ABAQUS简支梁分析报告梁单元和实体单元

1、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采用的是 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，其结构简图如下所示，

2、梁的一段受周支，一段受简支，在梁的两端受集中载荷，梁的大直径 D=180mm,小直径d=150mm, a=200mm, b=300mm, l=1600mm, F=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=2.1e6MPa,泊松比 v=0.28。1.梁单元分析ABAQUS2016 中对应的文件为 beam-shaft.cae , beam-shaft.odb beam- shaft.inpo在建立梁part的时候，采用三维线性实体，按照图 1所示尺寸建立，然后 在台阶及支撑梁处进行分割，结果如图2所示。图2建立p

3、art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，创建梁截面形状，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, n1, 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。审* ES 白雷引人图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所示。在Load加载中，在

4、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，在周支另一处 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 300000N。最后对实体部件进行分网，采用 B32梁单元，网格尺寸为10。完成以上工作后，创建作业并提交分析。（由于操作比较简单，故没有详细列下所有操作步骤。）Output Other Toch Plumin' Help /?图4 Step中SF输出编辑Nlama* BC-1 y iC-2InitialHoundkary f口nditinli type: DisplaceBoundary condifloni stsru

5、s： OeamdCgo*Qpy»E St H ztory OuCpuit Rc r*> 1 im? Pch nts 纭 ALE Adspti>i.'e Me: lnteat 5 nn: Intcriscrion P rope Contatl Centre 4u旺河izl7-Ct nt ek? iFtiNiz尹 iif-r nfGt q ml:t ah图5边界条件约束图6为等效应力云图，可知最大应力为 181.1MPa,最大位置出现在梁台阶处（梁直径变化处）。根据材料力学，最大弯矩应力产生在C截面，同时根据材料力学知道AB段处的最大应力，其应力为二 max = CC

6、McW32Fa-J3-二 dABM AB32Fb二 D332 300000 2001503= 181.083MPa32 300000 300二 1803= 157.19MPa(2)从图6和图7可以知道，梁的最大应力以及 AB段的应力都与理论解一致。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中剪力图与材料力学的剪力图有区别，其并不是按照设正法画的剪力图，不过其数值的绝对值与材料力学上的一致。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

7、 情况Sd. Ml<05口剧 radios = 1 nun% Ar jle - -TOUDOU(白 wg: 75%.)呻 1 ,白 1二-+i.«o e+02-+l-bUe+U2 j 对"UE口 5集口，K-+9.ZiSie+01+7.-4bD+'Ul拓5沟日+S -切什UI3QL 节 0*Q3-+1.50 e+01"737。U。口呼；n-iriift.u nL 鼻二回 4口及喟山土川 EXPERIENCE P.2OL6 - Fri 08 口二为上，Q7 ?T77 l&liStep: Step-LIncrem *nt LI ytejs Tim

8、e - 1 QGO图6等效应力3, MisesRl. radius = 1.000C, Anole = -r .0000(Avg 75)n.'S/ze-oz 4-L52B&+O2 4-14856+02 1-1,4416-02 +1.397&+02 +1.5E4e-02 H.310e02 段m1-1.2 23b-C2 1-1.1 79d - 02 tdS。- 02I- K,t)S2c： 一口E L tI.fl40c-0£ODB： Jobeirrhflft.odh 岫占下巾罩匕nfhrd 3Df>PEF IEMCE R2016< Fri Der 02

9、17：”:。？号tap; Step'lIncrefTiEnt 3： S-ep I me = L ,00QMrrtanr 石也 & M，图7中间段等效应力图U, MagncudB +Ij639ft4-O0 +1石睁*IW + 1366w* 口口 + L.22?ie-flO +1JO93QO 4-5.5610-01 + B.195O 01 + &b029oOL +5-464e-Ol 于4.0 90c-01 + Ee73Zc-OL + 1.366e-0L +DJ300ei-00图8等效位移图1图9剪力SF2沿路径情况1帛、 /仙，|旧4 f，L Ml 祈!加中擀图11等效位移

10、U沿路径情况2 .实体单元分析ABAQUS2016 中对应的文件为 beam-solid.cae, beam-solid.odb beam- solid.inpb按照图1建立相应的实体单元，然后在支撑处切割实体，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 FieldOutput Request在SF前面打钩，同梁设置操作一样。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*75A2=16.9765MPqS为圆的面积），也可以在加载面的中心

11、建立参考点，然后把加载面与参考点相耦合，然后直接在参考点加载 300000N的力即可。在支撑处选择对应的面，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S. Mises|-丁 111+ Oj+l,n,9e+0£+iciceto!z +1,71-+O；*工心除+。工 k |M314O1 卡1/工|九包工 讥 M- +4,CZfr+0I T! -r +1S194B4-OI 1-L +4iK?r-0L加*quM$dnU 3口匚吒灯匕5片 口主口工会;R 2C16£3 k Slsp> 1riuv rriwnt 1. "Ssp T

12、ur « =1,由。口L3rirr 3 r< m： Z t M st-s"-L'arTr l J *ui : U M."i itfi Ws u F&£l ' i 1 ¥30u4 O.图14等效应力图U mqnHu*/L 口 B ¥ g +00 +? qinem 49 a75c-m +6 IMp01 +7 26CT-O1 +e 35!r Ol 共5书-Ch 448浦7-皿 十口 tilr-Ori.+721e-ftL +1 3口吮 M型）慎 + 0. 3QC s-f-C'C1图15等效位移图I 羽赳匚

13、电Ctrt MflrtagModelSpy”l>5mi&5¥ Plane OP以 ne+ 3Xi30e-01beamPrrner/ 叱 L 口 EfQFgd Var：+ OjDDQe + DfltZbOfOL+ 6.355e-：L i 3% HUri Migm>tud«-r +LJDE7a + DQi图16输出剪力弯矩操作5图17输出剪力弯矩操作1 8uio* IckJe 口凶-叱 HHjs 甘图18剪力数据数据输出图14给出了等效应力图，其数值结果与梁给出的结果一致，与理论计算也一致，但是图15给出的等效位移图与梁单元计算的等效位移图不同， 因此在具

14、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面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 OK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OK,这样就可以在ABAQUS的当前文 件夹找到moment.txt文件，里面记录了各个截面的力矩和弯矩，把里面的数据 复制到excel中就可以绘

15、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.ca。beam-force- moment.odh 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 l=1000mm,梁 的直径 d=100mm, Me=9e7N mm, F=300000N, E=210000MPa, v=0.28。现采 用梁单元进行剪力和弯矩等相关分析。lMe

16、O太 FT图19梁受力和弯矩结构简图其建模等分析过程与前面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。*12 IlLo ，.上匕卜 Con:#rft Ctjd+Spac# |金s+J Lo3b就由BC i BCb PrEdiL.Copy.Rcramcr-Delete Suppress ResumeDd电 Set Ai Kool

17、Expend All Under；MofL 摭 Co ap*：?1 AH Under图20载荷加载情况(1)梁中部只受集中力情形卜面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-90,00001.000Increment Primary U白已 Deformed V.：+9.454e-t-01 +8,674e+01 +7,04e+Ol +7,116+01 +6.334e+Q 工 +5,55 5e+01 +4.775e+01 +3,95e+01 +3,2154-01 +2,43564-01 +1,65 +01 +行,754 8+0 +9,54 58-01MisesJ Deform

18、Jtion Scale Fartor: +.429e+02。口心：bearn-rncnnent.odbiAbaqus/Standand 3DEXPERIEMCE R2O1&XMise5I. radius = 1,0000图21等效应力图1.Q00Prim好白p: fncreivientary Var； Uj MdgnituchODB: beam-rnornent.odb flbaqusyStandard 3DEXPER.1ENCE R2016x Thu DecU, MagnitudeS+41116 5 - 01+ 3,773e*Cl+ 3,305-01 +3,0376-01 ，+2,7

19、446-01 !- +2,4016-01 T +2,0506-01 +1.715e-01J +1,3726-01 % +1,029601 +6.3&Qe-02 一- +3,430e-02 *I- + 0.000 fi+001 ' Step Tims =图22等效位移图True distant along path5尸 j SFZ (Ay-j; zgife) True 口 i5t. Hong 'Path-i,刊/t I iters Fioris工1上匕图23轴线方向剪力图图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

20、位移，力矩和弯矩图。从剪力和弯矩图可以知道，整个梁受到 90000N (Me*l=9e7 N - mm *1000mm=90000N)的剪力作用，这与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。£ fRd radius = l.COOOu Angle = -90.00DO3呵三%J1p -l-S«67261011十5金二5 44,7三后开0二.+4,29oiOL+3 收口日+Q二 +土先独斗口工 V

21、潴“+以+工拒HQ2B- *i92e+o：i 一IMH 口二 +9L回三1自鼻口口 f mnu+5,7.e-DlTim DclODD: becfn"frtiriciit.cdb Abudard JDEXPERIEMUE* 口； Step-1mcrtment上；，忸pTin科二1 UUJmem 包 m1.000十3 6sl6b口3 4 C ,000&403£t白p Time Msariu Jc5 MoaftrtudcIr +i.3T5P-g? L=l- +4.02L&-Q2 k-4 +5十之月：7a空 > +/ .ssift-n? -F 十2 .1305

22、-02 W +1,023c*OZ二ribacnutIl二匚图26等效位移图X1,E3J063000.Truie distance slongi po:hsr, SFZ （Ag； 75%）: True Drst. along *Path-l wA Lritersectjongi nr.图27轴线方向剪力图xl .E90.040.020.00-O.C2-0.040.200.400.600.True distanee along path300.1000.ODB beam-inoiTienit.odb Abaqus/Standard 3DEXPERIENCE R2016x Thu Dec 08 1SMI Avg: 7 5%): T rue Di st. along 'Path-l,料 1A Intersections图29轴线万向弯矩图(3)梁中部同时受集中力和弯矩作用下面四图给出了梁在中部同时受到集中力和弯矩作用下的等效应力，等效 位移，剪力和弯矩图。从剪力图知道，当给梁加载弯矩后，改变了梁的剪力和 弯矩，不过在梁的中部，梁的弯矩图出现了突变，这与材