悬臂梁—有限元ABAQUS线性静力学分析实例

线性静力学分析实例——以悬臂梁为例

线性静力学问题就是简单且常见的有限元分析类型,不涉及任何非线性(材料非线性、几何非线性、接触等),也不考虑惯性及时间相关的材料属性。在ABAQUS 中,该类问题通常采用静态通用(Static,General)分析步或静态线性摄动(Static,Linear perturbation)分析步进行分析。

线性静力学问题很容易求解,往往用户更关系的就是计算效率与求解效率,希望在获得较高精度的前提下尽量缩短计算时间,特别就是大型模型。这主要取决于网格的划分,包括种子的设置、网格控制与单元类型的选取。在一般的分析中,应尽量选用精度与效率都较高的二次四边形/六面体单元,在主要的分析部位设置较密的种子;若主要分析部位的网格没有大的扭曲,使用非协调单元(如CPS4I 、C3D8I)的性价比很高。对于复杂模型,可以采用分割模型的方法划分二次四边形/六面体单元;有时分割过程过于繁琐,用户可以采用精度较高的二次三角形/四面体单元进行网格划分。

悬臂梁的线性静力学分析

1、1 问题的描述

一悬臂梁左端受固定约束,右端自由,结构尺寸如图1-1所示,求梁受载后的Mises 应力、位移分布。

材料性质:弹性模量32e E =,泊松比3.0=ν

均布载荷:F=103N

图1-1 悬臂梁受均布载荷图

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,可以瞧到模块列表: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悬臂梁的几何模型。

（1）创建部件。对于如图1-1所示的悬臂梁模型,可以先画出梁结构的二维截面(矩形),再通过拉伸得到。

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Beam,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300。单击Continue、、、按钮。

注意:如果无法输入字符,原因可能就是当前正处于中文输入法的状态,应切换到英文输入法。

（2）绘制矩形。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轴与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 starting corner for the rectangle--or enter X,Y(选择矩形的一个角点,或输入X,Y的坐标),如图1-3所示。

图1-3 输入点坐标

输入矩形的第一个点得坐标为(-100,10),移动光标选择与该店相对的点得坐标为(100,-10),单击鼠标左键,矩形就画出来了。

如果在绘制过程中操作有误,可以单击绘图工具箱的撤销工具来撤销上一步操作,也可以使用删除工具来删除错误的几何图形,具体操作步骤入校所示。

a 单击绘图工具箱中的删除工具。

b 在所绘图形中选择要删除的线或者图形,ABAQUS/CAE以红色高亮显示被选中的对象。

提示:如果想删除多个对象,可以在单击此对象的同时按住Shift键,或者按住鼠标左键不放,在视图区中画出一个矩形框,选中矩形框中的对象。如果想取消对某对象的选择,可以在单击此对象的同时按住Ctrl键。

c 在视图区单击鼠标中键,或者单击提示区中的Done按钮,结束对删除工具

的使用。

d 根据需要,重复a、b、c步骤。

注意:在确认结束某一步操作的时候,一般总就是在视图区中单击鼠标中键,或者单击窗口底部提示区的Done按钮(完成),一下不再赘述。

（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30,如图1-4所示。然后单击OK按钮,视图区就出现了悬臂梁的结构图,如图1-5所示。

图1-4 “编辑基本拉伸”对话框

图1-5 形成的悬臂梁结构图

（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beam。

说明:ABAQUS/CAE不会自动保存模型的数据,用户每隔一段时间自己保存模型。如果由于意外造成系统死机或者无法自动退出ABAQUS/CAE,下次启动时就会显示自动恢复的对话框,选择Yes就可以自动恢复尚未保存的数据,但就是有时会因为恢复文件中存在错误,出现自动恢复失败,所以建议用户养成经常保存模

型的习惯。

1、4 创建材料与截面属性

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1-6所示。

图1-6 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2e3,Poisson’s Ratio(泊松比)为0、3,其余参数不变,如图1-7所示,单击OK按钮。