ABAQUS静强度分析

1静强度分析

1.1静强度分析简介

结构静力分析用于研究静载荷作用下结构的响应。静载荷可以是集中力、分布力、力矩、位移、温度等，结构在边界条件及载荷作用下发生变形，产生位移、应力、应变等。

静力分析可以研究结构的刚度、强度是否满足设计要求，帮助改进结构的设计。静力分析得到的节点位移可以用于评估结构的刚度，应力、应变等数据可以用于评估结构的强度。

1.2静力分析基本操作流程

线性静力分析基本操作流程如图1-1，主要操作流程为：创建有限元模型，给有限元模型赋予材料属性，定义分析步类型，设置输出变量，创建边界条件及加载，创建分析作业，提交分析，可视化后处理等。

图1-1 静力分析流程图

1.3边界条件的确定

边界条件的包括载荷和约束的施加。

1.3.1载荷条件施加注意事项

集中载荷和弯矩

•实体单元只有旋转平动自由度，不能将弯矩直接施加在实体单元节点上，如果要在实体单元上施加弯矩，可以通过定义Coupling约束的方法来实现；

•定义集中载荷或弯矩时，可以在Edit Load对话框中选中”Follow nodal rotation”实现；

图1-2 载荷方向分析过程中随节点转动而变化定义方法 线载荷

•线载荷只适用于梁单元；

•在三维实体模型的边上施加分布载荷，可通过将需要施加载荷的边和一个参考点耦合在一起，然后再参考点上施加集中载荷。

面载荷与压力载荷

•面载荷和压力载荷都是单位面积上的载荷，二者的区别是：压力载荷是一个标量，力的方向总是与面垂直；面载荷是一个矢量，其方向可以是任意的，定义面载荷

时必须指定其方向矢量（direction vector）。

重力载荷与体载荷

•重力载荷中给出的是各个方向上的重力加速度，受力区域上所受的合力等于受力区域的体积X密度X重力载荷

•体载荷中给出的是单位体积上的力，与密度无关，受力区域上所受合力等于受力区域的体积X体载荷

1.3.2约束条件

初学者在施加边界约束条件时时常遇到以下两个问题：

1）约束条件的施加是只需要施加在单独的零部件上还是将部件周围的零部件都建立出来，然后将约束条件施加在周边的零部件上；

2）在部件什么位置施加约束，该约束几个自由度。

图1-3三种不同约束条件分析结果对比

边界条件的施加应充分利用结构的对称性。

对称性

平面对称反对称轴对称周期对称

1.4静力分析后处理专题

1.4.1输出图片和动画

在Abaqus/CAE的任一功能模块中，选择菜单File→Frint，在Print对话框中进行相应的设置即可。

图1-4

在Visualization功能模块中选择Animate→Save as，在Save Image Animation对话框中进行相应的设置即可。

图1-5

1.4.2显示分析结果

变形缩放系数

单击按钮，在弹出的Common options对话框中可以设置变形缩放系数。

图1-6

查询变形前后两点之间距离的变化

在Visulization 功能模块中，单击按钮，选择Distance ，可以查询两点之间变形前

后的的距离。

表 1 两点之间变形和变形后的距离

1 2 3 Magnitude Base distance

30.0 40.0 0.0 50.0 Scale

2 2 2 - Deformed distance (unscaled) 29.0 42.0 0.0 51.039 Deformed distance (scaled) 28.0 44.0 0.0 52.154 Relative displacement

(unscaled)

-1.0

2.0

0.0

2.236

上表是一个查询结果的例子，其中前3列是3个方向上的距离，最后一列是距离的合量。表中各行数据含义如下：

1） Base distance ：变形前的距离为50； 2） Scale ：3个方向上的变形缩放系数都为2；

3） Deformed distance (unscaled)：不考虑变形缩放系数的变形后实际距离为51.039； 4） Deformed distance (scaled)：考虑变形缩放系数的变形后距离为52.154； 5） Relative displacement (unscaled)：不考虑变形缩放系数的相对位移为2.236。注意，此处的Relative displacement 是由各方向的相对位移分量计算得到的，即

√(−1.0)2+2.02=2.236

一般情况下，分析人员关心的是两点之间的距离变化，其计算方法应该是变形前后和变形之前的距离只差，即：51.039-50=1.039.

显示局部坐标系下的结果

默认情况下，在后处理中显示单元分析结果时，会自动使用建模时定义的单元局部坐标系，而显示节点分析结果时，总是默认使用全局直角坐标系。

如果希望显示局部坐标系下的节点分析结果，可以进行如下操作：

1）如果建模过程中在节点上定义了局部坐标系，可以在Visulization

功能模块中选择

Result→Options，选中Transformation，单击Nodal；

2）如果建模时没有使用局部坐标系，可以在Visulization功能模块中单击菜单Tools→Coordinate System→Create，创建局部坐标，其类型可以是直角坐标系、柱坐标系或球坐标系，然后单击菜单Result→Option，在transformation标签页中选择User-specified，选中局部坐标系CSYS-1（或模型中已有的局部坐标系）。

多种图形叠加显示

单击（Allow Multiple States）按钮，然后可以通过单击（未变形图）、变形图、云纹图、矢量图或材料方向图来添加重要重叠显示的图形。

再次单击按钮，就可以恢复只显示一种图形的状态。

在下一节静力分析实例中还将介绍其他后处理方法。

1.5静力分析实例

1.5.1问题描述

如图所示支架，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，材料的弹性模型E=210000MPa，泊松比µ=0.3。

支架有以下两种工况：

1）杆件的一端受到沿Y轴负方向上的集中力F=2kN，其大小随时间变化。

2）支架的自由端还在局部区域上受到均布的剪力P s=36MPa。

要求确定这两种工况下支架挠度随时间变化的情况，以及内圆角处的最大主应力。