懸臂梁-有限元ABAQUS線(xiàn)性靜力學(xué)分析實(shí)例

1、線(xiàn)性靜力學(xué)分析實(shí)例以懸臂梁為例（材料非線(xiàn)性、幾何非線(xiàn)性、接觸等）中，該類(lèi)問(wèn)題通常采用靜態(tài)通用攝動(dòng)（Static，Linear perturbation）分析步進(jìn)行分析。應(yīng)盡量選用精度和效率都較高的二次四邊形/六面體單元，在主要的分析部位設(shè)置較密的種子；若主要分析部位的網(wǎng)格沒(méi)有大的扭曲，使用非協(xié)調(diào)單元（如CPS4I、C3D8I）的性?xún)r(jià)比很高。對(duì)于復(fù)雜模型，可以采用分割模型的方法劃分二次四邊形/六面體單元；有時(shí)分割過(guò)程過(guò)于繁瑣，用戶(hù)可以采用精度較高的二次三角形/四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。懸臂梁的線(xiàn)性靜力學(xué)分析問(wèn)題的描述一懸臂梁左端受固定約束，右端自由，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1-1 所示，求梁受載后的 Mise

2、s 應(yīng)力、位移分布。材料性質(zhì)：彈性模量 E 2e3 ，泊松比 0.3均布載荷：F=103N1-1 懸臂梁受均布載荷圖ABAQUS啟動(dòng) ABAQUS 有兩種方法，用戶(hù)可以任選一種。在 Windows -“程序”-ABAQUS 6.10 -第 1 頁(yè) 共 23 頁(yè)ABAQUS/CAE。DOS 窗口中輸入命令：abaqus cae。ABAQUS/CAE Start Section（開(kāi)始任務(wù)）Create Model Database。創(chuàng)建部件ABAQUS/CAE 頂部的環(huán)境欄中，可以看到模塊列表：Module：Part，這部件可以參照下面步驟創(chuàng)建懸臂梁的幾何模型。1-1 維截面（矩形，再通過(guò) 拉伸得

3、到。單擊左側(cè)工具區(qū)中的（ Create Part）按鈕，或者在主菜單里面選擇Part-Create，彈出如圖 1-2 所示的 Create Part 對(duì)話(huà)框。圖 1-2 Create Part 對(duì)話(huà)框在 Name（部件名稱(chēng)）后面輸入Beam，Modeling Space（模型所在空間）設(shè)第 2 頁(yè) 共 23 頁(yè)3ShapeSoli（實(shí)體TypeExtrusionApproximate size里面輸入 300。單擊 Continue.按鈕。切換到英文輸入法。繪制矩形。ABAQUS/CAE 自動(dòng)進(jìn)入繪圖環(huán)境，左側(cè)的工具區(qū)顯示出XY 軸。二者相交于坐標(biāo)原點(diǎn)。擇繪圖工具箱中的工具，窗口提示區(qū)顯示Pi

4、ck a starting corner for the rectangle-or enter X,（選擇矩形的一個(gè)角點(diǎn)，或輸入X,Y的坐標(biāo)，如圖1-3示。1-3 輸入點(diǎn)坐標(biāo)輸入矩形的第一個(gè)點(diǎn)得坐標(biāo)為（-100,1坐標(biāo)為100，-1，單擊鼠標(biāo)左鍵，矩形就畫(huà)出來(lái)了。如果在繪制過(guò)程中操作有誤，可以單擊繪圖工具箱的撤銷(xiāo)工具來(lái)撤銷(xiāo)上一步操作，也可以使用刪除工具所示。來(lái)刪除錯(cuò)誤的幾何圖形，具體操作步驟入校a 單擊繪圖工具箱中的刪除工具。b 在所繪圖形中選擇要?jiǎng)h除的線(xiàn)或者圖形，ABAQUS/CAE 被選中的對(duì)象。Shift 按住鼠標(biāo)左鍵不放，在視圖區(qū)中畫(huà)出一個(gè)矩形框，選中矩形框中的對(duì)象。如果Ctrl 鍵。

5、c 在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵，或者單擊提示區(qū)中的Done按鈕，結(jié)束對(duì)刪除具的使用。d a、b、c 步驟。注意：在確認(rèn)結(jié)束某一步操作的時(shí)候，一般總是在視圖區(qū)中單擊鼠標(biāo)中鍵，第 3 頁(yè) 共 23 頁(yè)Done按鈕（完成，一下不再贅述。由于前面操作中，已經(jīng)選擇了 Extrusion 類(lèi)型，在上一步退出后， ABAQUS301-4OK1-5示。1-4 “編輯基本拉伸”對(duì)話(huà)框1-5 形成的懸臂梁結(jié)構(gòu)圖保存模型。在下一步之前，單擊窗口頂部工具欄中的 按鈕來(lái)保存所ABAQUS/CAE 會(huì)自動(dòng)加上后綴.cae。用File-Save件取名為 beam。說(shuō)明：ABAQUS/CAE 不會(huì)自動(dòng)保存模型的數(shù)據(jù)，用戶(hù)每隔一段時(shí)

6、間自己保第 4 頁(yè) 共 23 頁(yè)存模型。如果由于意外造成系統(tǒng)死機(jī)或者無(wú)法自動(dòng)退出ABAQUS/CAEYes 創(chuàng)建材料和截面屬性模塊）列表中選擇特性）以下步驟來(lái)定義材料。創(chuàng)建材料。單擊工具區(qū)左側(cè)的 （Create Material）按鈕，或者在主Material-Create，彈出EditMaterial 對(duì)話(huà)框（Material來(lái)完成此操作1-6所示。圖 1-6 Edit Material 對(duì)話(huà)框材料名稱(chēng)）后面輸入Steel，單擊此對(duì)話(huà)框中的Mechanical（力學(xué)特性彈性彈性模量泊松比）為0.3，其余參數(shù)不變，如圖1-7 所示，單擊OK 第 5 頁(yè) 共 23 頁(yè)1-7 輸入彈性模量和泊松比

7、ABAQUS/CAE 中，如果希望修改或撤銷(xiāo)已經(jīng)完成的操作，可以Edit或者Delete在繪制二維平面圖時(shí)，可以單擊繪圖工具箱中的按鈕來(lái)撤銷(xiāo)上一步操作。創(chuàng)建截面屬性。單擊左側(cè)工具區(qū)的（CreateSection）按鈕，或者在Create Section （Section 來(lái)完成此操作，Name BeamSectio，保持其他默認(rèn)參數(shù)不Continue.按鈕。Edit Section 對(duì)話(huà)框（1-8）中，默認(rèn)的參數(shù)Type：Solid，Homogeneous；Plane stress/strain thickness ：1）OK 按鈕。圖 1-8 Edit Section 對(duì)話(huà)框（Assign

8、或者在主菜單中選擇 Assign-Section， 單擊視圖區(qū)中的懸臂梁模型， ABAQUS/CAEEdit Section Assignment1-9OK 按鈕。第 6 頁(yè) 共 23 頁(yè)圖 1-9 Edit Section Assignment 對(duì)話(huà)框在截面屬性（Section）中定義材料特性，再為每個(gè)部件賦予相應(yīng)的截面屬性。注意：ABAQUS/CAE 推薦的建模方法是把整個(gè)數(shù)值模型（如材料、載荷、邊界條件等）都直接定義在幾何模型上，而不是像其他前處理器一樣定義在單元或者節(jié)點(diǎn)上，這樣在修改網(wǎng)格時(shí)不必重新定義材料和邊界條件等模型參數(shù)。這樣在處理復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，可以首先簡(jiǎn)單地劃分粗網(wǎng)格，得到初步的模

9、型結(jié)果， 然后再適當(dāng)?shù)膮^(qū)域細(xì)化網(wǎng)格。定義裝配件整個(gè)分析模型是一個(gè)裝配件，前面的 Part 功能模型中創(chuàng)建的各個(gè)部件將在Assembly 功能模塊中裝配起來(lái)。具體的操作方式：在窗口左上角Module 列表中選擇 Assembly（裝配）功能模塊。單擊左側(cè)工具區(qū)的（Instance Part）按鈕，或者在主菜單中選擇Instance-Create（也可以直接單擊左側(cè)模型樹(shù)中的Assembly左側(cè)的+號(hào)，然后擊其下一層的Instance來(lái)完成此項(xiàng)操作。Create Instance （1-1beam 自動(dòng)Instance Typ：Dependentmesh on parOK按鈕。設(shè)置分析步ABAQU

10、S/CAE 會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)初始分析步（Initialstep邊界條件，用戶(hù)必須自己創(chuàng)建后續(xù)分析步（analysis step操作方法如下。第 7 頁(yè) 共 23 頁(yè)圖 1-10 Create Instance 對(duì)話(huà)框Module Step（分析步）左側(cè)工具區(qū)的 （Create Step）Step-Create（Steps來(lái)完成此項(xiàng)操作。Create Step Name后面輸入分析步的名稱(chēng)，此Step-1 loadbeam1-11 所示（Procedure GeneraStatic GeneraContinue.按鈕。第 8 頁(yè) 共 23 頁(yè)圖 1-11 Create Step 對(duì)話(huà)框Edit S

11、tep對(duì)話(huà)框（見(jiàn)圖1-12）thetop of thebeamOK按鈕，完成操作。圖 1-12 Edit Step 對(duì)話(huà)框定義邊界條件和載荷Module 載荷）和載荷。施加載荷單擊左側(cè)工具區(qū)的（Create 按鈕或在主菜單中選擇Load-Create（也可以直接單擊左側(cè)模型樹(shù)中的 Loads 來(lái)完成此項(xiàng)操作。在彈出的 Create Load（1-13NamePressureTypes for Selected （所選分析步的載荷類(lèi)型）設(shè)為Pressure（單位面積上的壓力），Step 設(shè)為第 9 頁(yè) 共 23 頁(yè)loadbeam，單擊 Continue.按鈕。圖 1-13 Create Loa

12、d 對(duì)話(huà)框Select surfaces for the loaEdit Load 對(duì)話(huà)框（1-1Magnitude 103，然后OK 1-15 所示。圖 1-14 Edit Load 對(duì)話(huà)框第 10 頁(yè) 共 23 頁(yè)圖 1-15 施加載荷后的模型說(shuō)明：載荷類(lèi)型 Pressure 的含義是單位面積上的力，正值表示壓力，負(fù)值表示拉力。定義懸臂梁左側(cè)的固支約束單擊工具區(qū)左側(cè)的 （Create Boundary Condition）BC-Create（BCs 來(lái)完成此操作Create Boundary Condition對(duì)話(huà)框中（1-1Name BC-，其余參數(shù)都保持默認(rèn)值，單擊 Continue.

13、按鈕。1-16 Create Boundary Condition 對(duì)話(huà)框第 11 頁(yè) 共 23 頁(yè)Select regions for the boundary 擇懸臂梁左側(cè)的面，ABAQUS/CAE 所示，在視圖區(qū)中單擊鼠標(biāo)中鍵。1-17 選擇施加邊界條件的懸臂梁模型圖 1-18 Edit Boundary Condition 對(duì)話(huà)框說(shuō)明：施加邊界條件時(shí)，要準(zhǔn)確地選中要選擇的邊界面。如果發(fā)現(xiàn)單擊后懸臂梁其他部分的面被 ABAQUS/CAE 的位置。這時(shí)應(yīng)重新單擊正確的位置。第 12 頁(yè) 共 23 頁(yè)（Rotate按鈕把懸臂梁旋轉(zhuǎn)到合適的位置，單擊鼠標(biāo)中鍵。再根據(jù)窗口下面提示區(qū)的提示，在旋轉(zhuǎn)

14、后的模型中選中需要施加邊界條件的面。Edit Boundary Condition （1-1ENCASTRE OK1-19 所示。1-19 創(chuàng)建邊界條件后的懸臂梁模型劃分網(wǎng)格Module 網(wǎng)格Object Part：beam1-20 beam 網(wǎng)格，而不是為整個(gè)裝配件劃分網(wǎng)格。1-20 Part：beam劃分網(wǎng)格，接下來(lái)的操作就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息。設(shè)置網(wǎng)格控制參數(shù)Mesh-Controls （Assign Controls）按鈕，彈出Mesh 網(wǎng)格控制參數(shù)）對(duì)話(huà)框，將Element （單元形狀）Hex，Technique Structured1-21 所示，單擊OK 按鈕。第 13 頁(yè) 共 23

15、頁(yè)圖 1-21 Mesh Controls 對(duì)話(huà)框設(shè)置單元類(lèi)型單擊左側(cè)工具區(qū)的（Assign Element 按鈕，或者在主菜單中選Mesh-Element 彈出Element Type對(duì)話(huà)框，如圖1-22所示。圖 1-22 Element Type 對(duì)話(huà)框Hex Incompatible C3D8I 單元第 14 頁(yè) 共 23 頁(yè)OK 3 設(shè)置種子在左側(cè)工具區(qū)用鼠標(biāo)單擊 （Seed Part）按鈕，或者直接在主菜單中選擇Global Seeds OK 按鈕。圖 1-23 Global Seeds 對(duì)話(huà)框劃分網(wǎng)格單擊左側(cè)工具區(qū)的（MeshPart）按鈕，或者在主菜單中選擇Mesh-Part，

16、窗口底部的提示區(qū)顯示OK to mesh the part ?（為部件劃分網(wǎng)格？，在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵，或直接單擊提示區(qū)中的得到如圖1-24所示的網(wǎng)格。1-24 生成的網(wǎng)格說(shuō)明： 本例題的目的是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的模型， 讓用戶(hù)初步了解第 15 頁(yè) 共 23 頁(yè)ABAQUS/CAE 比較粗糙，計(jì)算得出的懸臂梁固定端處的應(yīng)力結(jié)果將不會(huì)太準(zhǔn)確。如果希望更準(zhǔn)確地分析此懸臂梁受均布載荷的問(wèn)題，可以進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格。檢查網(wǎng)格Verify 檢查模型）工具 ，在視圖區(qū)選擇懸臂梁部Verify Mesh 1-25 Type Analysis checks（分析檢查Highlight 信息。1-25 檢查模型網(wǎng)格劃分提

17、交分析作業(yè)Module Job（分析作業(yè)）1 創(chuàng)建分析作業(yè)單擊左側(cè)工具區(qū)的 （Job Manager ） 按鈕， 或者在主菜單中選擇Job-ManagerJob Manager 1-26 Create.（新的作業(yè)Name Continue.Edit 1-27 Description Cantilever beamOK 按鈕。第 16 頁(yè) 共 23 頁(yè)圖 1-26 Job Manager 對(duì)話(huà)框圖 1-27 Edit Job 對(duì)話(huà)框2 提交分析Job Manager Submit（提交分析）Status（狀態(tài)）Submitted，Running Completed，這表明對(duì)模型的分析已經(jīng)完成。單

18、擊此對(duì)話(huà)框中的 Results（分析結(jié)果）按鈕，自動(dòng)進(jìn)入第 17 頁(yè) 共 23 頁(yè)Visualization 模塊。提示：如果Status提示變?yōu)锳borte（分析失敗，說(shuō)明模型存在問(wèn)題，分析已經(jīng)終止?？梢詥螕魧?duì)話(huà)框中的監(jiān)視器）查前面各個(gè)建模步驟是否都已經(jīng)準(zhǔn)確完成，更正錯(cuò)誤后，重新提交分析。說(shuō)明：在ABAQUS/CAE 對(duì)話(huà)框的底部常?？梢钥吹絻蓚€(gè)按鈕：Dismiss CancelDismiss 在包含只讀數(shù)據(jù)的對(duì)話(huà)框中；Cancel 按鈕出現(xiàn)在允許作出修改的對(duì)話(huà)框中，單Cancel 按鈕可以關(guān)閉對(duì)話(huà)框，而不保存所修改的內(nèi)容。后處理Module Visualization 圖區(qū)顯示出模型未變形

19、時(shí)的輪廓圖。顯示未變形圖單擊左側(cè)工具區(qū)的 （Plot Undeformed Shape）按鈕，或者在主菜單中選擇Plot-Undeformed Shape，顯示出未變形的網(wǎng)格模型，如圖 1-28 所示。1-28 未變形的網(wǎng)格模型顯示變形圖單擊左側(cè)工具區(qū)的（Plot Deformed Shape）按鈕，或者在主菜單中選Plot-DeformedShape，顯示出變形后的網(wǎng)格模型，如圖1-29所示。第 18 頁(yè) 共 23 頁(yè)1-29 變形后的網(wǎng)格模型單擊窗口右下角的Deformed Shape Options，在彈出的對(duì)話(huà)框中選擇Superimpose undeformed plot（覆蓋未變形圖，單擊OK按鈕，看到變形圖和變形圖的模型一起顯示出來(lái)。顯示云紋圖單擊左側(cè)工具區(qū)中的（Plot Contours on Deformed Shape ）按鈕，或者主菜單中選擇Plot-Cont