荿蚇衿膃蒂葿螅膂膁线性静力学分析实例线性静力学问题就是简单且常见得有限元分析类型,不涉及任何非线性(材料非线性、几何非线性、接触等),也不考虑惯性及时间相关得材料属性。
在ABAQUS 中,该类问题通常采用静态通用(Static,General)分析步或静态线性摄动(Static,Linear perturbation)分析步进行分析。
线性静力学问题很容易求解,往往用户更关系得就是计算效率与求解效率,希望在获得较高精度得前提下尽量缩短计算时间,特别就是大型模型。
这主要取决于网格得划分,包括种子得设置、网格控制与单元类型得选取。
在一般得分析中,应尽量选用精度与效率都较高得二次四边形/六面体单元,在主要得分析部位设置较密得种子;若主要分析部位得网格没有大得扭曲,使用非协调单元(如CPS4I 、C3D8I)得性价比很高。
对于复杂模型,可以采用分割模型得方法划分二次四边形/六面体单元;有时分割过程过于繁琐,用户可以采用精度较高得二次三角形/四面体单元进行网格划分。
一 悬臂梁得线性静力学分析1、1 问题得描述一悬臂梁左端受固定约束,右端自由,结构尺寸如图1-1所示,求梁受载后得Mises 应力、位移分布。
材料性质:弹性模量32e E =,泊松比3.0=ν均布载荷:Mpa p 6.0=图1-1 悬臂梁受均布载荷图1、2 启动ABAQUS启动ABAQUS 有两种方法,用户可以任选一种。
在Windows操作系统中单击“开始”--“程序”--ABAQUS 6、10 -- ABAQUS/CAE。
（2）在操作系统得DOS窗口中输入命令:abaqus cae。
启动ABAQUS/CAE后,在出现得Start Section(开始任务)对话框中选择Create Model Database。
1、3 创建部件在ABAQUS/CAE顶部得环境栏中,可以瞧到模块列表:Module:Part,这表示当前处在Part(部件)模块,在这个模块中可以定义模型各部分得几何形体。
可以参照下面步骤创建悬臂梁得几何模型。
（1）创建部件。
对于如图1-1所示得悬臂梁模型,可以先画出梁结构得二维截面(矩形),再通过拉伸得到。
单击左侧工具区中得(Create Part)按钮,或者在主菜单里面选择Part--Create,弹出如图1-2所示得Create Part对话框。
图1-2 Create Part对话框在Name(部件名称)后面输入Beam,Modeling Space(模型所在空间)设为3D,Shape选择Solid(实体),Type采用默认得Extrusion,在Approximate size里面输入300。
单击Continue、、、按钮。
注意:如果无法输入字符,原因可能就是当前正处于中文输入法得状态,应切换到英文输入法。
绘制矩形。
ABAQUS/CAE自动进入绘图环境,左侧得工具区显示出绘图工具按钮,视图区内显示栅格,视图区正中两条相互垂直得点划线即当前二维区域得X轴与Y轴。
二者相交于坐标原点。
选择绘图工具箱中得工具,窗口提示区显示Pick a starting corner for the rectangle--or enter X,Y(选择矩形得一个角点,或输入X,Y得坐标),如图1-3所示。
图1-3 输入点坐标输入矩形得第一个点得坐标为(-100,10),移动光标选择与该店相对得点得坐标为(100,-10),单击鼠标左键,矩形就画出来了。
如果在绘制过程中操作有误,可以单击绘图工具箱得撤销工具来撤销上一步操作,也可以使用删除工具来删除错误得几何图形,具体操作步骤入校所示。
a 单击绘图工具箱中得删除工具。
b 在所绘图形中选择要删除得线或者图形,ABAQUS/CAE以红色高亮显示被选中得对象。
提示:如果想删除多个对象,可以在单击此对象得同时按住Shift键,或者按住鼠标左键不放,在视图区中画出一个矩形框,选中矩形框中得对象。
如果想取消对某对象得选择,可以在单击此对象得同时按住Ctrl键。
c 在视图区单击鼠标中键,或者单击提示区中得Done按钮,结束对删除工具得使用。
d 根据需要,重复a、b、c步骤。
注意:在确认结束某一步操作得时候,一般总就是在视图区中单击鼠标中键,或者单击窗口底部提示区得Done按钮(完成),一下不再赘述。
由于前面操作中,已经选择了Extrusion类型,在上一步退出后,ABAQUS 即弹出“编辑基本拉伸”对话框。
在该窗口中,输入拉伸尺寸30,如图1-4所示。
然后单击OK按钮,视图区就出现了悬臂梁得结构图,如图1-5所示。
图1-4 “编辑基本拉伸”对话框图1-5 形成得悬臂梁结构图保存模型。
在下一步之前,单击窗口顶部工具栏中得按钮来保存所建立得模型。
键入希望保存得文件名,ABAQUS/CAE会自动加上后缀、cae。
用户还可以在主菜单中选择对所建立得模型进行保存操作。
此处把该部件取名为beam。
说明:ABAQUS/CAE不会自动保存模型得数据,用户每隔一段时间自己保存模型。
如果由于意外造成系统死机或者无法自动退出ABAQUS/CAE,下次启动时就会显示自动恢复得对话框,选择Yes就可以自动恢复尚未保存得数据,但就是有时会因为恢复文件中存在错误,出现自动恢复失败,所以建议用户养成经常保存模型得习惯。
1、4 创建材料与截面属性在窗口左上角Module(模块)列表中选择Property(特性)功能模块,按照以下步骤来定义材料。
创建材料。
单击工具区左侧得(Create Material)按钮,或者在主菜单中选择Material--Create,弹出Edit Material对话框(也可以双击左侧模型树中得Material来完成此操作),如图1-6所示。
图1-6 Edit Material对话框在Name(材料名称)后面输入Steel,单击此对话框中得Mechanical(力学特性)--Elasticity(弹性)。
在数据表中设置Young’s Modulus(弹性模量)为2e3,Poisson’s Ratio(泊松比)为0、3,其余参数不变,如图1-7所示,单击OK按钮。
图1-7 输入弹性模量与泊松比说明:在ABAQUS/CAE中,如果希望修改或撤销已经完成得操作,可以在窗口左侧得模型树中找到此操作,在上面单击鼠标右键,选择Edit或者Delete。
在绘制二维平面图时,可以单击绘图工具箱中得按钮来撤销上一步操作。
创建截面属性。
单击左侧工具区得(Create Section)按钮,或者在主菜单中选择Section--Create,弹出Create Section对话框(也可以双击左侧模型树中得Section来完成此操作),Name改为BeamSection,保持其她默认参数不变,单击Continue、、、按钮。
在弹出得Edit Section对话框(见图1-8)中,默认得参数(Material:Steel;Type:Solid,Homogeneous;Plane stress/strain thickness:1)不变,单击OK按钮。
图1-8 Edit Section对话框给部件赋予截面属性。
单击左侧工具区中得(Assign Section)按钮,或者在主菜单中选择Assign--Section,单击视图区中得悬臂梁模型,ABAQUS/CAE以红色高亮显示被选中,在视图区单击鼠标中键,弹出Edit Section Assignment对话框,如图1-9所示,单击OK按钮。
图1-9 Edit Section Assignment对话框说明:ABAQUS/CAE不把材料属性直接赋予单元或者几何实体,而就是首先在截面属性(Section)中定义材料特性,再为每个部件赋予相应得截面属性。
注意:ABAQUS/CAE推荐得建模方法就是把整个数值模型(如材料、载荷、边界条件等)都直接定义在几何模型上,而不就是像其她前处理器一样定义在单元或者节点上,这样在修改网格时不必重新定义材料与边界条件等模型参数。
这样在处理复杂问题时,可以首先简单地划分粗网格,得到初步得模型结果,然后再适当得区域细化网格。
1、5 定义装配件整个分析模型就是一个装配件,前面得Part功能模型中创建得各个部件将在Assembly功能模块中装配起来。
具体得操作方式:在窗口左上角Module列表中选择Assembly(装配)功能模块。
单击左侧工具区得(Instance Part)按钮,或者在主菜单中选择Instance--Create(也可以直接单击左侧模型树中得Assembly左侧得+号,然后双击其下一层得Instance来完成此项操作)。
在弹出得Create Instance对话框中(见图1-10),前面创建得部件beam自动被选中,默认参数为Instance Type:Dependent(mesh on part),单击OK按钮。
1、6 设置分析步ABAQUS/CAE会自动创建一个初始分析步(Initial step),可以在其中施加边界条件,用户必须自己创建后续分析步(analysis step),用来施加载荷。
具体操作方法如下。
图1-10 Create Instance对话框在窗口左上角得Module列表中选择Step(分析步)功能模块。
单击左侧工具区得(Create Step)按钮,或者在主菜单中选择Step--Create(也可以直接单击左侧模型树中得Steps来完成此项操作)。
在弹出得Create Step对话框中,在Name后面输入分析步得名称,此处将默认值Step-1改为loadbeam。
其余参数如图1-11所示(Procedure type:General;选择Static General),单击Continue、、、按钮。
图1-11 Create Step对话框在弹出得Edit Step对话框(见图1-12)中,Description后面改为Load the top of the beam,其余参数都保持默认值,单击OK按钮,完成操作。
图1-12 Edit Step对话框1、7 定义边界条件与载荷在窗口左上角得Module列表中选择Load(载荷)功能模块,定义边界条件与载荷。
1 施加载荷单击左侧工具区得(Create Load)按钮,或在主菜单中选择Load--Create(也可以直接单击左侧模型树中得Loads来完成此项操作)。
在弹出得Create Load对话框中(见图1-13),在Name 后输入Pressure;将Types for Selected Step(所选分析步得载荷类型)设为Pressure(单位面积上得压力),Step设为loadbeam,单击Continue、、、按钮。
图1-13 Create Load对话框此时窗口底部得提示区信息变为Select surfaces for the load,单击悬臂梁得上表面,ABAQUS/CAE以红色高亮显示所选中得表面,在视图区中单击鼠标中键。