支架的有限元分析ABAQUS

支架的线性静力学分析实例：建模和分析计算在此实例中读者将学习ABAQUS/CAE的以下功能。

1) Sketch功能模块:导人CAD二维图形，绘制线段、圆弧和倒角，添加尺寸，修改平面图，输出平面图。

2) Part功能模块:通过拉伸来创建几何部件，通过切割和倒角未定义几何形状。

3) Property功能模块:定义材料和截面属性。

4) Mesh功能模块:布置种子，分割实体和面，选择单元形状、单元类型、网格划分技术和算法，生成网格，检验网格质量，通过分割来定义承受载荷的面。

5) Assembly功能模块:创建非独立实体。

6) Step功能模块:创建分析步，设置时间增量步和场变量输出结果。

7) Interaction功能模块:定义分布榈合约束(distributing coupling constraint)。

8) Load功能模块:定义幅值，在不同的分析步中分别施加面载荷和随时间变化的集中力，定义边界条件。

9) Job功能模块:创建分析作业，设置分析作业的参数，提交和运行分析作业，监控运行状态。

10) Visualization功能模块:后处理的各种常用功能。

结构静力学分析（static analysis）是有限元法的基本应用领域，适用于求解惯性及阻尼对结构响应不显著的问题。

主要用来分析由于稳态外载荷引起的位移，应力和应变等。

本章的静力学分析实例按照ABAQUS工程分析的流程对支架进行线性静力学分析，通过实例基本掌握了分析的流程，同时了解接触的定义。

1.问题描述所示的支架，一端牢固地焊接在一个大型结构上，支架的圆孔中穿过一个相对较软的杆件，圆孔和杆件用螺纹连接。

材料的弹性模量E=2100000MPa,泊松比为0.3。

支架的两种工况1 杆件的一端受到沿着沿Y轴为2000N的集中力，其随着时间变化。

2 支架的自由端还在局部区域上受到均布的剪力Ps=36MPa。

时间（S）集中力（F/KN）0 1.50.2 20.4 1问题分析为简化问题，实例基于结构和载荷的对称性。

此问题研究的是结构的静态响应，所以分析步类型应为Static. General (使用ABAQUS Standard作为求解器)。

由于关心的是应力提中部位也应力状态，所以在模型中使用C3020R单元(20节点缩积分实体单元)。

基于结构和载荷的对林性.可以只取模型的1/2进行分析(见图3-1)。

由于圆孔处螺纹的应力应变状态不是所关心的重点。

Step1 根据草图的尺寸创建三维实体模型。

单击工具箱中的（Create Part），弹出Create Part对话框，输入部件名称，在Modeling Space栏中选择3D,Type栏中选择Deformable，Base Feature栏中选择Solid，Approximate size输入200，如图2所示，单击Continue按钮，进入草图环境。

在草图绘制中，点击，依次输入（12,8），（40,8），（40,0），（0,0），（0,40），（6,40）（6,30）组成的多段线。

然后再次点击，输入（8,20），（8,12）绘制直线。

接着绘制圆弧，点击，将没有闭合的轮廓依次用圆弧连接起来。

形成如下轮廓结束绘制平面图，对草图进行命名，保存草图模型。

选择done。

弹出如下对话框在Depth中输入15，OK出现如下三维模型对模型进行倒角，点，按照提示选择要倒角的边，然后输入倒角半径5。

倒角后的部件切割圆孔，点击，选择面按照要求选择面上的一条边，然后进入草图。

按，选择一条边进行投影，然后创建孤立的点，，然后进行尺寸约束，，以这个点为圆心，做半径为5的圆。

然后进行挖切点击顶部工具栏中的保存，将模型进行保存。

然后进行下一步。

Step2创建材料和截面属性创建材料在窗口右上角的Module列表中选择Property 功能模块，点击左侧工具区中的（Create Material）,弹出Edit Material对话框，点击Mechanical--Elasticity--Elastic,在数据列表中设置杨氏模量为210000，泊松比为0.3，点击OK。

创建截面属性点击左侧工具区中的（Create Section）,点击Continue,在弹出的Edit Section 对话框中，保持默认参数不变（Material:Material 1;Plane Stress/Strain thickness:1）,点击OK赋予截面属性，点击左侧工具区中的（Assign Section）,再点击支架部件，在视图区中点击鼠标中键，然后点击OK。

部件变为绿色的时候，表明已经被赋予了截面属性给部件。

赋予好了截面属性的实体模型为定义装配件在Module列表中选择Assembly功能模块。

点击左侧工具区中的（Instance Part），接受默认参数Instance Type:Dependent (mesh on part),即类型为非独立实体，点击OK。

Step4网格划分进入Mesh功能模块，在Module列表中选择Mesh功能模块，在窗口顶部的环境栏中把Object选项设为Part,即对部件划分网格，而不是对整个装配件划分网格（因为支架式非独立实体）。

当前部件显示为橙色，表明无法使用默认的网格划分技术来生成网格，需要首先把部件分割为几个简单的区域，然后在每个区域上分别生成结构化网格或者扫掠网格。

分割部件点击左侧工具中的，，选择，通过点和法线来定义一个面，选择PQ中点，显示为一黄色的点，然后定义法线，之后确认出现一个黄色的面，将实体进行了部分划分。

继续分割部件，点击左侧工具中的，选中要分割的部分如图，选择，通过点和法线来定义一个面，选择RS中点，显示为一黄色的点，然后定义法线，之后确认出现一个黄色的面，将实体进行了部分划分。

部件变成黄色，表示可以进行网格的划分了。

设置全局种子点击，弹出如下对话框，设置全局种子大小为2布置边界上的种子，弹出，选中圆弧段，种子数量布置为12。

对话框如下，设置网格的参数点击，，选中整个部件，按done,然后弹出如下对话框，选择Hex,即6面体单元，扫掠的方式，点击OK。

设置单元类型点击，弹出对话框，选中整个部件，如图选择单元的属性，如下，选择二次单元，缩减积分，C3D20R单元。

进行网格的划分点击，点击OK，进行网格划分观察到，应力集中部分的网格划分不够细致，可以通过进一步的分割。

点击，选择要细化的面和面上的直线，进入草图，在草图中绘制如下然后退出草图，对实体进行了分割。

点击，选中面，然后按住shift，选中草图。

然后实体分割完成。

点击，选中两段圆弧，然后在上面布置12个种子。

点击，进行Mesh点击保存。

Step5创建分析步骤下面将创建两个分析步.分别用来定义施加在忏件一端的集中载荷和施加在支架自由端上的剪力。

( I )创建第一个分析步在Module列表中选择Step 功能模块，点击左侧工具区中的（Create Step)。

在Name后面输入Step-Lode-1,其余参数保持默认值（Procedure type:General;选中Static,General）,点击Continue。

在弹出的Edit Step 对话框中，点击Incrementation标签，设置Increment Size:Initial(初始增量步大小)为0.2，然后点击OK.（2）创建第二个分析步，再次点击左侧工具区的（Create Step）,在Name后面输入Step-Lode-2,点击Continue。

在弹出的Edit Step 对话框中，保持各参数的默认值不变（初始增量步大小为1），点击OK。

（3）设置场变量输出结果在主菜单中选择Output-Field Output Requests---Manager 对话框中可以看到，ABAQUS/CAE已经自动创建了一个名为F-Output-1的场输出控制，在Step-1中开始起作用，并自动延续到分析步Step-2中。

点击Edit，在弹出的Edit Field Output Request对话框中，点击Stress前面的黑色三角,在下拉的选项中取消对VS，Stress in the elastic-viscous network和PS,Stress in the elastic-plastic network,然后取消对Strains,Forces/Reactions和Contact的选择。

这样，分析过程中将只输出两种变量：应力结果S和位移U。

点击OK，再点击Dismiss。

Step6定义耦合约束模型中将不对称杆件建模，而只是在杆件的一端的受力点处定义一个参考点，然后在此点和圆孔内表面之间建立耦合约束（distribution coupling constraint），从而模拟杆件和圆孔之间的连接关系定义参考点，在Module列表中选择Interaction功能坐标，在主菜单中选择Tools-reference Point,输入坐标（30,20,15）。

然后按回车键确认。

为参考点创建集合，Tools--Set--Manager,点击Create,弹出Create Set对话框。

在Name后面输入Set-Point,点击Continue。

点击标以RP-I为参考点，在视图区中点点击鼠标中建确认。

定义受约束的面在主菜单中选择Tools--Surface--Manager,点击Create，弹出Create Surface 对话框。

在Name后面输入Surf-Hole,点击Continue，再次点击圆孔的内表面，然后在视图区中点点击鼠标键来确认。

定义耦合约束，点击右侧的工具区中的Create Constraint,弹出Create Constraint对话框。

在Name后面输入Constraint-Hole,选择约束类型为Coupling,点击Continue。

保存模型。

Step7定义载荷（1）定义载荷随时间变化的幅值在Module列表中选择Load功能模块，点击主菜单Tools-Amplitude-Create,接受默认的幅值名称Amp-I和类型Tabular,点击Continue。

在弹出的Edit Amplitude对话框中，输入如图所示的分析步时间和幅值，然后点击OK。

（2）定义集中力在主菜单中选择Load--Manager,在弹出的Lode Manager对话框中点击Create,弹出Create Lode对话框。

在Name后面输入Load-Point,将Step设为Step-Lode-1,载荷类型为默认的集中力，然后点击Continue。

（3）在弹出的Region Selection 对话框中，CF2后面输入-1000，将Amplitude-1,然后点击OK。