ABAQUS实例分析论文.doc
《ABAQUS实例分析论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《ABAQUS实例分析论文.doc(24页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
目录
第一章 Abaqus简介 1
一、 Abaqus总体介绍 1
二、 Abaqus基本使用方法 2
1.2.1Abaqus分析步骤 2
1.2.2Abaqus/CAE界面 3
1.2.3Abaqus/CAE的功能模块 3
第二章基于Abaqus的通孔端盖分析实例 4
一、工作任务的明确 4
二、具体步骤 4
2.2.1启动Abaqus/CAE 4
2.2.2导入零件 5
2.2.3创建材料和截面属性 6
2.2.4定义装配件 7
2.2.5定义接触和绑定约束(tie) 10
2.2.6定义分析步 14
2.2.7划分网格 15
2.2.8施加载荷 19
2.2.9定义边界条件 20
2.2.10提交分析作业 21
2.2.11后处理 22
第三章 课程学习心得与作业体会 23
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。
图2-5创建材料
2)创建截面属性
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。
图2-6创建截面属性
3)给部件赋予截面属性
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。
图2-10
3)使安装板和固定圈的螺钉孔对齐
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。
图2-12
4)安装螺钉
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):
图2-17定义接触面
2)在螺纹处定义绑定约束
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。
图2-19
4)定义安装板与和螺钉之间的接触
点击,在Name后输入Int-ld1-azb,类型为Surface-to-Surfacecontact(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XYplane,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