ABAQUS线性静力学分析实例

1、ABAQU戯性静力学分析实例荿蚇衿膃蒂葿螅膂膁线性静力学分析实例线性静力学问题是简单且常见的有限元分析类型， 不涉及任何非线性(材料 非线性、几何非线性、接触等)，也不考虑惯性及时间相关的材料属性。在ABAQUS中，该类问题通常采用静态通用(Static, Genera)分析步或静态线性 摄动(Static, Lin ear p erturbati on)分析步进行分析。 zoep2。线性静力学问题很容易求解，往往用户更关系的是计算效率和求解效率， 希 望在获得较高精度的前提下尽量缩短计算时间，特别是大型模型。这主要取决于 网格的划分，包括种子的设置、网格控制和单元类型的选取。在一般的分析中，

2、 应尽量选用精度和效率都较高的二次四边形 /六面体单元，在主要的分析部位设置较密的种子；若主要分析部位的网格没有大的扭曲，使用非协调单元(如CPS4I、C3D8I)的性价比很高。对于复杂模型，可以采用分割模型的方法划分 二次四边形/六面体单元；有时分割过程过于繁琐，用户可以采用精度较高的二 次三角形/四面体单元进行网格划分。Nedzy。悬臂梁的线性静力学分析1.1问题的描述悬臂梁左端受固定约束，右端自由，结构尺寸如图1-1所示，求梁受载后的Mises应力、位移分布。材料性质：弹性模量E 2e3，泊松比0.31.2 启动 ABAQUS启动ABAQUS有两种方法，用户可以任选一种。(1)在 Win

3、dows操作系统中单击“开始”-“程序” -ABAQUS 6.10 -ABAQUS/CAE 。 ZMasR(2)在操作系统的DOS窗口中输入命令：abaqus cae启动ABAQUS/CAE后，在出现的Start Section (开始任务)对话框中选择Create Model Database FHbmK1.3创建部件在ABAQUS/CAE顶部的环境栏中，可以看到模块列表：Module: Part,这表示当前处在Part (部件)模块，在这个模块中可以定义模型各部分的几何形体。可以参照下面步骤创建悬臂梁的几何模型。Ciud3。(1)创建部件。对于如图1-1所示的悬臂梁模型，可以先画出梁结构的

4、二维截面(矩形)，再通过 拉伸得到。单击左侧工具区中的( Create P art) H按钮，或者在主菜单里面选择Part-Create 弹出如图 1-2 所示的 Create Part对话框。pgU6v。Name: BeemModeling Spsee请 3D L 2D Planar AxisymmetrkType Deformable 卢 Discrete rigid Analytical rigid * tulerianOp tJorisNone dvailebleBase FeatureSh 弓 pe* Solid一 ShellWirePointTypeRevoluTio nweepA

5、pp roximate size: | 和0匚ontinueICan cel图 1-2 Create Pari对话框在Name （部件名称）后面输入 Beam, Modeling Space （模型所在空间）设 为 3D，Shape选择 Solid （实体），Type采用默认的 Extrusion，在 Approximate size里面输入300。单击Continue.按钮。DaUM。注意：如果无法输入字符，原因可能是当前正处于中文输入法的状态，应 切换到英文输入法。 绘制矩形。ABAQUS/CAE自动进入绘图环境，左侧的工具区显示出绘 图工具按钮，视图区内显示栅格，视图区正中两条相互垂直的

6、点划线即当前二维 区域的X轴和丫轴。二者相交于坐标原点。YQlYe选择绘图工具箱中的 口工具，窗口提示区显示 Pick a starting corner for the rectangle-or enter X,Y（选择矩形的一个角点，或输入 X,Y的坐标），如图1-3所示。MdD2m|HS Pick a stilting corner for the lecUngle -or enter -lOOJcJ图1-3输入点坐标输入矩形的第一个点得坐标为（-100,10），移动光标选择与该店相对的点得坐标为（100，-10），单击鼠标左键，矩形就画出来了。MRICV如果在绘制过程中操作有误，可以单

7、击绘图工具箱的撤销工具巧来撤销上步操作，也可以使用删除工具 来删除错误的几何图形，具体操作步骤入校所示。K7hZ9a单击绘图工具箱中的删除工具/。b在所绘图形中选择要删除的线或者图形，ABAQUS/CAE以红色高亮显示 被选中的对象。提示：如果想删除多个对象，可以在单击此对象的同时按住Shift键，或者按住鼠标左键不放，在视图区中画出一个矩形框，选中矩形框中的对象。如果想取消对某对象的选择，可以在单击此对象的同时按住Ctrl键。xTcVq。c在视图区单击鼠标中键，或者单击提示区中的Done按钮，结束对删除工具的使用。d根据需要，重复a、b、c步骤。注意：在确认结束某一步操作的时候，一般总是在视

8、图区中单击鼠标中键,或者单击窗口底部提示区的 Done按钮（完成），一下不再赘述。PMnuz（3）由于前面操作中，已经选择了 Extrusion类型，在上一步退出后，ABAQUS即弹出“编辑基本拉伸”对话框。在该窗口中，输入拉伸尺寸30，如图1-4所示。然后单击0K按钮，视图区就出现了悬臂梁的结构图，如图1-5所示。jgJbT 1 Rd it FLiy FxtruiinnEnd ConditionType: BlindDepth; 30|OptionsNote: TwKt And rirnft (召nnct he v卩pcifiprl tngpthpr,I Includepitch： 0I I

9、nclude draft, angle： 0m - d匚ancelI OK 1图1-4 “编辑基本拉伸”对话框图1-5形成的悬臂梁结构图AHI按钮来保存所建（4）保存模型。在下一步之前，单击窗口顶部工具栏中的立的模型。键入希望保存的文件名，ABAQUS/CAE会自动加上后缀.caa用户还可以在主菜单中选择对所建立的模型进行保存操作。此处把该部件取名为beam。gyfi。说明：ABAQUS/CAE不会自动保存模型的数据，用户每隔一段时间自己保存模型。如果由于意外造成系统死机或者无法自动退出ABAQUS/CAE，下次启动时就会显示自动恢复的对话框,选择Yes就可以自动恢复尚未保存的数据，但是有时会

10、因为恢复文件中存在错误,出现自动恢复失败，所以建议用户养成经常保存模型的习惯。ptDzS。1.4创建材料和截面属性在窗口左上角 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。单击工具区左侧的（Create Material）按钮，或者在主菜如图1-6所示。S949I。单中选择Material-Create，弹出Edit Material对话框（也可以双击左侧模型树中的Material来完成此操作），12 Ecm帰谢诩Njrn#;1Descruption.Maleriji金悝呵 Mac伽心IQK I图 1-6 Edit Materi

11、al 对话框在Name（材料名称）后面输入 Steel,单击此对话框中的Mechanical （力学特性）-Elasticity （弹性）。在数据表中设置 You ng Modulus （弹性模量）为2e3,Poisson Ratio （泊松比）为0.3，其余参数不变，如图1-7所示，单击OK按钮。MHtbeDataYoungsModulus12e3FoissonsRatioom1图1-7输入弹性模量和泊松比说明：在ABAQUS/CAE中，如果希望修改或撤销已经完成的操作，可以在窗口左侧的模型树中找到此操作，在上面单击鼠标右键，选择Edit或者Delete。在绘制二维平面图时，可以单击绘图工具

12、箱中的按钮来撤销上一步操作。o5ejC。创建截面属性。单击左侧工具区的I鱼I （Create Section按钮，或者在主菜单中选择Section-Create弹出Create Section对话框（也可以双击左侧模型树中的Section来完成此操作），Name改为BeamSection,保持其他默认参数不变,单击 Continue.按钮。LUgtR在弹出的Edit Section对话框（见图1-8）中，默认的参数（Material: Steel;Type： Solid，Homogeneous Plane stress/strain thickness 1) 不变，单击 OK 按钮。rG9W6

13、 Edit SertinnIName: BeHarpSectionType; Solid, HomogeneousWaterifll: Steel! Planethlckress: 1OKCdncel图 1-8 Edit Sectio n 对话框（3）给部件赋予截面属性。单击左侧工具区中的 SI （Assign Section）按钮,或者在主菜单中选择Assig n-Section，单击视图区中的悬臂梁模型，ABAQUS/CAE以红色高亮显示被选中，在视图区单击鼠标中键，弹出Edit SectionAssignment对话框，如图1-9所示，单击OK按钮。dKlDEIHdrt Spcticn

14、AssignmenrRegionRegion: fPicked)Sec tionSection： BeamSectionNotei Li吐 contains only 4actiontapp I icable to the selected regions.Type:Solid, HomogeneousMaterial: SteelCreate.OKCdrLell图 1-9 Edit Section Assig nment 对话框说明：ABAQUS/CAE不把材料属性直接赋予单元或者几何实体，而是首先在截面属性（Section）中定义材料特性，再为每个部件赋予相应的截面属性。kKQhh注意：A

15、BAQUS/CAE推荐的建模方法是把整个数值模型（如材料、载荷、边界条件等）都直接定义在几何模型上，而不是像其他前处理器一样定义在单元或者节点上，这样在修改网格时不必重新定义材料和边界条件等模型参数。这样在处理复杂问题时，可以首先简单地划分粗网格，得到初步的模型结果,然后再适当的区域细化网格。epAxC1.5定义装配件整个分析模型是一个装配件，前面的Part功能模型中创建的各个部件将在Assembly功能模块中装配起来。tcsT p。具体的操作方式：在窗口左上角 Module列表中选择Assembly（装配）功能模块。单击左侧工具区的（Instanee Part）按钮，或者在主菜单中选择In

16、sta nce-Create（也可以直接单击左侧模型树中的Assembly左侧的+号，然后双击其下一层的Instanee来完成此项操作）。lxBfR在弹出的Create Instanee对话框中（见图1-10），前面创建的部件beam自动被选中，默认参数为 In sta nee Ty pe Depen de nt（ mesh on par），单击 OK 按钮。Djo3Y。1.6设置分析步ABAQUS/CAE会自动创建一个初始分析步（Initial step），可以在其中施加 边界条件，用户必须自己创建后续分析步（analysis step，用来施加载荷。具体操作方法如下。Bf2lb。Creat

17、e rstsncePartsBoarnInstance TypeJll L 0*Dependent (mesh on pat壬Irdependeni (mesh on instanceNoter To change a Dependent in&tdnce&mesh, you mut edit its partH mesh. Auto-offset from other instancesI OKApplyCancel图 1-10 Create In sta nee寸话框（1）在窗口左上角的Module列表中选择Step （分析步）功能模块。单击左 侧工具区的|e|（Create Step）按

18、钮，或者在主菜单中选择 Step-Create（也可以直接单击左侧模型树中的Ste pS来完成此项操作）。camYk在弹出的Create Step对话框中，在Name后面输入分析步的名称，此处将默认值Ste p-1改为loadbeam。其余参数如图1-11所示（P rocedure type Gen era；选择 Static Gen era)，单击 Co ntin ue.按钮。mddNs! 1 Create SWpName; loadbearhProrcfiurp lype: GenfiralEiynamic, ExplicirDynamic,FvplirrtG4kstdticHeat tr

19、ansferdiffiisionSoibStatic, RiksContinue. 匚 dncel图 1-11 Create Step寸话框（3）在弹出的Edit Step对话框（见图1-12）中，Description后面改为Load the top of the beam其余参数都保持默认值，单击 OK按钮，完成操作。joSIL I Edit StepName: load be amType: Surk, Generalpcrfmntfltion OHi?rDescription: Load tfie top of the beamTime peri口H: 10 Otf (This set

20、ting controls the mdusior of nonlincdr effectsNIo亡Qm:, h On ofbrgedi、pLjcement, and affect 软ih吕equent Etep、.)3Automatic stabiirzation: None:I In dude adiabatic heating erfe -iiHTechniqueStructured -J FreeSwee p_ Bottom-up 2ZII IiT ip 1OKDefaultsCdrltel图 1-21 Mesh Con trols 对话框2设置单元类型单击左侧工具区的斟（Assign

21、 Element Type）按钮，或者在主菜单中选择Mesh-Element Type 弹出 Element Type对话框，如图 1-22 所示。j8Tyh。 Element T/pe4 sundard CnntroK from lhe main menu bar.OKCancel图 1-22 Eleme nt Type 对话框单击Hex标签项，选择Incompatible modest,对话框中就出现了 C3D8I单元类型的信息提示。其余参数采用默认值，单击OK按钮。XPP3M3设置种子在左侧工具区用鼠标单击(Seed Part)按钮，或者直接在主菜单中选择Seed-Part.就会出现Gl

22、obal Seeds对话框，选择单元大小默认值：10，如图1-23所示，单击OK按钮。CqhCI。 1 Giptial Seeds回Sizing ControlsApproximate global10 0Curvature controlMaxinnum deviation factor (0.0 亡 h/L f 1.0): 0,1(Approximate number of elements per circle: 8)Minimunn “me factor as a Iraction ot global size):* Use default (O.IJ specify (C.O min

23、 w i.0)0.1OKApply IDefaults图 1-23 Global Seeds对话框4划分网格单击左侧工具区的窗口底部的提示区显示OK to mesh the part ?(为部件划分网格？)，在视图区单击鼠标中键，或直接单击提示区中的 Yes,得到如图1-24所示的网格。5goYI。4录图1-24生成的网格说明：本例题的目的是通过一个简单的模型，让用户初步了解ABAQUS/CAE的建模方法，因此使用了比较简单的网格划分方法，得到的网格比较粗糙，计算得出的悬臂梁固定端处的应力结果将不会太准确。如果希望更vAijl 。准确地分析此悬臂梁受均布载荷的问题，可以进一步细化网格。5检查网

24、格单击工具区中的Verify Mesh （检查模型）工具 酩I， 在视图区选择悬臂梁部件，单击鼠标中键，弹出 Verify Mesh对话框，如图1-25所示。在Type栏内选择Analysis checks（分析检查），单击Highlight按钮，显示没有任何错误或警告信息。kq5w&AnalysisSizeMetrics Metrics ChecksColor key丿 Errors7 Warnings Create set FoorElennents-1 : Ti rnii J 亡Rments HighlightReselectDefaultsI Dismi刍&图1-25检查模型网格划分1

25、.9提交分析作业在窗口的左上角的Module列表中选择Job（分析作业）功能模块。1创建分析作业单击左侧工具区的（Job Man ager）按钮，或者在主菜单中选择Job-Manager,弹出Job Manager对话框，如图1-26所示，单击 Create.（创建新的作业）按钮，在Name后面输入Deform，单击Continue.按钮，弹出Edit JobABAQU戯性静力学分析实例对话框，如图1-27所示，将Descri ption设为Can tilever beam,其他各参数保持默认值，单击OK按钮。Ej2aGI | Job Wansger NameModelType SlotusC

26、reate.2提交分析Li图 1-26 Job Man ager 对话框i i Frfit JobName; DeformModel Model-1Analysis poduct; Abaqus/StandardDescri卩ticn: Cantilpver hearrjSubmissionGoncrd Memory卩mrallcli甜tion 卩rccisionJob TypeO I-LIII analysisRecover tExplicit)RestartRun Mode Bnkgoil net iQiiPiie：Hum I Id rtir-yp-Submit Time金 Immedia

27、telyhrs. min.Tip,.)CancelI OK j图1-27 Edit Job对话框在Job Manager对话框中单击Submit （提交分析）按钮。看到对话框中的ABAQU戯性静力学分析实例Status （状态）提示依次变为 Submitted，Running和Completed,这表明对模型的分析已经完成。单击此对话框中的 Results （分析结果）按钮，自动进入Visualization 模块。w5BKT提示：如果Status提示变为Aborted （分析失败），说明模型存在问题，分 析已经终止。可以单击对话框中的 Monitor （监视器）来检查错误信息，然后检ndto

28、D。查前面各个建模步骤是否都已经准确完成，更正错误后，重新提交分析。说明：在ABAQUS/CAE对话框的底部常常可以看到两个按钮：Dismiss和Cancel，他们的作用都是关闭当前对话框，二者的区别在于：Dismiss按钮出现在包含只读数据的对话框中；Cancel按钮出现在允许作出修改的对话框中，单击Cancel按钮可以关闭对话框，而不保存所修改的内容。kzjk7。1.10后处理看到窗口左上角的Module列表已经自动变成 Visualization功能模块，在视图区显示出模型未变形时的轮廓图。vktev。1显示未变形图单击左侧工具区的（ Plot Un deformed Sha pe按钮，

29、或者在主菜单中选择Plot-Undeformed Shape显示出未变形的网格模型，如图1-28所示。hu7jm图1-28未变形的网格模型单击左侧工具区的麻2显示变形图 （Plot Deformed Shape）按钮，或者在主菜单中选择Plot-Deformed Shape显示出变形后的网格模型，如图1-29所示。h7F8D图1-29变形后的网格模型单击窗口右下角的Deformed Shape Options，在弹出的对话框中选择Superimpose undeformed plot (覆盖未变形图)，单击OK按钮，看到变形图和未变形图的模型一起显示出来。UDdJV3显示云纹图单击左侧工具区中

30、的( Plot Con tours on Deformed Sha pe)按钮，或者在主菜单中选择Plot-Contours，显示出Mises应力的云纹图，如图1-30所示。crcGo图1-30变形后的Mises应力分布4显示动画ABAQU戯性静力学分析实例X单击左侧工具区的（Animate： Scale Factor）按钮，可以显示缩放系数变化时的动画，再次单击此图标即可停止动画。ZVCE3。5显示节点的Mises应力值单击窗口顶部工具栏中的 U （ Query In formation）按钮，或者在主菜单中选择Tools-Query（查询），在弹出的Query对话框（见图1-31）中，选择

31、Probe values（查询值），然后单击0K按钮。5yYZD 1 QupryGeneral Queries NodeDkLdiiceAngle匚 lementMeshMm岛 properriesVisualization Module QueriesStress lineariMtionActive elementsActive nodesPly stack plot图1-31查询分析结果在弹出的Probe Values对话框（见图1-32）中，将Probe（查询对象）设为Nodes,选中S，Mises，然后将鼠标移至悬臂梁的任意位置处，此节点的Mises应力就会在Probe Values

32、对话框中显示出来。7njOK6查询节点的位移在Probe Values对话框中单击Field Out put，弹出Field Out put对话框，如图量：Mises 应力）。nisBI。| Probe ValupsField Output.tep: 1, loadbeamFramei 1 Step/F rame.Field output variable for Probe; S, Mkes (Not averaged) |Fiald OutpuPrDhp ValuesSelect from viewportKey-in IdbelProbe: I blementt Position: In

33、tegration Pt 冃E pBrt Instance0 Element IDE Type NodesIZ & Mises (Not averaged)Click MBl whilm probing to tora values in the table 血Selected Probe ValuesClick MBS for tabic options.Part1nrtanc Element ID Typ hod S, Mites (Not avriTt r.| Cdncel图 1-32 Probe Values对话框将输出变量改为 Name： U （名称：位移）、Component: U

34、2 （变量：在方向3上的位移），单击0K按钮，此时云纹图变成对 U2的结果显示，如图1-34所示。将鼠标移至所关心的节点处，此处的 U2就会在Probe Values对话框中显示出来，如图1-35所示，单击Cancel可以关闭此对话框。cY6Yf。ABAQU戯性静力学分析实例FieldSTep/Fr(meStep: 1,1 odbeamFidrne： 1 step/hrme,.Plirivir/Vrriatile Deformed Vanabie Symbof Variable Status Variable Output VariableLI List only /日诅bic with re

35、sults：Description (* indicates complex)Active yield flag at integration points PuhiL lud出 dLnudrsStrain components at mtegratfon points Fhslic strain com卩onenraT inregr(priori 卩oints Equivalent 卩bstic strain at integration poinB Miiynltude of phstlc trdin 机 integr(4iUoii points Reattion forte at nod

36、es St疋聒 cotnponents GT integ怕Hon pom朽NameAC YIELD CF bPF PEIEQ PEMAG RFSnvariantComponentMagnhudeU1U3Settioii Poiiirs.,.OK ApplyCdrxzjel图1-33选择方向2上的变形U2作为当前的显示结果图1-34云纹图：方向U2上的变形5 1 Pm he VaRField Output,.Step： 1, IcnadbeamFrame: 1 Step/l-rame .Field output variable for Probe: U, U2 Fieldl Out put.P

37、robe VaIij*=sQ Select from viewport Key-in lab白Probe: NodesPart Instance Node 10 Orig. Coords Def, Coords Elements UMBEAM=1243-89.2076Click MBi while probing to store values in The table below.Selected Probe ValuerClick for table options.Fart Instance Node ID Orig. Coords Coords Elements UCancel j图1

38、-35显示数值：节点243处在方向2上的位移U21.11 退出 ABAQUS/CAE至此，对此例题的完成分析过程已经完成。单击窗口顶部工具栏中的Hl按钮来保存模型，然后单击窗口右上方的国按钮，或者在主菜单中选择，退出ABAQUS/CAE。 kK1opo圆盘受均布压强P 0.1M pa2.1问题的描述F面以一个直径为500mm,厚度为3mm,周边固定的钢板（如图2-1所示）在均布压强作用下的静力分析为例，学习 ABAQUS/CAE在圆板分析中的步骤。VNA4R材料性质：弹性模量E 2.06e5，泊松比 0.3均布载荷:0.1 MpalUUUUlUI500111111图2-1圆盘模型图2.2创建部

39、件首先，打开ABAQUS/CAE 的启动界面，单击选择 Create Model Database按钮创建一个ABAQUS/CAE的模型数据库，随即进入 Part （部件）功能模块。接 下来，用户在该模块中创建一个圆盘。P31 rz。单击工具区中的Create Part （创建部件）工具嘻，弹出Create Part对话框,如图2-2所示，在部件名栏中输入disc，基本特征栏下形状为shell，类型为Planar, 模型空间大约尺寸设置成 600。单击Continue.按钮，进入草图绘制界面。单击工具，在提示区输工具区中 Create Circle中的 Center and Perimeter

40、（创建圆）入（0,0）,按回车键Enter；在提示区继续输入（250,0）,然后单击工具栏自动全屏视图工具将会看到整个圆，单击鼠标右键，选择Cancel Procedure命令,再单击窗口下方的Done按钮，完成创建圆盘，如图2-3所示。uLt8E。Name: discModeling Space* 3D 2D Planar AxisymmelricTypeOp tioriso DeformableDiscrete rigidNonedvdildble J Analytical rigidtulermnBase FeatureShpeTypeSolid Shell一 WirePoinTExrr

41、uslonRevolutionSweepApp roKimate size: 1500Continue.Can cel图2-2创建部件图2-3形成的圆盘结构图ABAQU戯性静力学分析实例2.3定义材料和截面属性在环境栏的Module （模块）列表中选择Property （特性）功能模块，设置圆盘的材料属性与厚度。Ste P 1定义材料属性单击工具区中的 Create Material（创建材料）工具眩 ,弹出Edit Material （编 辑材料）对话框。在 Name栏输入steel为材料名称；在 Material Behaviors （材 料性质）栏内执行 Mechanical-Elast

42、icity-Elastic命令（线弹性材料）；在MaterialBehaviors下方的Data数据表内输入 You ng modulus （杨氏模量）为2.06E5和Poisson ratio （泊松比）为0.3,如图2-4所示，单击OK按钮，完成材料的创建操作。U6rR7。Material BehaviorsGefietdl Mechdiikdl Thermdl OtherDelete匚I日SticType; Isotropic卜口 Use ternperature-dependent dataNumber of fieId vdridbles:卜 SuboptionsModuli lime scale (foi viscoeldiiidty): Loiig-ie