线性静力学分析实例

学号：p1******* 姓名：朱四海

线性静力学分析实例

1.1 问题的描述

一部件结构如图1-1所示，一端面受固定约束，另一端A、B两点受相反方向切向力，求受载后的Mises应力、位移分布。

ν

材料性质：弹性模量E=2e5，泊松比3.0

=

图1-1 部件模型

1.2 启动ABAQUS

启动ABAQUS有两种方法，用户可以任选一种。

（1）在Windows操作系统中单击“开始”--“程序”--ABAQUS 6.10 -- ABAQUS/CAE。

（2）在操作系统的DOS窗口中输入命令：abaqus cae。

启动ABAQUS/CAE后，在出现的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部件的几何模型。

（1）创建部件。对于如上图1-1所示的部件模型，可以先画出二维截面，再通过拉伸得到。步骤如下：

单击左侧工具区中的（Create Part）按钮，或者在主菜单里面选择Part--Create，弹出如图1-2所示的Create Part对话框。

图1-2 Create Part对话框

在Name（部件名称）后面输入ep2，Modeling Space（模型所在空间）设为3D，Shape选择Solid（实体），Type采用默认的Extrusion，在Approximate size里面输入600。单击Continue...按钮。

（2）绘制部件二维截面图。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Pick a center point for the circle--or enter X,Y（选择一个中心点的圆，或输入X,Y的坐标），如图1-3所示。

图1-3 输入圆心坐标

输入圆上任意点坐标为（0,50），回车，第一个圆形就画出来了。继续画第二个圆，圆心坐标为（0,0），圆上任意一点（0,40）。

利用工具，以及和工具画出部件的二维截图，如图1-4所示.

图1-4 部件二维截图

（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450，如图1-5所示。然后单击OK按钮，视图区就出现了部件的结构图，如图1-6所示。

图1-5“编辑基本拉伸”对话框

图1-6 形成的部件结构图

（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File--Save对所建立的模型进行保存操作。此处把该部件取名为eq2。

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（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的Material来完成此操作），如图1-7所示。

图1-7 Edit Material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’s Modulus（弹性模量）为2e5，Poisson’s Ratio （泊松比）为0.3，其余参数不变，单击OK按钮。

（2）创建截面属性。单击左侧工具区的（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的Section 来完成此操作），Name改为eq1Section，保持其他默认参数不变，单击Continue...按钮。

在弹出的Edit Section对话框（见图1-8）中，默认的参数（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

（3）给部件赋予截面属性。单击左侧工具区中的（Assign Section）按钮，或者在主菜单中选择Assign--Section，单击视图区中的部件模型，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

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。

单击左侧工具区的（Instance Part）按钮，在弹出的Create Instance对话框中，前面创建的部件自动被选中，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。

（1）在窗口左上角的Module列表中选择Step（分析步）功能模块。单击左侧工具区的（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的Steps来完成此项操作）。

（2）在弹出的Create Step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loadeq2。其余参数如图1-10 所示（Procedure type：General；选择Static General），单击Continue...按钮。

（3）

图1-10 Create Step对话框

（4）在弹出的Edit Step对话框（见图1-11）中，Description后面改为Load the top of the eq2，其余参数都保持默认值，单击OK按钮，完成操作。

图1-11 Edit Step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）定义部件的边界条件

单击工具区左侧的（Create Boundary Condition）按钮，在弹出的Create Boundary Condition对话框中（见图1-12），在Name后面输入Fixed，将Step设为Initial，其他为默认值，单击Continue...按钮。

图1-12 Create Boundary Condition对话框

此时窗口底部的提示区信息变为Select regions for the boundary condition，选择部件左侧的面，ABAQUS/CAE以红色高亮度的显示选中的平面，在视图区中单击鼠标中键。弹出的窗口如图1-13所示，选择ENCASTRE(U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0)，单击OK 按钮，完成操作。

图1-13 Edit Boundary Condition对话框

（2）施加载荷

单击左侧工具区的（Create Load）按钮，创建load-1，Step设为loadeq2，单击Continue...按钮，在部件上选择受力点，单击，红色即为选中，点击鼠标中键，在弹出的Edit load对话框中输入CF2为50，单击OK按钮，完成操作（见图1-14、图1-15）；同样方法创建load-2。

图1-14 Create Load对话框图1-15 Edit Load对话框

（3）定义边界条件和施加载荷后的部件模型如图1-16所示。

图1-16定义边界条件和施加载荷后的模型

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：eq2，如图1-17所示，即为部件eq2划分网格，而不是为整个装配件划分网格。

图1-17 把划分网格的对象设置为Part：eq2

（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（Assign Mesh Controls）按钮，弹出Mesh Controls（网格控制参数）对话框，将Element Shape（单元形状）设置为Hex，如图1-18所示，单击OK按钮。

图1-18 Mesh Controls对话框

（2）设置单元类型

单击左侧工具区的（Assign Element Type）按钮，或者在主菜单中选择Mesh--Element Type，弹出Element Type对话框，如图1-19所示。

图1-19 Element Type对话框

单击Hex标签项，选择Reduced integration，对话框中就出现了C3D8R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（Seed Part）按钮，或者直接在主菜单中选择Seed--Part...，就会出现Global Seeds对话框，选择单元大小默认值：20，如图1-20所示，单击OK按钮。

图1-20 Global Seeds对话框

（4）划分网格

单击左侧工具区的（Mesh Part）按钮，或者在主菜单中选择Mesh--Part，窗口底部的提示区显示OK to mesh the part ?（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1-21所示的网格。

图1-21 生成的网格

（5）检查网格

单击工具区中的Verify Mesh（检查模型）工具，在视图区选择部件，单击鼠标中键，弹出Verify Mesh对话框，如图1-22所示。在Type栏内选择Analysis checks（分析检查），单击Highlight按钮，显示没有任何错误或警告信息。

图1-22 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

单击左侧工具区的（Job Manager）按钮，或者在主菜单中选择Job--Manager，弹出Job Manager对话框，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Edit Job对话框，如图1-23所示，其他各参数保持默认值，单击OK按钮。

图1-23 Edit Job对话框

（2）提交分析

在Job Manager对话框中，如图1-24所示，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。

图1-24 Job Manager对话框

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

单击左侧工具区的（Plot Undeformed Shape）按钮，或者在主菜单中选择Plot--Undeformed Shape，显示出未变形的网格模型，如图1-25所示。

图1-25 未变形的网格模型

（2）显示变形图

单击左侧工具区的（Plot Deformed Shape）按钮，或者在主菜单中选择Plot--Deformed Shape，显示出变形后的网格模型，如图1-26所示。

图1-26 变形后的网格模型

（3）显示云纹图

单击左侧工具区中的（Plot Contours on Deformed Shape）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1-27所示。

图1-27 变形后的Mises应力分布

（4）显示动画

单击左侧工具区的（Animate：Scale Factor）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（Query Information）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1-28）中，选择Probe values（查询值），然后单击OK按钮。

图1-28 查询分析结果

在弹出的Probe Values对话框（见图1-29）中，将Probe（查询对象）设为Nodes，选中S，Mises，然后将鼠标移至部件的任意位置处，此节点的Mises应力就会在Probe Values对话框中显示出来。

图1-29 Probe Values对话框

（6）查询节点的位移

在Probe Values对话框中点击Field output按钮，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），如图1-30单击OK按钮，此时云纹图变成对U2的结果显示，如图1-31所示。将鼠标移至所关心的节点处，此处的U2就会在Probe Values对话框中显示出来，如图1-32所示，单击Cancel可以关闭此对话框。

图1-30 field output对话框

图1-31 云纹图：方向U2上的变形

图1-32 显示数值：节点49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。单击窗口顶部工具栏中的按钮来保存模型，在主菜单中选择File--Exit，退出ABAQUS/CAE。