有限元编程作业.docx

有限元编程作业.docx

《有限元编程作业.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有限元编程作业.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

有限元编程作业

1问题描述

一个承受拉力的平板，长为0.2m，高位0.1m，在其中心位置有一个半径为0.02m的小圆孔。

左右端面施加一个均布纵向拉压力P=

。

该板条的材料弹性模量为

Pa，泊松比为0.3。

要求分析圆孔应力集中处的MISES应力。

图1-1带孔板条模型

对上述问题进行力学分析，该问题属于平面应力问题，模型为面对称模型，载荷也是面对称的，理应用1/4或者1/2模型（图1-2）进行建模分析，为了能清楚地看到整个模型的效果，仍采用整体模型进行分析。

为了求中间圆孔区域的精确应力结果，采用了非常精细的网格。

图1-21/2带孔板条模型

基本步骤如下，启动ABAQUS/CAE，创建部件（创建部件，绘制圆弧，绘制直线，保存模型），创建材料和截面属性（创建材料，定义材料的弹性模量和泊松比，创建截面属性，给部件赋予截面属性），定义装配件，设置分析步，定义边界条件和载荷（施加载荷，定义平板左边上的对称边界条件，定义平板底边上的边界条件），划分网格（设置边上的种子，设置网格控制参数，设置单元类型，划分网格），提交分析作业（创建分析作业，提交分析），后处理。

以下为INP输入文件

*Heading

**Jobname:

Job-1Modelname:

Plate-Holl

**Generatedby:

Abaqus/CAEVersion6.8-1

*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO

**PARTS，创建部件Plate-Holl

*Part,name=Part-1

*EndPart

**定义部件Plate-Holl的节点

*Node

1,0.00625944603,0.0189952459,0.

……

.024*******

**定义部件Plate-Holl的单元和单元类型

*Element,type=C3D8R

1,243,244,17,16,1561,1562,1335,1334

……

6135,6327,5480,5479,6359,7645,6798,6797,7677

**内部节点集

*Nset,nset=_PickedSet2,internal,generate

1,7908,1

**内部单元集

*Elset,elset=_PickedSet2,internal,generate

1,6135,1

**创建截面属性Section-1

*SolidSection,elset=_PickedSet2,material=A3

**ASSEMBLY

**创建部件Plate-Holl的实例Part-1

*Assembly,name=Assembly

*Instance,name=Part-1-1,part=Part-1

*EndInstance

**内部节点集、单元集、表面集等

*Elset,elset=__PickedSurf4_S4,internal,instance=Part-1-1

41,62,83,104,125,146,……,5954,5976,5998,6020

*Elset,elset=__PickedSurf4_S5,internal,instance=Part-1-1

210,211,212,213,450,451,……,6022,6023,6024,6025

*Surface,type=ELEMENT,name=_PickedSurf4,internal

__PickedSurf4_S4,S4

__PickedSurf4_S5,S5

*EndAssembly

**MATERIALS

**定义材料A3

*Material,name=A3

*Elastic

2e+11,0.3

**----------------------------------------------------------------

**STEP:

Step-1

**定义一般静态分析步

*Step,name=Step-1

*Static

1.,1.,1e-05,1.

**LOADS

**定义端面上的拉力

**Name:

PressureType:

Pressure

*Dsload

_PickedSurf4,P,-8e+06

**OUTPUTREQUESTS

**输出请求

*Restart,write,frequency=0

**FIELDOUTPUT:

F-Output-1

*Output,field,variable=PRESELECT

**HISTORYOUTPUT:

H-Output-1

*Output,history,variable=PRESELECT

*EndStep

结果输出如下

图1-3模型Mises应力云图

图1-4应变云图

图1-52方向上的应力云图

图1-6剪切应力云图

结果分析从上面的结果可以看出，在圆孔区域存在着比较严重的应力集中现象，从而会引起零件的疲劳、断裂等失效现象。

对容易出现应力集中的结构如小孔、倒角等进行分析有助于改善零件的结构性能。

2问题描述

如图所示的钢球与圆形钢板模型，钢球的半径为0.05m。

钢板的半径为0.25m，厚度为0.05m，假设钢球一垂直于钢板的速度500m/s，平行于钢板的速度1000m/s冲击钢板，冲击时间为

s，分析钢板对钢球冲击的响应。

图2-1钢球和钢板模型

分析问题中钢球与圆形钢板模模型为轴对称模型，边界条件也是轴对称的，所以可以取模型的一半进行建模分析，这里取钢板的一半及整个钢球进行建模。

模拟分析主要研究钢板对钢球冲击的响应情况，钢球的响应不属于重点关注的内容，故可以把钢球作为刚体处理。

Inp输入文件如下

*Heading

Trsnsientanalysisofaballerodingaplate

**Jobname:

erodingModelname:

eroding

*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO

*Part,name=Ball

**定义部件Ball的节点和单元

*Node

1,0.0154508501,0.047552824,0.

……

318,-0.010539026,-0.00299332337,0.0370495468

*Element,type=C3D4

1,163,164,165,166

……

1357,297,49,47,51

*Nset,nset=_PickedSet2,internal,generate

1,318,1

*Elset,elset=_PickedSet2,internal,generate

1,1357,1

**Section:

Section-Ball

**定义部件Ball的截面属性

*SolidSection,elset=_PickedSet2,material=Mat-Ball

*EndPart

*Part,name=Plate

**定义部件Plate的节点和单元

*Node

1,0.,-0.100000001,0.

……

7106,0.0467854999,0.00086529908,0.0450000018

*Element,type=C3D8R

1,202,1051,2292,889,1,11,259,97

6070,7106,7105,7096,7060,2120,2119,2110,2074

*Nset,nset=_PickedSet2,internal,generate

1,7106,1

*Elset,elset=_PickedSet2,internal,generate

1,6070,1

**Section:

Section-Plate

**定义部件Plate的截面属性

*SolidSection,elset=_PickedSet2,material=Mat-Plate

*EndPart

**创建部件Ball和部件Plate的实例

**ASSEMBLY

*Assembly,name=Assembly

*Instance,name=Ball-1,part=Ball

0.,0.,0.1

*EndInstance

*Instance,name=Plate-1,part=Plate

*EndInstance

**创建一个参考点

*Node

1,0.,-3.0615158e-18,0.100000001

*Nset,nset=_PickedSet7,internal

1,

*Nset,nset=_PickedSet8,internal,instance=Ball-1,generate

1,318,1

*Elset,elset=_PickedSet8,internal,instance=Ball-1,generate

1,1357,1

*Nset,nset=_PickedSet10,internal,instance=Plate-1

6,10,98,99,100,101,……，2117,2118,2119,2120

*Elset,elset=_PickedSet10,internal,instance=Plate-1,generate

5824,6070,1

*Nset,nset=_PickedSet11,internal,instance=Plate-1

3,4,5,7,8,9,……，1677,1678,1679,1680

*Elset,elset=_PickedSet11,internal,instance=Plate-1

325,326,327,328,329,330,……，3597,3598,3599,3600

*Nset,nset=_PickedSet12,internal,instance=Plate-1

1,2,4,5,6,7,……，2288，2289,2290,2291

*Elset,elset=_PickedSet12,internal,instance=Plate-1

1,36,37,72,73,108,……，5884,5885,5886,5919

*Nset,nset=_PickedSet13,internal

1,

*Elset,elset=__PickedSurf9_S4,internal,instance=Ball-1

7,149,162,292,485,487,……,1098,1192,1218,1260

*Elset,elset=__PickedSurf9_S2,internal,instance=Ball-1

17,207,275,585,870,1008,……,1228,1235,1308,1326

*Elset,elset=__PickedSurf9_S3,internal,instance=Ball-1

19,57,60,62,66,76,……，1352,1353,1355,1357

**Name:

Symm-PlateType:

Symmetry/Antisymmetry/Encastre

**定义刚体约束:

Rigid-body

*RigidBody,refnode=_PickedSet7,elset=_PickedSet8

*EndAssembly

**MATERIALS

**定义材料Mat-Ball和Mat-Plate

*Material,name=Mat-Ball

*Density

7800.,

*Elastic

2.068e+11,0.3

*Material,name=Mat-Plate

*Density

7800.,

*Elastic

2.078e+11,0.3

*Plastic

1.22e+09,0.

2.44e+09,1.

**定义失效模式

*ShearFailure

1.0

**Conflicts,Generatedkeywords

**INTERACTIONPROPERTIES

**相互作用定义

*SurfaceInteraction,name=Contact

**Name:

Fixed-PlateType:

Displacement/Rotation

*Boundary

_PickedSet11,1,1

_PickedSet11,2,2

_PickedSet11,3,3

_PickedSet11,4,4

_PickedSet11,5,5

_PickedSet11,6,6

*Boundary

_PickedSet12,YSYMM

**PREDEFINEDFIELDS

**施加速度场Velocity

**Name:

VelocityType:

Velocity

*InitialConditions,type=VELOCITY

_PickedSet13,1,1000.

_PickedSet13,2,0.

_PickedSet13,3,-500.

**----------------------------------------------------------------

**定义一个动态显示分析步

**STEP:

Step-1

*Step,name=Step-1*Elset,elset=__PickedSurf9_S1,internal,instance=Ball-1

54,55,107,365,417,507,838

*Surface,type=ELEMENT,name=_PickedSurf9,internal

__PickedSurf9_S4,S4

__PickedSurf9_S2,S2

__PickedSurf9_S3,S3

__PickedSurf9_S1,S1

*Surface,type=NODE,name=_PickedSet10_CNS_,internal

_PickedSet10,1.

**

Applyvelocityoftheball

*Dynamic,Explicit

4e-05

*BulkViscosity

0.06,1.2

**

**INTERACTIONS

**Interaction:

Ball-Plate

*ContactPair,interaction=Contact,mechanicalconstraint=KINEMATIC,cpset=Ball-Plate

_PickedSurf9,_PickedSet10_CNS_

**

**OUTPUTREQUESTS

*Restart,write,numberinterval=1,timemarks=NO

**FIELDOUTPUT:

F-Output-1

*Output,field,variable=PRESELECT

*Output,history

**创建一个新的输出请求，输出接触力、力矩等结果变量

*ContactOutput,cpset=Ball-Plate

CAREA,CFN1,CFN2,CFN3,CFNM,CFS,CFT,CMN,CMS,CMT,XN,XS,XT

**HISTORYOUTPUT:

H-Output-1

*Output,history,variable=PRESELECT

*EndStep

结果输出如下

图2-2钢板Mises应力分布

图2-3模型的内能曲线和动能曲线（绿色为内能，蓝色为动能）

图2-4X方向的接触力

图2-5Z方向的接触力

结果分析：

从分析结果图2-3可以看出，在碰撞过程中模型中的动能大部分转化为内能，只有一部分一其他的形式散发出去。

碰撞过程中的接触力的变化范围比较大，对于结构有较强的破坏性。