ABAQUS实例分析可编辑修改word版.docx

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ABAQUS实例分析可编辑修改word版

《现代机械设计方法》课程结业论文

（2011级）

题目：

ABAQUS实例分析

学生姓名XXXX

学号XXXXX

专业机械工程

学院名称机电工程与自动化学院

指导老师XX

2013年5月8日

第一章：

Abaqus简介

一、Abaqus总体介绍

Abaqus是功能强大的有限元分析软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，模拟非常庞大的模型，处理高度非线性问题。

Abaqus不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以完成系统级的分析和研究。

Abaqus使用起来十分简便，可以很容易的为复杂问题建立模型。

Abaqus具备十分丰富的单元库，可以模拟任意几何形状，其丰富的材料模型库可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、橡胶、聚合物、复合材料、钢筋混泥土、可压缩的弹性泡沫以及地质材料（例如土壤、岩石）等。

Abaqus主要具有以下分析功能：

1.静态应力/位移分析

2.动态分析

3.非线性动态应力/位移分析

4.粘弹性/粘塑性响应分析

5.热传导分析

6.退火成形过程分析

7.质量扩散分析

8.准静态分析

9.耦合分析

10.海洋工程结构分析

11.瞬态温度/位移耦合分析

12.疲劳分析

13.水下冲击分析

14.设计灵敏度分析

二、Abaqus基本使用方法

1.2.1Abaqus分析步骤

有限元分析包括以下三个步骤：

1.前处理（Abaqus/CAE）:

在前期处理阶段需要定义物理问题的模型，并生成一个Abaqus输入文件。

提交给Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit。

2.分析计算（Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit）:

在分析计算阶段，使用Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit求解输入文件中所定义的

数值模型，通常以后台方式运行，分析结果保存在二进制文件中，以便于后处理。

3.后处理（Abaqus/CAE或Abaqus/Viewer）:

Abaqus/CAE的后处理部分又称为Abaqus/Viewer，可用来读入分析结果数据，以多种方法显示分析结果，包括彩色云纹图、动画、变形图和XY曲线图等。

1.2.2Abaqus/CAE界面

图1-1Abaqus/CAE的主窗口

1.2.3Abaqus/CAE的功能模块

一般使用Abaqus/CAE进行应力分析有以下几个经典的步骤：

1、问题的描述

→2、启动Abaqus/CAE→3、创建部件→4、创建材料和截面属性→5、定义装配件→6、设置分析步→7、定义边界条件和载荷→8、划分网格→9、提交分析作业→10、后处理→11、退出Abaqus/CAE

Abaqus/CAE包括一系列的功能模块（module）,每个模块均包含其特定的工具，在Module（模块）列表中可以选择各个功能模块（如图1-2），

图1-2选择功能模块

这些模块的次序同时也是Abaqus/CAE所推荐的模型创建顺序（如图1-3），当然也可以首先划分网格（如图1-4），这样做的好处是，往往在划分网格的过程中，会发现部件的几何模型需要进一步修改，而经过这些修改后，已经定义好的边界条件、载荷和接触等可能变为无效的，需要再重新定义。

图1-3Abaqus/CAE所推荐的模型创建顺序图1-4根据需要来选择适当的建模顺序

第二章基于Abaqus的通孔端盖分析实例

一、工作任务的明确

在安装文件夹中有一个simple文件夹，里面有三个.x_t文件，如图2-1所示。

它们是三个零件，该文章目的是演示将这三个文件通过Abaqus装配好并达到划分网格的目的，最终生成一个.ace文件。

图2-1

二、具体步骤

2.2.1启动Abaqus/CAE

在Windows操作系统中：

[开始]→[程序]→[Abaqus6.8-1]→[ABAQUSCAE]。

启动ABAQUSCAE后，在出现的StartSession（开始任务）对话框中选择CreateModelDatabase（创建新模型数据库）。

如图2-2所示。

图2-2

2.2.2导入零件

如图2-3左图，依次单击主菜单中的File→Import→Part，弹出图2-3右图对话框，选择simple文件夹后可看到三个.x_t文件，它们是通孔端盖的三个组成部件，分别是螺钉、安装板和固定圈。

图2-3导入零件

导入后可看到零件如图2-4所示。

此时零件尚未定义材料，所以表面是白色，待定义了材料后零件表面显示蓝色。

零件zdc零件LD零件azb

图2-4

2.2.3创建材料和截面属性

在窗口左上角的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

点击左侧工具区域中的

（CreateMaterial）,也可以直接双击左侧模型树中的Material来完成此项操作。

在Name（材料名称）后面输入Steel，点击此对话框中的Mechanical（力学特性）→Elasticity（弹性）→Elastic。

在数据表中设置Young’sModulus（弹性模量）为210000，Poisson’sRatio（泊松比）为0.3，其余参数不需改变（如图2-5所示），点击OK。

按上述同样的方法创建ZM-6合金材料。

2）创建截面属性

图2-5创建材料

点击左侧工具区中的（CreateSection），在弹出的对话框中的Name中输入Section-Steel，点击continue，在接着弹出的对话框中将material下拉菜单中的Steel选中，单击OK，此时已定义好Section-Steel。

按照同样的方法定义Section-

ZM，如图2-6所示。

3）给部件赋予截面属性

图2-6创建截面属性

以安装板为例，点击左侧工具区的

（AssignSection），点击视图区中的安

装板模型，Abaqus/CAE以红色高亮度显示被选中的实体边界，如图2-7所示。

在视图区的空白点击鼠标中键，弹出EditSectionAssignment对话框，将Section设置为Section-Steel，点击OK。

另外两个零件的赋予截面属性方法与此类似。

赋予截面属性后，各个部件表面变成绿色。

图2-7

2.2.4定义装配件

1）添加实体

进入Assembly功能模块，点击，选中全部部件，然后点击OK，如图2-8

所示。

图2-8添加装配实体

2）使固定圈下表面与安装板上表面相接触

长按

按钮，弹出接触面约束类型选项，将鼠标移动至

（FacetoFace）然后放开，如图2-9所示。

图2-9

首先点击固定圈下表面，再点击安装板的上表面，在所点击的位置会显示出面的方向。

在窗口底部的提示区中点击Flip来更正方向，然后点击OK。

如图2-10左图所示。

提示区中显示的两个面的默认距离为0.0，按回车键确认。

得到的模型如图2-10右图所示。

3）使安装板和固定圈的螺钉孔对齐

图2-10

重复图2-9所示的步骤，将鼠标移动至（Coaxial）放开，先点击固定圈上的某个螺纹孔的内表面，再点击安装板的某个螺纹孔的内表面，点击OK。

图2-11

如图2-11所示，此时只定义了一对螺纹孔，还需要定义一对螺纹孔才能把固定圈装配到正确的位置，再次点击

，先后选择需对齐的两个螺纹孔的内表面，点击OK，此时安装板与固定圈就已经装配到正确的位置，如图2-12表示。

4）安装螺钉

图2-12

安装螺钉分为三个部分，先要使螺钉螺纹柱与螺纹孔对齐，然后是安装板的底面与螺钉头部的底面相接触，最后对这个螺钉进行阵列。

首先单击

，先后选择螺钉的螺纹柱和安装板的螺纹孔，点击Flip选好方向后点击OK确认，螺钉的位置如图2-13所示。

图2-13

单击

，分别选择螺钉头部的底面和安装板的底面，使螺钉装配到正确的位置，这里要注意箭头的方向，如果方向相反则装配会出现错误，点击Flip改正方向后点击OK确认。

正确的螺钉位置如图2-14所示。

图2-14

点击工具区中的

（环形阵列），在视图区点击螺钉，在提示区中点击Done,弹出阵列对话框（如图2-15左图），将阵列数量改成8，角度改为360度，点击Axis然后选择Y轴，待看到阵列出的螺钉处于正确位置后点击OK退出,阵列后如图2-15右图所示。

图2-15阵列螺钉

2.2.5定义接触和绑定约束（tie）

下面将在安装板和固定环之间定义接触，在螺钉和底座的螺纹处建立绑定约束。

1）定义接触和绑定约束所要用到的各个面

在定义这些面之前，由于已经完成assembly过程；造成平面选择困难，此过程成可以使用view-assemblydisplayoptions；如图2-16所示，分别勾选不同的零部件进行显示，从而正确快速地确定出对应的面。

图2-16

进入Interaction功能模块，双击模型树中的Surface,新建一个接触面，先给这个面命名，确认后开始在模型上选择要定义的面，选好后点击提示区的

Done。

注意：

在选择阵列过的螺钉上的接触面时要先把安装板设为Suppress状态。

依次定义如图2-17所示的接触面（螺钉只选一个作解释，其余的都一样）：

2）在螺纹处定义绑定约束

图2-17定义接触面

在模型树中双击Constraint，出现如图2-18左图所示对话框，按图中设置好名称和类型后点击Continue，点击窗口底部提示区右侧的Surface按钮，在弹出的RegionSelection对话框中，选中Surf-zdc-ld1来作为绑定约束的主面，点击Continue，再次点击提示区中的Surface按钮,选中Surf-ld1-zdc来作为绑定约束的从面。

在弹出的EditConstraint对话框中（如图2-18中图），将PositionTolerance设为Specifydistance:

0.02，点击OK退出。

按同样的方法设置如图2-18右图中的各个绑定约束。

图2-18

3）定义带库伦摩擦的接触属性和不带摩擦的接触属性

点击

（CreateInteractionProperty），在Name后面输入IntProp-friction-015，点击Continue。

点击Mechanical→TangentialBehavior，把摩擦类型改为Frictionformulation:

Penalty，在FrictionCoeff下面输入0.15，然后点击OK。

如图2-19左图所示。

同样，再次点击

，在Name后面输入IntProp-no-friction，点击Continue。

点击Mechanical→TangentialBehavior，把摩擦类型改为Frictionformulation:

Frictionless。

如图2-19右图所示。

4）定义安装板与和螺钉之间的接触

图2-19

点击，在Name后输入Int-ld1-azb，类型为Surface-to-Surface

contact（standard），点击Continue。

在弹出的RegionSelection对话框中，选中Surf-azb-ld作为主面，点击Continue。

点击窗口底部提示区中的Surface按钮，选中Surf-ld1-azb作为从面，点击Continue。

在弹出的EditInteraction对话框中，按照图2-20左图进行设置。

按照同样的方法定义Int-ld2-azb到Int-ld8-azb。

5）定义安装板和固定圈之间的约束

点击

，在Name后输入Int-azb-zdc，类型为Surface-to-Surfacecontact（standard），点击Continue。

在弹出的RegionSelection对话框中，选中Surf-azb-zdc作为主面，点击Continue。

点击窗口底部提示区中的Surface按钮，选中Surf-zdc-azb作为从面，点击Continue。

在弹出的EditInteraction对话框中，按照图2-20右图进行设置。

图2-20

6）保存模型

点击窗口顶部工具栏中的

来保存所建的模型。

2.2.6定义分析步

本模型中将包含以下分析步：

1）初始分析步initial

施加固定圈的固支边界条件

2）第一个分析步（名称为S1-tempFix-10N）

在安装板的端面上定义临时的固支边界条件，在螺钉上施加很小的预紧力（10N），

让各个接触关系平稳的建立起来。

按照图2-21进行设置

图2-21

3）第二个分析步（名称为S2-freeTemp-10N）

去掉安装板端面上的固支边界条件，保持螺钉上的10N预紧力不变。

按照图2-22进行设置

图2-22

4）第三个分析步（名称为S3-15KN）

将螺钉上的预紧力增加到15000N；按照图2-21进行设置

图2-23

创建上述分析步的具体操作方法为：

进入Step功能模块，点击

。

在Name

后面输入分析步名称，类型为默认的Static,General，点击Continue，各项参数按照如图设置，直接点击OK。

2.2.7划分网格

1）划分螺钉网格

为了在后面的操作中定义螺栓载荷（boltload），需要分割螺钉，得到一个能施加预紧力的面。

进入Mash功能模块，在窗口顶部的环境栏中把Object选项

设为Part:

LD。

在左侧工具区中的

上点击鼠标左键，在提示区中选择XY

plane，offset设为32，按回车确认,得到如图2-24左图所示的基准面。

在左侧工具区中的

上按住鼠标左键，在拉出的选项中选择第二个按钮

，点击刚才

创建的基准面的边线，然后按鼠标中键来确认，螺钉被分割完成。

分割后的螺钉如图2-24右图所示。

图2-24分割螺钉

鼠标左键长按

按钮，选择

，由于之前已经分割产生了一个预紧力的施加面，所以这里只要点击螺钉的螺帽部分，如图2-25所示，按鼠标中键确认后再点击螺帽与安装板的接触面，然后点击提示区中的

按钮，这样就将螺钉分成了三个部分。

图2-25

点击

，选中螺钉，在弹出的对话框中按照如图2-26左图设置全局种子参数。

设置全局种子：

1.5；再选择seededgebysize

设置增大螺钉ld与azb接触面上的种子密度：

1.0

图2-26

点击

，选中螺钉，确认后弹出MashControls对话框，按图2-27进行设置网格划分方法。

:

设置网格参数：

ElementShape：

Hex（三维区域可以用较小的计算代价得到较高的精度）Techniques:

Sweep（扫掠网格划分技术）

Alogrithm：

Medialaxis（中性轴算法）

图2-27

点击

按钮，选中螺钉，确认后弹出对话框按照图2-28左图所示设置，选

择C38DR完成后点击OK。

点击

按钮，选中螺钉，点击提示区中的OK，软件开始为螺钉划分网格，结果如图2-28右图所示。

图2-28

2）划分安装板网格

Object选择Part:

azb，此时零件显示为褐色，是不能进行扫掠网格划分的，需要提前将部件分割成若干区域。

通过

这些分割方法将安装板合理切割成若干块后，部件将呈图2-33（3）左图所示的黄色和绿色，

注意要确保不能留有褐色的部分。

设置全局种子参数为3，在与螺钉接触面上定义种子数设为：

1；点击

，确认后进行网格划分，划分完成后点击

，显示

过程如图2-29所示。

图2-29

设置全局种子：

3对与螺钉接触处设为：

1；划分网格，如图2-30所示；

图2-30

3）划分固定环网格

Object选择Part:

zdc，按照上述方法将固定环切割成若干个形状规则的部分，如图2-31所示，点击

设置全局种子参数Approximateglobalsize:

3，点击OK。

点击

选中整个部件，弹出如下图右图对话框，点击OK。

设置网格参数：

ElementShape：

Hex三维区域Techniques:

Sweep（扫掠网格划分技术）Alogrithm：

Advancingfront

图2-31

点击

，按照图2-28设置，点击选择：

设置单元类型：

C3D8R:

An8-

nodelinearbrick,reducedintegration,hourglasscontrol.（六面体非协调模式单元）。

点击

，确认后进行网格划分，划分完成后点击

，显示为如图2-32左图所示。

图2-32

到此为止，部件网格已经全部划分完毕，Object选择Assembly，视图区显示整个装配体网格划分完成后的图像，如图2-33所示

2.2.8施加载荷

1）在第一个分析步中，在螺钉上施加10N的预紧力

进入Load功能模块，双击模型树中的Load，在Name后输入Load-1，载荷类型为boltload，如图2-34左图所示，然后点击Continue，点击施加螺栓载荷的面，如中图所示。

图2-34

在提示区中点击purple按钮，然后点击Y轴，在弹出的EditLoad对话框中，接受默认的承载方式Applyforce,在Magnitude后面输入预紧力的大小10，然后点击OK，加上预紧力的螺栓如图2-34右图所示。

按同样的方法定义预紧力Load-2到Load-8。

2）在第三个分析步中，将螺栓预紧力增加到15000N

如图2-35所示，在上一步已经定义好的8个预紧力中，分别双击每个预紧力的第三个分析步S3-15KN（Propagated）,在弹出的对话框中将Magnitude改为15000N，点击OK。

图2-35

2.2.9定义边界条件

在安装板的的端面上定义临时的固支边界条件，双击模型树中的BC,新建边界条件，名称为BC-temp-fix,分析步为inicial，点击Continue，然后选中如图2-36左图所示红色区域，在弹出的编辑边界条件对话框中勾选YASYMM，点击OK。

图2-36

在固定圈上定义固支边界条件，双击BC，名称为BC-zdc-fix,分析步为initial，点击Continue，然后选中如图2-37左图所示红色区域，在弹出的编辑边界条件对话框中勾选ENCASTRE，点击OK。

图2-37

在第二个分析步中，再去掉BC-temp-fix这个固支边界条件：

在BoundaryConditionManager对话框中点击BC-temp-fix在第二个分析步下面的Propagated，然后点击Deactivate按钮。

如图2-28所示。

图2-38

2.2.10提交分析作业

进入job功能模块，创建名为Job-1的分析作业，如图2-39左图所示，保存模型，在JobManager对话框中可以对以创建的分析作业进行修改和仿真，点击Submit按钮，在Status后面显示Running表示软件正在仿真，点击Monitor按钮可以查看软件仿真到了哪一步。

图2-39

提交作业后经过一多小时的仿真过程，最终显示仿真成功。

2.2.2后处理

在job栏左侧直接点击

或者，直接打开仿真文件job.obd.点击

显示应力云图，同时还可以点击生成动画保存视频（视频保存于作业文件夹内）。

由于为了便于观察，在文档中显示更加清晰，取K=40；具体过程如下图所示：

（左图为没有变形的图，右图为受力云图）

Step1—11过程时，零件尚未发生变形：

Step2时，零件能有少量的应力产生，但是任然看不出有形变发生。

Step3时，随着力加到15000N，随着时间推移零件变形逐渐增大:

分别选择云图和矢量图：

选择fieldout：

（s/u）,显示零件的变形（k=200，便

于观察文档）。

整个过程的动画视频，放在作业的文件夹里；播放过程中，零件受力变形非常直观。

显示节点单元信息：

利用tools—Query—Probevalues查询分析结果，分别勾选probe为Nodes与Elements，则随着鼠标移动，分别显示LD,zab，zdc零件上的节点单元信息。

利用tools—XYData—Manager，选择step1—step2—step3的Externalwork

图以及totalenergy图。

Externalwork图

totalenergy图