悬臂梁有限元ABAQUS线性静力学分析实例Word格式文档下载.docx
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abaquscae。
启动ABAQUS/CAE后,在出现的StartSection(开始任务)对话框中选择CreateModelDatabase。
1.3创建部件
在ABAQUS/CAE顶部的环境栏中,可以看到模块列表:
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的几何形体。
可以参照下面步骤创建悬臂梁的几何模型。
(1)创建部件。
对于如图1-1所示的悬臂梁模型,可以先画出梁结构的二维截面(矩形),再通过拉伸得到。
单击左侧工具区中的(CreatePart)
按钮,或者在主菜单里面选择Part--Create,弹出如图1-2所示的CreatePart对话框。
图1-2CreatePart对话框
在Name(部件名称)后面输入Beam,ModelingSpace(模型所在空间)设为3D,Shape选择Solid(实体),Type采用默认的Extrusion,在Approximatesize里面输入300。
单击Continue...按钮。
注意:
如果无法输入字符,原因可能是当前正处于中文输入法的状态,应切换到英文输入法。
(2)绘制矩形。
ABAQUS/CAE自动进入绘图环境,左侧的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的点划线即当前二维区域的X轴和Y轴。
二者相交于坐标原点。
选择绘图工具箱中的
工具,窗口提示区显示Pickastartingcornerfortherectangle--orenterX,Y(选择矩形的一个角点,或输入X,Y的坐标),如图1-3所示。
图1-3输入点坐标
输入矩形的第一个点得坐标为(-100,10),移动光标选择与该店相对的点得坐标为(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的撤销工具
来撤销上一步操作,也可以使用删除工具
来删除错误的几何图形,具体操作步骤入校所示。
a单击绘图工具箱中的删除工具
。
b在所绘图形中选择要删除的线或者图形,ABAQUS/CAE以红色高亮显示被选中的对象。
提示:
如果想删除多个对象,可以在单击此对象的同时按住Shift键,或者按住鼠标左键不放,在视图区中画出一个矩形框,选中矩形框中的对象。
如果想取消对某对象的选择,可以在单击此对象的同时按住Ctrl键。
c在视图区单击鼠标中键,或者单击提示区中的Done按钮,结束对删除工具
的使用。
d根据需要,重复a、b、c步骤。
在确认结束某一步操作的时候,一般总是在视图区中单击鼠标中键,或者单击窗口底部提示区的Done按钮(完成),一下不再赘述。
(3)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的结构图,如图1-5所示。
图1-4“编辑基本拉伸”对话框
图1-5形成的悬臂梁结构图
(4)保存模型。
在下一步之前,单击窗口顶部工具栏中的
按钮来保存所建立的模型。
键入希望保存的文件名,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的模型进行保存操作。
此处把该部件取名为beam。
说明:
ABAQUS/CAE不会自动保存模型的数据,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的对话框,选择Yes就可以自动恢复尚未保存的数据,但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的习惯。
1.4创建材料和截面属性
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。
(1)创建材料。
单击工具区左侧的
(CreateMaterial)按钮,或者在主菜单中选择Material--Create,弹出EditMaterial对话框(也可以双击左侧模型树中的Material来完成此操作),如图1-6所示。
图1-6EditMaterial对话框
在Name(材料名称)后面输入Steel,单击此对话框中的Mechanical(力学特性)--Elasticity(弹性)。
在数据表中设置Young’sModulus(弹性模量)为2e3,Poisson’sRatio(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输入弹性模量和泊松比
在ABAQUS/CAE中,如果希望修改或撤销已经完成的操作,可以在窗口左侧的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的
按钮来撤销上一步操作。
(2)创建截面属性。
单击左侧工具区的
(CreateSection)按钮,或者在主菜单中选择Section--Create,弹出CreateSection对话框(也可以双击左侧模型树中的Section来完成此操作),Name改为BeamSection,保持其他默认参数不变,单击Continue...按钮。
在弹出的EditSection对话框(见图1-8)中,默认的参数(Material:
Steel;
Type:
Solid,Homogeneous;
Planestress/strainthickness:
1)不变,单击OK按钮。
图1-8EditSection对话框
(3)给部件赋予截面属性。
单击左侧工具区中的
(AssignSection)按钮,或者在主菜单中选择Assign--Section,单击视图区中的悬臂梁模型,ABAQUS/CAE以红色高亮显示被选中,在视图区单击鼠标中键,弹出EditSectionAssignment对话框,如图1-9所示,单击OK按钮。
图1-9EditSectionAssignment对话框
ABAQUS/CAE不把材料属性直接赋予单元或者几何实体,而是首先在截面属性(Section)中定义材料特性,再为每个部件赋予相应的截面属性。
ABAQUS/CAE推荐的建模方法是把整个数值模型(如材料、载荷、边界条件等)都直接定义在几何模型上,而不是像其他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和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,得到初步的模型结果,然后再适当的区域细化网格。
1.5定义装配件
整个分析模型是一个装配件,前面的Part功能模型中创建的各个部件将在Assembly功能模块中装配起来。
具体的操作方式:
在窗口左上角Module列表中选择Assembly(装配)功能模块。
(InstancePart)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的Assembly左侧的+号,然后双击其下一层的Instance来完成此项操作)。
在弹出的CreateInstance对话框中(见图1-10),前面创建的部件beam自动被选中,默认参数为InstanceType:
Dependent(meshonpart),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(Initialstep),可以在其中施加边界条件,用户必须自己创建后续分析步(analysisstep),用来施加载荷。
具体操作方法如下。
图1-10CreateInstance对话框
(1)在窗口左上角的Module列表中选择Step(分析步)功能模块。
(CreateStep)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的Steps来完成此项操作)。
(2)在弹出的CreateStep对话框中,在Name后面输入分析步的名称,此处将默认值Step-1改为loadbeam。
其余参数如图1-11所示(Proceduretype:
General;
选择StaticGeneral),单击Continue...按钮。
图1-11CreateStep对话框
(3)在弹出的EditStep对话框(见图1-12)中,Description后面改为Loadthetopofthebeam,其余参数都保持默认值,单击OK按钮,完成操作。
图1-12EditStep对话框
1.7定义边界条件和载荷
在窗口左上角的Module列表中选择Load(载荷)功能模块,定义边界条件和载荷。
1施加载荷
(CreateLoad)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的Loads来完成此项操作)。
在弹出的CreateLoad对话框中(见图1-13),在Name后输入Pressure;
将TypesforSelectedStep(所选分析步的载荷类型)设为Pressure(单位面积上的压力),Step设为loadbeam,单击Continue...按钮。
图1-13CreateLoad对话框
此时窗口底部的提示区信息变为Selectsurfacesfortheload,单击悬臂梁的上表面,ABAQUS/CAE以红色高亮显示所选中的表面,在视图区中单击鼠标中键。
在弹出的EditLoad对话框(见图1-14),在Magnitude后面输入压力103,然后单击OK按钮。
施加载荷后的悬臂梁模型如图1-15所示。
图1-14EditLoad对话框
图1-15施加载荷后的模型
载荷类型Pressure的含义是单位面积上的力,正值表示压力,负值表示拉力。
2定义悬臂梁左侧的固支约束
(CreateBoundaryCondition)按钮,或者在主菜单中选择BC--Create(也可以直接单击左侧模型树中的BCs来完成此操作)。
在弹出的CreateBoundaryCondition对话框中(见图1-16),在Name后面输入BC-2,其余参数都保持默认值,单击Continue...按钮。
图1-16CreateBoundaryCondition对话框
此时窗口底部的提示区信息变为Selectregionsfortheboundarycondition,选择悬臂梁左侧的面,ABAQUS/CAE以红色高亮度的显示选中的平面,如图1-17
所示,在视图区中单击鼠标中键。
图1-17选择施加边界条件的悬臂梁模型
图1-18EditBoundaryCondition对话框
施加边界条件时,要准确地选中要选择的边界面。
如果发现单击后悬臂梁其他部分的面被ABAQUS/CAE红色高亮度显示,说明刚才选中了显示的位置。
这时应重新单击正确的位置。
为了更好的选中位置,可以借助菜单栏下的工具栏中的(RotateView)按钮把悬臂梁旋转到合适的位置,单击鼠标中键。
再根据窗口下面提示区的提示,在旋转后的模型中选中需要施加边界条件的面。
在弹出的EditBoundaryCondition对话框中(见图1-18),在ENCASTRE前的方框中打钩,单击OK按钮,结果如图1-19所示。
图1-19创建边界条件后的悬臂梁模型
1.8划分网格
在窗口左上角的Module列表中选择Mesh(网格)功能模块,在窗口顶部的环境栏中把Object选项设为Part:
beam,如图1-20所示,即为部件beam划分网格,而不是为整个装配件划分网格。
图1-20把划分网格的对象设置为Part:
beam
如果没有选择对部件划分网格,而是按照默认选项来对整个装配件划分网格,接下来的操作就会出现错误信息。
1设置网格控制参数
在主菜单中选择Mesh--Controls命令,或单击左侧工具区的
(AssignMeshControls)按钮,弹出MeshControls(网格控制参数)对话框,将ElementShape(单元形状)设置为Hex,Technique设置为Structured,如图1-21所示,单击OK按钮。
图1-21MeshControls对话框
2设置单元类型
(AssignElementType)按钮,或者在主菜单中选择Mesh--ElementType,弹出ElementType对话框,如图1-22所示。
图1-22ElementType对话框
单击Hex标签项,选择Incompatiblemodest,对话框中就出现了C3D8I单元类型的信息提示。
其余参数采用默认值,单击OK按钮。
3设置种子
在左侧工具区用鼠标单击
(SeedPart)按钮,或者直接在主菜单中选择Seed--Part...,就会出现GlobalSeeds对话框,选择单元大小默认值:
10,如图1-23所示,单击OK按钮。
图1-23GlobalSeeds对话框
4划分网格
(MeshPart)按钮,或者在主菜单中选择Mesh--Part,窗口底部的提示区显示OKtomeshthepart?
(为部件划分网格?
),在视图区单击鼠标中键,或直接单击提示区中的Yes,得到如图1-24所示的网格。
图1-24生成的网格
本例题的目的是通过一个简单的模型,让用户初步了解ABAQUS/CAE的建模方法,因此使用了比较简单的网格划分方法,得到的网格比较粗糙,计算得出的悬臂梁固定端处的应力结果将不会太准确。
如果希望更准确地分析此悬臂梁受均布载荷的问题,可以进一步细化网格。
5检查网格
单击工具区中的VerifyMesh(检查模型)工具
,在视图区选择悬臂梁部件,单击鼠标中键,弹出VerifyMesh对话框,如图1-25所示。
在Type栏内选择Analysischecks(分析检查),单击Highlight按钮,显示没有任何错误或警告信息。
图1-25检查模型网格划分
1.9提交分析作业
在窗口的左上角的Module列表中选择Job(分析作业)功能模块。
1创建分析作业
(JobManager)按钮,或者在主菜单中选择Job--Manager,弹出JobManager对话框,如图1-26所示,单击Create...(创建新的作业)按钮,在Name后面输入Deform,单击Continue...按钮,弹出EditJob对话框,如图1-27所示,将Description设为Cantileverbeam,其他各参数保持默认值,单击OK按钮。
图1-26JobManager对话框
图1-27EditJob对话框
2提交分析
在JobManager对话框中单击Submit(提交分析)按钮。
看到对话框中的Status(状态)提示依次变为Submitted,Running和Completed,这表明对模型的分析已经完成。
单击此对话框中的Results(分析结果)按钮,自动进入Visualization模块。
如果Status提示变为Aborted(分析失败),说明模型存在问题,分析已经终止。
可以单击对话框中的Monitor(监视器)来检查错误信息,然后检查前面各个建模步骤是否都已经准确完成,更正错误后,重新提交分析。
在ABAQUS/CAE对话框的底部常常可以看到两个按钮:
Dismiss和Cancel,他们的作用都是关闭当前对话框,二者的区别在于:
Dismiss按钮出现在包含只读数据的对话框中;
Cancel按钮出现在允许作出修改的对话框中,单击Cancel按钮可以关闭对话框,而不保存所修改的内容。
1.10后处理
看到窗口左上角的Module列表已经自动变成Visualization功能模块,在视图区显示出模型未变形时的轮廓图。
1显示未变形图
(PlotUndeformedShape)按钮,或者在主菜单中选择Plot--UndeformedShape,显示出未变形的网格模型,如图1-28所示。
图1-28未变形的网格模型
2显示变形图
(PlotDeformedShape)按钮,或者在主菜单中选择Plot--DeformedShape,显示出变形后的网格模型,如图1-29所示。
图1-29变形后的网格模型
单击窗口右下角的DeformedShapeOptions,在弹出的对话框中选择Superimposeundeformedplot(覆盖未变形图),单击OK按钮,看到变形图和未变形图的模型一起显示出来。
3显示云纹图
(PlotContoursonDeformedShape)按钮,或者在主菜单中选择Plot--Contours,显示出Mises应力的云纹图,如图1-30所示。
图1-30变形后的Mises应力分布
4显示动画
单击左侧工具区的(Animate:
ScaleFactor)按钮,可以显示缩放系数变化时的动画,再次单击此图标即可停止动画。
5显示节点的Mises应力值
单击窗口顶部工具栏中的
(QueryInformation)按钮,或者在主菜单中选择Tools--Query(查询),在弹出的Query对话框(见图1-31)中,选择Probevalues(查询值),然后单击OK按钮。
图1-31查询分析结果
在弹出的ProbeValues对话框(见图1-32)中,将Probe(查询对象)设为Nodes,选中S,Mises,然后将鼠标移至悬臂梁的任意位置处,此节点的Mises应力就会在ProbeValues对话框中显示出来。
6查询节点的位移
在ProbeValues对话框中单击FieldOutput,弹出FieldOutput对话框,如图1-33所示,当前的默认输出变量是Name:
S(名称:
应力)、Invariant:
Mises(变量:
Mises应力)。
图1-32ProbeValues对话框
将输出变量改为Name:
U(名称:
位移)、Component:
U2(变量:
在方向3上的位移),单击OK按钮,此时云纹图变成对U2的结果显示,如图1-34所示。
将鼠标移至所关心的节点处,此处的U2就会在ProbeValues对话框中显示出来,如图1-35所示,单击Cancel可以关闭此对话框。
图1-33选择方向2上的变形U2作为当前的显示结果
图1-34云纹图:
方向U2上的变形
图1-35显示数值:
节点243处在方向2上的位移U2
1.11退出ABAQUS/CAE
至此,对此例题的完成分析过程已经完成。
按钮来保存模型,然后单击窗口右上方的
按钮,或者在主菜单中选择,退出ABAQUS/CAE。
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