ABAQUS简支梁分析

1、ABAQUS简支梁分析基于ABAQUS简支梁受力和弯矩的相关分析（梁单元和实体单元）对于简支梁，基于ABAQUS2016,首先用梁单元分析了梁受力作 用下的应力，变形，剪力和力矩；对同一模型，并用实体单元进行 了相应的分析。另外，还分析了梁结构受力和弯矩作用下的剪力及 力矩分析。对于CAE仿真分析具体细节操作并没有给出详细的操作，不过 在后面上传了对应的cae, odb, inp文件。不过要注意的是本文釆 用的是ABAQUS2016进行计算，低版本可能打不开，可以自己提交 inp文件自己计算即可。可以到小木虫搜索：“基于ABAQUS简支梁 受力和弯矩的相关分析”进行相应文件下载。对于一简支梁，

2、其结构简图如下所示，梁的一段受固支，一段 受简支，在梁的两端受集中载荷，梁的大直径彷180mm,小直径 店150mm,曰二200mm, ZF300mm, 7= 1600mm,戶300000N。现通过梁单 元和实体单元分析简支梁的受力情况，变形情况，以及分析其剪力 和弯矩等。材料采用45#钢，弹性模量E=2. le6MPa,泊松比尸0. 28。图1简支梁结构简图1. 梁单元分析ABAQUS2016 中对应的文件为 beam-shaft, cae , beamshaft. odb, beam-shaft, inp。在建立梁p吐t的时候，采用三维线性实体，按照图1所示尺寸 建立，然后在台阶及支撑梁处

3、进行分割，结果如图2所示。图2建立part并分割接下来为梁结构分配材料，创建材料，定义弹性模量和泊松比, 创建梁截而形状，如图3,非别定义两个圆，圆的直接分别为180 和150mm。然后创建两个截面，截面选择梁截面，再选择图2中的 所有梁，定义梁的方向矢量为（0, 0, -1）（点击图3中的n2, nl, t那个图标即可创建梁的方向矢量），最后把创建好的梁赋给梁结 构。图3创建梁截面形状接下来装配实体，再创建分析步，在创建分析步的时候，点击 主菜单栏的 Output,编辑 Edit Field Output Request,在 SF 前面 打钩，这样就可以在结果后处理中输出截面剪力和力矩，如图

4、4所 示。在Load加载中，在固支处剪力边界条件，约束x, y, z,及绕 x和y轴的转动，如图5所示，同理，在固支另一处约束y, z,及绕x和y轴的转动。在梁的两端添加集中力，集中力的大小为 300000No最后对实体部件进行分网，采用B32梁单元，网格尺寸为 10o完成以上工作后，创建作业并提交分析。（由于操作比较简单,4故没有详细列下所有操作步骤。）Qutput Othgr Tools Plugins Help ?图4 Step中SF输岀编辑=Boundary Condition MAnagerName4/ BC-17 BC-2InitialCreatedCheatedStep proc

5、edure:Boundary condition type: DisplaceBoundary condition status： CreatedCrcre.| Copy. | History Output Rc :匕 Time PointsALE Adaptive Me*5 Interactions号 Intcrocrion Prope 做 Contact Controls 牯 Contact Initializdti 一 J才广cctar，小；1；7朋The XV data -U-Maanatude*Edit Boundary Condition图5边界条件约束图6为等效应力云图，可知最大

6、应力为181. IMPa,最大位置岀现在梁台阶处（梁直径变化处）o根据材料力学，最大弯矩应力产生在c截而，同时根据材料力学知道初段处的最大应力，其应力为M 32Fa 32x300000x2007t x 1506= = 一 =:= 81083MPgx 180=32=32x3OOOOOx3OO = i5719% 兀D从图6和图7可以知道，梁的最大应力以及初段的应力都及理论解一致。图8为梁的等效应力图，可见最大位移出现在梁的两端，最大有1. 639mm。沿着梁的轴线建立路径，然后绘制出梁的变形，图9和图10分别给出了截面剪力和力矩沿路径的变化情况。值得注意的是，图9中剪力图及材料力学的剪力图有区别，

7、其并不是按照设正法画的剪力图，不过其数值的绝对值及材料力学上的一致。图10的弯矩图也材料力分析一致，图11为等效位移沿路径的变化情况。12 / 16S? MisesRel. radius = 1 0000, Angle = -90.0000 (Qvg： 75%)I十l811c十02 +1.660&+03 4-l.S09e+02 4-1.358G+0Z 4-1.207e+02 -4-1.O56B+OZ +9.054e+01 4?.S4Se+01 +6.036e+01 4.S27e+01 -p3.0L38+01 +1.509e+01 -4-I.937C-L4GOB: Job-bearri-shaf

8、t.odb Abqut/Standard 3DEXPEP.IENCE P.20L6xStep: Step-1Increment 1: Step Time -1 00GFfi Dec 02 17:25:07 ? Z015图6等效应力5, MisesRel. radius = 1.0000, Angle = -90.0000 (Avg: 75%)十 1.57Z8+0Z4-1.528e+02+1.485e+02+1.4418+024-1.397e+024-1.354e+024-1.31094-024-1.26694-024-1.2238+02M.179B402aM.135c+02t-1.092e+0

9、2-t-1.046e+02ODB: .lob-bedm-sbaft.odb AbaqusZStandard 3DEXPERIENCE R2016x Fri Dec 02 17:25:07Step: Step-LIncrement 1: Step Time = Prirnar” Var: IdkEs1.000图7中间段等效应力图u. Magnituder +1.639e4-00 +1.502e4-00 +1.366eM-00 + 1.229e4-00 + L.093e4-00 +9.561e-01 4-8.195e-01 -+6.829C-0L-+5.464C-0L 十 4.096e-01 H+

10、2.732C-0L + 1.3666-01+0.000e-b00图8等效位移图【UGS.SI刃，刁农C、侈“仇佗图9剪力SF2沿路径情况&0IX) True CrtWCWros图10弯矩SM1沿路径情况图11等效位移u沿路径情况2. 实体单元分析ABAQUS2016 中对应的文件为 beam-solid, cae , beamsolid. odb, beam-solidinp。按照图1建立相应的实体单元，然后在支撐处切割实体，再建立材料属性，装配，设置步，在创建分析步的时候，点击主菜单栏的 Output,编辑 Edit Field Output Request,在 SF 前面打钩,同 梁设置操

11、作一样。图12实体单元结构图13给出了力载荷及边界条件加载情况，在梁左右两端加载力 载荷，可以选择对应的面，然后加载界面切应力（F/S=300000/（3. 1414*752=16. 9765MPa, S 为圆的面积），也可 以在加载而的中心建立参考点，然后把加载而及参考点相耦合，然 后直接在参考点加载300000N的力即可。在支撐处选择对应的而， 然后加载对应的边界条件约束即可。最后完成相应的分网并提交分 析。图13载荷及边界条件ODB: Job-beam-5olid.odb Abebqus/Standard 3DEXPER(EhCE R2OL6x Sun Dec 04 1S:O3:S2 ?

12、 2D 16S, Mites +1.8696402 +1.713e-fr02 +1.5586-4-0 2 +14028402 十1，24十02 +l.O92e+02 +9.3636401 +7BD9e-t01 +6.256X01 +4.7026+01 +3.1486401 +1.594e-+-01 Hi.0Z2e-01Step: Step-1 Increment 1: Step Tim PriEJfY Vor. Sj Mrses Deformed Vac U Oeformauon Scale Factor： -i-l.SSOe+OZ1.000图14等效应力图U, Maonitude 0894-

13、00 963C-01 07Se-01 168e-01 260e-01 353e-0i gSiOL 538C-01 690e-01 723e-01 815o-01 075e-02 GOOe+OOOD5: Job-beflm-splid.odb Abaqus/Standard 3DE：i45c-01 +4.5386-01 + 3.630e-01 + Z.7Z360L + 1.815e-01 + 9.0756-0Z + 0.0006+00OD0： Job-bcom-5oStep: Step-1 ncrement 1: S I Primorr Vor： U, Mc Deformed Var: UVie

14、w Cut ManagerShow NameModelX-Plane0 Y-PhneZ-Phne比vln Em U1I71M 回图16输出剪力弯矩操作ABAQUS简支梁分析Rename.Min cut value: -21.6147Max cut value: 1646.49 Below Cut On Cut Q Above Cut Free Body 0 SlicingNote: If slicing display is disabled, the options in this tabbed window have no effect cxccpt in the context of c

15、omputing view cut free bodes.I Display slicing0 Step through the active view cut*s rangeC Step along a pre defined path23/16Delete.Options.| Dismiss8181Number of slices / free bodiesAA(J1646.5I OKApply| DefoulKCancel 图17输岀剪力弯矩操作1 Options Tools Pbg-ins Help图18剪力数据数据输出图14给出了等效应力图，其数值结果及梁给出的结果一致，及理论计算也

16、一致，但是图15给出的等效位移图及梁单元计算的等效位移图不同，因此在具体问题分析的时候，我们应该判断具体使用什么单元进行分析。图16到图18给出了如何把沿轴向方向各个截 而的剪力和弯矩输出到一个txt文件的操作。在图16中打开主菜单 Tools中的View Cut Manager,然后在轴线平面前面打钩,结果如 16所示，然后单击图16中的Options,再单击Slicing进入到图 17,设置实体切割的数目，然后单击0K即可。再在主菜单中单击 Report的Free Body Cut,然后按照图18中设置，然后单击0K, 这样就可以在ABAQUS的当前文件夹找到moment, txt文件，里

17、而记 录了各个截而的力矩和弯矩，把里面的数据复制到excel中就可以 绘制出弯矩和剪力图。3. 梁同时受集中力和弯矩分析ABAQUS2016 中对应的文件为 beam-force-moment. cae , beam- force-moment. odb, beam-force-moment. inp。对于该分析，还给 出用Workbench给出的对应分析，其文件为beam-force- moment. wbpj, Workbench 版本为 15. 0。图19为梁在中间受集中载荷和弯矩的结构简图，梁的长度2= 1000mm,梁的直径 怡 100mm,必二9e7N mm, F二300000N,

18、 210000MPa,尸0.28。现采用梁单元进行剪力和弯矩等相关分析。1-MeOFV图19梁受力和弯矩结构简图其建模等分析过程及前而第一个实例的梁单元分析一样，在梁 的中点部分进行切割。为了对比分析只有集中力，弯矩以及集中力 和弯矩同时作用在梁上的几种情形，如图20,对应Load处右键单 击，然后选择Suppress,可以抑制载荷作用，选择Resume,可以激 活抑制的载荷。通过载荷抑制或者激活的设置，然后提交分析，就 可以得到对应载荷情况下的结果。0 Vi Loads 1 1 竺” alil Lo.Switch Context Ctrl+Sp3ce由LoEdit-由LoCopy.畝肌Ren

19、ame.申BCDelete.Del由BCSuppressOzs PrResume陥ReSet As Root11 O|Expand All Under归SkCollapse All Under图20载荷加载情况（1）梁中部只受集中力情形下而四个图给出了只受集中力载荷作用下的等效应力，等效位移，剪力和弯矩图，剪力和弯矩图及材料力学分析一致。S MisesRel. radius = 1.0000, Angle = -90.0000 (Avg: 75%)+9.454e+01 +8.674e4-01 +7.894e+01 +7.114e4-01 +6.334e+01 +5.555e4-01 +4.77

20、5e+01 +3.9956+01 +3.2156+01 +2.435e4-01 十 1,6558 十 01 +8.754e4-00 +9.549e-01sODB: beamment.odb Abaqus/Standard 3DEXPERIENCE R2O16x Thu Dec 081.000! Step-1ncrement1: Step Time =Primary Var: S； MisesDeformed Var: U Deformation Scale Factor: +2,429+02图21等效应力图U? Magnitude +4.116e-01 + 3.773e-01 + 3.430e

21、-01 + 3.087e-01 + 2.744e-01 + 2.401e-01 + 2.058e-01 + 1.715e-01 + i.372e-01 + 1.029e-013+6.860e 02+ 3.430e 02+ 0.000e+00ODB; beam-moment.odb Abaqus/Standard 3DEXPER.IENCE R2016x Thu DecZ Step: Step-1Increment 1: Step Time =1.000Primary Vsr: U, Magnitude图22等效位移图xl.E60.150.100.050.00-0.05-0.10-0.150.2

22、00.4。0600.True distance along path800.1000.SF, SF2 (Avg: 75%)： True Dist. along Path-l* wA Intersections图23轴线方向剪力图X1.E60.200.40D600.8001000.True distance along path SMI (Avg: 75%): True Dist. along Path-1 vf/t ritorsectionso3205060o* COEOZ图24轴线方向弯矩图(2) 梁中部只受弯矩作用下面四个图给出了在梁的中部只加载弯矩作用下的等效应力， 等效位移，力矩和弯矩

23、图。从剪力和弯矩图可以知道，整个梁受到 90000N (必*K9e7 mm *1000mm二90000N)的剪力作用，这及材料力学分析不一致，这应该引起关注。在材料力学分析中，只受到弯 矩作用时，应该没有剪力作用，不过按照这思路也可以做出有弯矩 作用下的剪力和弯矩图。在弯矩图中可以知道，弯矩中部处出现了突变,有均匀剪力作用处，其弯矩呈现线性变化。S,Rd. radius = 1.0000, Ancle = -90.0000(A/g: 7S%)Ff十 S672c + 0L 十S2O4c十01 4-4.736O + 0L 4-4.269+ 01 4-3.801G + 01 4-3.333e+01 4-2.86Se+01 4-2.397e+0L 4-L.9Z9e + 0L 4-1.461e + 0L 4-9.931e + 00 4-S.252e + 00 -*-5.7306-01Step; Step-1 IncrementODB; beem-morricnt.odb Aboqjs/Stcndord 3DEXPSRICFJCE R2016Thu DecIt Step Time =1.000X1.E3J8688.a;92200.400600.True distance along poth800.1000.SF, SFZ (Avg； 75%): True Dist. a