ABAQUS实例分析

《现代机械设计方法》课程结业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 （ 2011 级） 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 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 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 1.2.1 Abaqus分析步骤 2 1.2.2 Abaqus/CAE界面 3 1.2.3 Abaqus/CAE的功能模块 3 第二章 基于Abaqus的通孔端盖分析实例 4 4 一、工作任务的明确 4 二、具体步骤 2.2.1 启动Abaqus/CAE 4 2.2.2 导入零件 5 2.2.3 创建 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 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 3 第三章 课程学习心得与作业体会 2 第一章： Abaqus简介 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： 静态应力/位移分析 动态分析 非线性动态应力/位移分析 粘弹性/粘塑性响应分析 热传导分析 退火成形过程分析 质量扩散分析 准静态分析 耦合分析 海洋工程结构分析 瞬态温度/位移耦合分析 疲劳分析 水下冲击分析 设计灵敏度分析 Abaqus基本使用方法 1.2.1 Abaqus分析步骤 有限元分析包括以下三个步骤： 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。 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。 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。 1.2.2 Abaqus/CAE界面 图1-1 Abaqus/CAE的主窗口 1.2.3 Abaqus/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1-3 Abaqus/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]→[Abaqus 6.8-1]→[ABAQUS CAE]。启动ABAQUS CAE后，在出现的Start Session(开始任务)对话框中选择Create Model Database(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。 创建材料 点击左侧工具区域中的（Create Material）,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’s Modulus(弹性模量)为210000，Poisson’s Ratio(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 创建截面属性 点击左侧工具区中的（Create Section），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 给部件赋予截面属性 以安装板为例，点击左侧工具区的（Assign Section），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Edit Section Assignment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 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 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（Face to Face）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 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 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。 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-assembly display options；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 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Region Selection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Edit Constraint对话框中（如图2-18中图），将Position Tolerance设为Specify distance: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 定义带库伦摩擦的接触属性和不带摩擦的接触属性 点击（Create Interaction Property），在Name后面输入IntProp-friction-015，点击Continue。点击Mechanical→Tangential Behavior，把摩擦类型改为Friction formulation:Penalty，在Friction Coeff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→Tangential Behavior，把摩擦类型改为Friction formulation:Frictionless。如图2-19右图所示。 图2-19 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-Surface contact(standard)，点击Continue。在弹出的Region Selection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Edit Interaction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。 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-Surface contact(standard)，点击Continue。在弹出的Region Selection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Edit Interaction对话框中，按照图2-20右图进行设置。 图2-20 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： 初始分析步initial 施加固定圈的固支边界条件 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 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 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 划分螺钉网格 为了在后面的操作中定义螺栓载荷（bolt load），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seed edge by size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Mash Controls对话框，按图2-27进行设置网格划分方法。: 设置网格参数： Element Shape：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： Medial axis（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 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 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Approximate global size: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： Element Shape：Hex 三维区域 Techniques: Sweep(扫掠网格划分技术) Alogrithm： Advancing front 图2-31 点击，按照图2-28设置，点击选择：设置单元类型：C3D8R: An 8-node linear brick, reduced integration, hourglass control. （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 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bolt load，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Edit Load对话框中，接受默认的承载方式Apply force,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。 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Boundary Condition Manager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Job Manager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field out：(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—Probe values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—XY Data—Manager，选择step1—step2—step3的External work图以及total energy图。 External work图 total energy图