損傷，失效，溫度相關(guān)等非線性效應(yīng)，用戶還可以利用ABAQUS的用戶子程序的功能進(jìn)一步添加自己所需要的材料模型。 
ABAQUS提供了豐富的單元庫(kù)，其中的實(shí)體殼單元(SC8R,SC6R)可以讓用戶不必抽取中面就能夠模擬薄壁結(jié)構(gòu)的相互接觸作用，并允許單元的邊長(zhǎng)比很大；修正的二階十節(jié)點(diǎn)四面體單元(C3D10M)允許用戶快速的劃分網(wǎng)格并確保單元的計(jì)算精度很高；連接單元庫(kù)(connector elements)提供了廣泛的機(jī)構(gòu)連接方式來(lái)模擬各種機(jī)構(gòu)部件之間的連接關(guān)系，如鉸接，焊點(diǎn)，萬(wàn)向接頭等，甚至可以考慮連接單元的失效來(lái)模擬機(jī)構(gòu)部件在震動(dòng)和沖擊作用下互相之間的脫開。 
ABAQUS提供了廣義剛體功能，模型中的任何一部分允許是變形體，也允許是剛體，甚至是顯示體（僅顯示出模型的形狀不參與有限元計(jì)算），這就為大規(guī)模模型的動(dòng)力學(xué)計(jì)算提供了方便的途徑，用戶可以僅把最關(guān)心的模型部位作為變形體，而其他部位作為剛體，當(dāng)初步的分析完成后，可以再一步一步把剛體轉(zhuǎn)化成變形體，最終獲得符合實(shí)際的結(jié)果，該功能使得用戶對(duì)分析過(guò)程的控制非常方便。  
熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力問(wèn)題： 
由不同材料組成的封裝組件在溫度變化的環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致封裝失效。ABAQUS具有強(qiáng)大的熱固耦合分析功能，包括：穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析，順序耦合熱固分析，完全耦合熱固分析，強(qiáng)制對(duì)流和輻射分析，熱界面接觸，熱電耦合等等?？梢远x從
簡(jiǎn)單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復(fù)雜材料模型，來(lái)模擬金屬、聚合物、復(fù)合材料等電子材料的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。 ABAQUS包括51種純熱傳導(dǎo)和熱電耦合單元，83種隱式和顯式完全熱固耦合單元，覆蓋桿、殼、平面應(yīng)變、平面應(yīng)力、軸對(duì)稱和實(shí)體各種單元類型，包括一階和二階單元，為用戶建模提供極大的方便。而其他通用有限元軟件對(duì)應(yīng)的熱分析單元數(shù)量都比ABAQUS少，如ANSYS中純熱傳導(dǎo)和熱耦合單元總計(jì)為40種，MARC中純熱傳導(dǎo)單元為40種，無(wú)完全熱固耦合單元。右圖是臺(tái)灣新竹清華大學(xué)采用ABAQUS分析BGA焊點(diǎn)熱應(yīng)力和熱應(yīng)變的模型圖。 
ABAQUS還是世界上各大汽車廠商分析發(fā)動(dòng)機(jī)中熱固耦
合和接觸問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)軟件，如奧地利著名發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商AVL在自己的發(fā)動(dòng)機(jī)分析軟件AVL.Excite中嵌入ABAQUS作為求解器。右圖為Ford公司采用ABAQUS分析四缸發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的溫度場(chǎng)分布云圖。 典型應(yīng)用：塑料、陶瓷、金屬封裝等各種封裝組件在溫度載荷下的變形和受力、IC芯片和基板之間的導(dǎo)熱、封裝材料界面間的熱傳導(dǎo)、板上元件的強(qiáng)制對(duì)流散熱、散熱片通過(guò)空氣的輻射散熱等  
熱疲勞問(wèn)題： 
由于受熱導(dǎo)致的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)?br>溫度循環(huán)下會(huì)造成封裝材料疲勞失效，如倒裝焊中的焊點(diǎn)和表面貼裝中的引線熱疲勞問(wèn)題。ABAQUS/Standard中的直接載荷循環(huán)分析功能提供了預(yù)測(cè)承受熱載荷的彈塑性結(jié)構(gòu)的低周熱疲勞壽命。更復(fù)雜的疲勞問(wèn)題可以通過(guò)ABAQUS/Safe模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。右圖是NEC公司和紐約州立大學(xué)Buffalo分校電子封裝中心合作采用ABAQUS進(jìn)行表面貼裝中共晶焊點(diǎn)熱疲勞失效分析的結(jié)果。  
沖擊和跌落問(wèn)題： 
深入研究個(gè)人手持電子產(chǎn)品的沖擊和跌落問(wèn)題是具有挑戰(zhàn)的工作。難點(diǎn)來(lái)源于： 
 復(fù)雜的幾何體：典型的組成包括材料為 (1mm厚)熱塑塑料的前后薄壁外殼，兩個(gè)或更多個(gè)印制電路板（PCB）、連接件、鈑金片、橡膠墊、電池、金屬?gòu)椈珊鸵粋€(gè)LCD顯示屏，PCB板是三明治結(jié)構(gòu)，由2到6個(gè)螺釘固定。 
 許多元件間的接觸作用：各個(gè)元件置于主PCB板和前后外殼之間，由粘接劑或鉚頭固定，各個(gè)元件之間和內(nèi)壁會(huì)發(fā)生接觸。 以上結(jié)構(gòu)為薄壁結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)方法采用殼單元模擬。但從CAD軟件中導(dǎo)入的模型中往往包括上千個(gè)表面，提取中面并劃分殼單元是一個(gè)需要高技巧和豐富經(jīng)驗(yàn)，并且非常耗費(fèi)時(shí)間的工作。然而劃分四面體的實(shí)體單元可以在有限元軟件中自動(dòng)完成，并且只需要幾分鐘。在這樣的情況下需要選擇精度和可靠性都很高的四面體單元。 
跌落和碰撞問(wèn)題一般需要采用顯式動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行求解，考慮裝配預(yù)應(yīng)力的跌落和碰撞分析需要結(jié)合隱式和顯式的方法進(jìn)行求解。ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中均提供10結(jié)點(diǎn)的修正四面體單元，模擬接觸問(wèn)題精度很高，并且兩個(gè)求解器的模型可以無(wú)縫轉(zhuǎn)化，這樣為進(jìn)行沖擊和跌落分析提供了一種快捷、精確的方法。所以世界上重要手機(jī)和汽車生產(chǎn)商如摩托羅拉、諾基亞、寶馬等都首選ABAQUS作為跌落和碰撞分析的求解器。右上兩圖為摩托羅拉公司手機(jī)跌落分析模型和寶馬公司汽車碰撞分析模型。  
封裝制造過(guò)程模擬： 
各級(jí)封裝組件，如圓片的劃片、切邊，金屬封裝中的釬焊、退火，塑封中焊球的回流、固化，薄膜材料涂層等過(guò)程均是復(fù)雜的機(jī)械加工過(guò)程，研究其中的制造殘余應(yīng)力，結(jié)構(gòu)翹曲是很重要的工作。ABAQUS中強(qiáng)大的接觸、單元生死、退火成形分析、蒙皮建模、子模型等功能可以有效的模擬各種制造過(guò)程。下圖為新加坡微電子學(xué)研究所采用ABAQUS子模型的功能研究BGA封裝焊點(diǎn)的全局模型和研究局部細(xì)節(jié)的子模型網(wǎng)格圖。  
 
斷裂和材料失效分析： 
ABAQUS的斷裂力學(xué)分析功能在商業(yè)求解器中是國(guó)際上公認(rèn)的最強(qiáng)的，并且不斷在客戶推動(dòng)下發(fā)展。此外，ABAQUS可以很方便的進(jìn)行材料剪切、
拉伸、屈曲等工況下失效的模擬。這樣為模擬芯片，模塑料等封裝組件開裂問(wèn)題提供了有力手段。  
濕應(yīng)力： 
模塑料、下填料等高分子材料在潮濕環(huán)境下會(huì)吸收水汽并脹大，造成封裝開裂、漏氣等。ABAQUS中具有很強(qiáng)的質(zhì)量擴(kuò)散分析和土壤滲流和混凝土固結(jié)分析功能，其力學(xué)本質(zhì)和濕應(yīng)力問(wèn)題類似，借助這些分析功能可以有效的解決熱－濕－固三場(chǎng)耦合分析問(wèn)題。上圖是Nokia公司、馬里蘭大學(xué)CALCE封裝中心和Philips公司合作用ABAQUS計(jì)算下填料（Underfill）中潮氣擴(kuò)散導(dǎo)致的濕應(yīng)力問(wèn)題的結(jié)果。  
聲場(chǎng)分析： 
MEMS、麥克風(fēng)和手機(jī)等封裝組件中都需要進(jìn)行聲場(chǎng)和聲固耦合的分析，ABAQUS擁有強(qiáng)大的聲場(chǎng)和聲固耦合分析功能，對(duì)結(jié)構(gòu)采用固體單元，對(duì)空氣采用聲場(chǎng)單元進(jìn)行聲固耦合的分析，右圖是手機(jī)內(nèi)部空氣的聲壓分布云圖。  
用戶舒適性： 
ABAQUS和HP公司一起合作研究過(guò)計(jì)算機(jī)鍵盤按鍵下的橡膠墊片的受力情況，確定用戶鍵入力、橡膠變形和電信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)系，來(lái)提升用戶使用鍵盤的舒適性。該分析中涉及幾何大變形、超彈性材料和接觸非線性等復(fù)雜非線性問(wèn)題，如右圖所示。 
右下圖為Motorola公司采用ABAQUS分析翻蓋手機(jī)在循環(huán)翻蓋中的絞接處變形和受力情況，為產(chǎn)品的耐用性預(yù)測(cè)提供依據(jù)。  
壓電分析： 
壓電材料在MEMS中被廣泛使用，ABAQUS提供26種電固耦合單元可以進(jìn)行這樣的分析，覆蓋桿、平面應(yīng)變、平面應(yīng)力、軸對(duì)稱和實(shí)體各種單元類型，包括一階和二階單元。國(guó)際上兩大專用MEMS軟件Coventor和IntelliSense均把ABAQUS作為求解器嵌入其分析模塊中。  
新的電子材料： 
隨著電子行業(yè)的發(fā)展和環(huán)保的要求，各種新的電子材料如特殊的半導(dǎo)體材料和無(wú)鉛焊料層出不窮。各種新材料的機(jī)械性能、熱性能和電性能往往具有其特殊之處，需要采用新的材料模型來(lái)描述。ABAQUS除了具有廣泛的材料模型庫(kù)外，還提供了很友好的用戶二次開發(fā)功能，用戶可以使用Fortran和C++語(yǔ)言編寫各種新的材料模型，并和ABAQUS求解器關(guān)聯(lián)來(lái)深入研究新的電子材料性能。這項(xiàng)功能也是國(guó)際上每年數(shù)以千計(jì)的學(xué)術(shù)論文是基于ABAQUS發(fā)表的重要原因。   
ANSYS軟件介紹 
 
ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAD工具之一。 
一、軟件功能簡(jiǎn)介 
軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 
前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 
后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。  
啟動(dòng)ANSYS，進(jìn)入畫面以后，程序停留在開始平臺(tái)。從開始平臺(tái)（主菜單）可以進(jìn)入各處理模塊：PREP7（通用前處理模塊），SOLUTION（求解模塊），POST1（通用后處理模塊），POST26（時(shí)間歷程后處理模塊）。ANSYS用戶手冊(cè)的全部?jī)?nèi)容都可以聯(lián)機(jī)查閱。 
用戶的指令可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單項(xiàng)選取和執(zhí)行，也可以在命令輸入窗口通過(guò)鍵盤輸入。命令一經(jīng)執(zhí)行，該命令就會(huì)在.LOG文件中列出，打開輸出窗口可以看到.LOG文件的內(nèi)容。如果軟件運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，查看.LOG文件中的命令流及其錯(cuò)誤提示，將有助于快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根源。.LOG 文件的內(nèi)容可以略作修改存到一個(gè)批處理文件中，在以后進(jìn)行同樣工作時(shí)，由ANSYS自動(dòng)讀入并執(zhí)行，這是ANSYS軟件的第三種命令輸入方式。這種命令方式在進(jìn)行某些重復(fù)性較高的工作時(shí)，能有效地提高工作速度。  
二、 前處理模塊PREP7 
雙擊實(shí)用菜單中的“Preprocessor”，進(jìn)入ANSYS的前處理模塊。這個(gè)模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。 
●實(shí)體建模 
ANSYS程序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。 
自頂向下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶定義一個(gè)模型的最高級(jí)圖元，如球、棱柱，稱為基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。用戶利用這些高級(jí)圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊、球、錐和柱。無(wú)論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運(yùn)算來(lái)組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個(gè)實(shí)體模型。ANSYS程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實(shí)體模型時(shí)，對(duì)線、面、體、基元的布爾操作能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。ANSYS程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。附加的功能還包括圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過(guò)拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動(dòng)相交運(yùn)算、自動(dòng)倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點(diǎn)的建立、移動(dòng)、拷貝和刪除。 

 

 

自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶從最低級(jí)的圖元向上構(gòu)造模型，即：用戶首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線、面、體。 
●網(wǎng)格劃分 
ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì)CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng)劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡(jiǎn)單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。ANSYS程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來(lái)的麻煩。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，用戶指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或達(dá)到用戶定義的求解次數(shù)。   
三、求解模塊SOLUTION 
前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。 
點(diǎn)擊快捷工具區(qū)的SAVE_DB將前處理模塊生成的模型存盤，退出Preprocessor，點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的Solution，進(jìn)入分析求解模塊。在該階段，用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項(xiàng)，然后開始有限元求解。 
ANSYS軟件提供的分析類型如下： 1.結(jié)構(gòu)靜力分析 
用來(lái)求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問(wèn)題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。 
2.結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 
結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析用來(lái)求解隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)或部件的影響。與靜力分析不同，動(dòng)力分析要考慮隨時(shí)間變化的力載荷以及它對(duì)阻尼和慣性的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。 
3.結(jié)構(gòu)非線性分析 
結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問(wèn)題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。4.動(dòng)力學(xué)分析 
ANSYS程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運(yùn)動(dòng)特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。 
5.熱分析 
程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過(guò)程的相變分析能力以及模擬熱與結(jié)構(gòu)應(yīng)力之間的熱－結(jié)構(gòu)耦合分析能力。 
6.電磁場(chǎng)分析 
主要用于電磁場(chǎng)問(wèn)題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無(wú)損檢測(cè)裝置等的設(shè)計(jì)和分析領(lǐng)域。 
7.流體動(dòng)力學(xué)分析 
ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過(guò)每個(gè)單元的流率。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞流并包括對(duì)流換熱效應(yīng)。 
8.聲場(chǎng)分析 
程序的聲學(xué)功能用來(lái)研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。這些功能可用來(lái)確定音響話筒的頻率響應(yīng)，研究音樂大廳的聲場(chǎng)強(qiáng)度分布，或預(yù)測(cè)水對(duì)振動(dòng)船體的阻尼效應(yīng)。 
9.壓電分析 
用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì)AC（交流）、DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析。可進(jìn)行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析 
四、后處理模塊POST1和POST26 
ANSYS軟件的后處理過(guò)程包括兩個(gè)部分：通用后處理模塊POST1和時(shí)間歷程后處理模塊POST26。通過(guò)友好的用戶界面，可以很容易獲得求解過(guò)程的計(jì)算結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行顯示。這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等，輸出形式可以有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種?！裢ㄓ煤筇幚砟KPOST1 
點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的“General Postproc”選項(xiàng)即可進(jìn)入通用后處理模塊。這個(gè)模塊對(duì)前面的分析結(jié)果能以圖形形式顯示和輸出。例如，計(jì)算結(jié)果（如應(yīng)力）在模型上的變化情況可用等值線圖表示，不同的等值線顏色，代表了不同的值（如應(yīng)力值）。濃淡圖則用不同的顏色代表不同的數(shù)值區(qū)（如應(yīng)力范圍），清晰地反映了計(jì)算結(jié)果的區(qū)域分布情況。 
●時(shí)間歷程響應(yīng)后處理模塊POST26 
點(diǎn)擊實(shí)用菜單項(xiàng)中的TimeHist Postpro選項(xiàng)即可進(jìn)入時(shí)間歷程響應(yīng)后處理模塊。這個(gè)模塊用于檢查在一個(gè)時(shí)間段或子步歷程中的結(jié)果，如節(jié)點(diǎn)位移、應(yīng)力或支反力。這些結(jié)果能通過(guò)繪制曲線或列表查看。繪制一個(gè)或多個(gè)變量隨頻率或其它量變化的曲線，有助于形象化地表示分析結(jié)果。另外，POST26還可以進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算。 
ABAQUS軟件介紹 
 
ABAQUS 是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題。 ABAQUS 包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫(kù)。并擁有各種類型的材料模型庫(kù)，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料。作為通用的模擬工具，ABAQUS 除了能解決大量結(jié)構(gòu)（應(yīng)力 / 位移）問(wèn)題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問(wèn)題，例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透/應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析。 
ABAQUS 有兩個(gè)主求解器模塊— ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit。ABAQUS 還包含一個(gè)全面支持求解器的圖形用戶界面，即人機(jī)交互前后處理模塊— ABAQUS/CAE 。 ABAQUS 對(duì)某些特殊問(wèn)題還提供了專用模塊來(lái)加以解決。  
ABAQUS 被廣泛地認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元軟件，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問(wèn)題和模擬高度非線性問(wèn)題。 ABAQUS 不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場(chǎng)的分析，同時(shí)還可以做系統(tǒng)級(jí)的分析和研究。 ABAQUS 的系統(tǒng)級(jí)分析的特點(diǎn)相對(duì)于其他的分析軟件來(lái)說(shuō)是獨(dú)一無(wú)二的。由于 ABAQUS 優(yōu)秀的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性使得 ABAQUS 被各國(guó)的工業(yè)和研究中所廣泛的采用。 ABAQUS 產(chǎn)品在大量的高科技產(chǎn)品研究中都發(fā)揮著巨大的作用。 

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