abaqus有限元建模小例子

问题一: 工字梁弯曲

1.1 问题描述:

在<<材料力学实验>>中，弯曲实验測定了工字梁弯曲应变大小及其分布，以验证弯曲正应力公式。在这里，採用ABAQUS/CAE建立试验件的有限元模型，ABAQUS/Standard模块进行分析求解，得到应力、应变分布，对比其与理论公式计算值及实验測量值的差別。

弯曲实验的相关数据：

材料：铝合金E=70GPa 泊松比0.3

实验装置结构简图如图所示：

结构尺寸测量值：H=50（+/-0.5mm）

h=46(+/-0.5mm)

B=40（+/-0.5mm）

b=2(+/-0.02mm)

a=300(+/-1mm)

F1=30N Fmax=300N N

∆

F100

=

1.2 ABAQUS有限元建模及分析

一对象:

工字型截面铝合金梁

梁的结构简图如图1所示，結构尺寸、载荷、約束根据1.1设定，L取1600mm，两端各伸出100mm。

二用ABAQUS/CAE建立实验件的有限元模型,效果图如下：

边界条件简化：

左侧固定铰支座简化为下表面左参考点处的约束U1=U2=U3=0

右侧活动铰支座简化为下表面右参考点处的约束U1=U2=UR3=0

几何模型

有限元模型

三ABAQUS有限元分析結果

①应力云图（Z方向正应力分量）：施加载荷前

F=300N

②应变（Z方向分量）：

中间竖直平面的厚度方向应变分布图：

F=100N

F=200N

F=300N

由上图可以看出应变沿着厚度方向呈线性比例趋势变化，与实验测得的应变值变化趋势相同。中性轴处应变均接近零值，应变与距离中性轴位移基本为正比关系。

1.3分析结果:

中间竖直截面上下边缘轴向应力数值对比：*10^-6 MPa

距中性轴距ABAQUS模拟实验测量值平均理论值

1/2H -96.182*70000 -97*70000 -6.9165=-70000*98.807

-1/2H 95.789*70000 92*70000 6.9165

问题二：机身中段结构内力、变形分布的有限元分析模型2.1问题描述：

对单块式机身中段结构进行有限元建模分析。

载荷：气密载荷、结构重力、装载作用力

假设机身中段为圆柱框型结构，具体尺寸可以假设获得。现对结构的主要构件（如蒙皮、长桁、隔框、地板等）用有限元进行模拟，分析结构内力分布及变形基本情况。

2.2机身结构组成形式及受力承力分析：

桁梁式机身，中段机身结构主要由长桁、蒙皮、隔框、地板组成，长桁穿过隔框直通结构段，长桁承受机身整体弯曲的轴力，蒙皮主要承受剪力及扭矩还有小部分的轴力，隔框主要起约束及限制位移及变形的作用，机翼升力通过与加强框相连的结构连接件传递至机身，加强框还要承受各部件传来的集中载荷。机身中段为近似圆柱体，主要承受气密载荷、结构重力、装载作用力的作用。

2.3机身结构几何模型及尺寸比例假设

长20米半径4米按10:1建模

2.4机身结构的有限元模型

将机身结构中段离散化为有限元分析模型，要求如实反映结构的几何形状、构造形式、材料特性、传力路线、承载方式和边界约束条件等基本要素。

机身中段结构基本可以近似为圆柱框体，侧面开圆形舷窗。

气密载荷作用下的蒙皮受剪力及弯曲应力，结构长桁及梁受拉伸及弯曲作用力，这里将蒙皮、隔框及腹板、地板简化为壳单元，将长桁、框缘简化为空间梁单元。

1几何模型：

2载荷及边界条件：

气密载荷：内侧0.101 外侧0.091 简化为施加在蒙皮壳单元上的分布压强。结构重力： 2.5*10^-5 施加在整个中段结构上的体作用力。

装载作用力：0.05MPa 施加在地板上表面的均布载荷。

边界条件：

这里忽略机身中段受前后机身结构的作用，由于在飞行状态，机身中段受由机翼传来的气动升力作用，与结构重力及装载重力平衡（气密载荷为自平衡载荷）。在这里将约束施加在机翼机身连接件处，这里简化为对框缘两侧部分区域的约束，截面区域上所有点施加六个独立约束。

3有限元模型：

2.4有限元分析结果

总体应力及变形分布图：