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 1.5

0.2 2

0.4 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，