用abaqus进行支架的线性动力学分析

1、支架的线性静力分析本题为应用ABAQUS软件确定支架的挠度和应力，根据分析结果来改进设计，以减小应力集中。要求：如图1所示支架，一端牢固地焊接在一个大型结构上，支架的圆孔中穿过一个相对较软的杆件，圆孔和杆件用螺纹连接。材料的弹性模量，泊松比。支架有两种工况，如图1所示。（1） 杆件的一端受到沿Y轴负方向的集中力,其大小随时间变化，如图2。（2） 除了上述载荷外，支架的自由端还在局部区域上受到均布的剪应力。 图1 支架的分析模型 图2 集中应力随时间变化图分析要点：（1） 此问题研究的是结构的静态响应，所以分析步类型为Static，General。（2） 根据结构的对称性，分析时取1/2模型建立

2、有限元模型进行研究即可。（3） 由于圆孔处螺纹的应力应变不是本题关心的重点，所以可以简化杆件和圆孔之间的连接关系，只建立受力点和圆孔内表面之间建立分布耦合约束，而不对杆件和螺纹进行精确建模。分析过程：1、创建二维模型图。导入CAD平面图，简化模型。2、创建部件。在Module列表中选择part功能模块。3、创建材料和截面属性。在Module列表中选择property功能模块。4、定义装配件。在Module列表中选择选择Assembly功能模块。5、划分网格。在Module列表中选择选择Mesh功能模块。6、设置分析步。在Module列表中选择选择Step功能模块。共包括2个分析步。7、定义偶和

3、约束。在Module列表中选择选择Intercation功能模块。8、定义载荷。在Module列表中选择选择Load功能模块。定义载荷随时间变化的幅值。9、定义边界条件。在Module列表中选择选择Load功能模块。10、提交分析作业。在Module列表中选择选择Job功能模块。11、后处理。在Job功能模块中进入Visualization 功能模块。结果分析： 采用C3D20R（20节点六面体二次减缩积分单元）来划分模型。得到的结果如下图3和图4。 图3 支架网格（C3D20R） 图4 应力云图（C3D20R）得到最大应力为： 可以看出，尽管在所关心的应力集中区域布置了较密的种子，但是此处的

4、单元格过于狭长，这会对计算精度有很大的影响。所以，应该通过分割，在应力集中区域生成结构化网格。下图5和图6为分割后的网格划分模型。 图5 局部划分后的模型网格（C3D20R） 图6 在应力集中区域分割后设置的种子 得到最大应力为： 下图7和图8为局部划分后模型的应力及位移云图。 图7 局部划分后模型应力云图 图8 局部划分后模型位移云图经过分析，得到应力最大部位在支架的拐角处，最小部位在支架的两端，这符合模型的受力分析。位移最大部位在离固定面最远的端面处，同样符合模型受力分析。本文用C3D10M(修正的10节点四面体二次单元)同样做了局部分割后的模型网格划分。如下图9和图10所示。 图9 支架

5、网格（C3D10M） 图10 应力云图（C3D10M）得到的最大应力为： 经过上述三种不同网格划分结果的比较得到，经过局部分割后的C3D20R（20节点六面体二次减缩积分单元）结果更为精确，为841.261MPa。下图11为应力随时间的变化图。图11 模型所受应力随时间的变化图由上所述，支架内圆角处的应力较大，需进行改进设计。改进方案有：（1） 增大内圆角的半径。（2） 改善内圆角处的表面粗糙度。（3） 增大部件在内圆角处的厚度。（4） 采用强度更高的材料。（5） 通过加工硬化或热处理，使内圆角处产生残余压应力。本文用第（3）种方法重新做了该模型的有限元分析。增大部件在内圆角处的厚度2mm。得到的结果如下图12和图13。图12