《ABAQUS 6.14超级学习手册》——1.6 实例快速入门-阿里云开发者社区

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《ABAQUS 6.14超级学习手册》——1.6 实例快速入门

简介:
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本节书摘来自异步社区《ABAQUS 6.14超级学习手册》一书中的第1章,第1.6节,作者: 齐威 更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.6 实例快速入门

下面将介绍一个简单的应力分析实例,帮助读者初步了解ABAQUS建模和分析的基本步骤,掌握ABAQUS进行应力和位移分析的方法。

1.6.1 问题的描述
一前后左右对称支座底面固定约束,上表面承受均布载荷0.5Mpa,结构尺寸如图1-11所示,求此支座受载后的Mises应力、位移分布。

材料性质:弹性模量E=2.1e3,泊松比v=0.31

均布载荷:p=0.5Mpa


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注意:
ABAQUS中的量都没有单位,用户应自己保证量纲的一致性。
1.6.2 启动ABAQUS
如前所述,启动ABAQUS有两种方法,用户可以任选一种。

(1)在Windows操作系统中单击“开始”→“所有程序”→Abaqus 6.14-1→Abaqus CAE。

(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 Session(开始任务)对话框中选择Create Model Database。

1.6.3 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。可参照下面步骤创建悬臂梁的几何模型。

(1)创建部件。对于图1-11所示的支座结构,可以先画出支座下层台阶结构的二维截面(矩形),再通过拉伸得到。

单击左侧工具区中的(Creat Part)按钮,或者在主菜单里面选择Part→Create,弹出图1-12所示的Create Part对话框。


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在Name(部件名字)后面输入Mount,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200。单击Continue…按钮。

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。
(2)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点划线即当前二维区域的X轴和Y轴,二者相交于坐标原点。

选择绘图工具箱中的工具,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),依次输入矩形的两个对角点坐标,如图1-13所示。


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(3)绘制圆孔。选择绘图工具箱中的工具,窗口提示区显示Pick a center point for the circle—or enter X, Y(选择矩形的一个角点,或输入X、Y的坐标),如图1-14(a)所示。接着需要输入一个圆周点坐标,最终确定一个圆,如图1-14(b)所示。同样的方法,依输入另外三个圆的参数坐标(-80,30)和(-89,30);(80,30)和(89,30);(80,-30)和(89,-30),绘制完成的带圆孔的草图如图1-15所示。


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(4)绘制矩形倒角。选择绘图工具箱中的工具,窗口提示区显示Fillet radius,输入倒角半径5,如图1-16所示,依次拾取矩形的两相邻边,为矩形绘制四个倒角,如图1-17所示。


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提示:
在视图区中移动鼠标时,鼠标就会自动对齐栅格点,视图区的左上角会显示当前位置的坐标。
如果在绘制过程中操作有误,可以单击绘图工具箱的撤销工具图片 1来撤销上一步操作,也可以使用删除工具图片 1来删除错误的几何图形,具体操作步骤如下。

① 单击绘图工具箱中的删除工具。

② 在所绘图形中选择要删除的线或者图形,ABAQUS/CAE以红色高亮度显示被选中的对象。

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。
③ 在视图区单击鼠标中键,或者单击提示区中的Done按钮,结束对删除工具图片 1的使用。

④ 根据需要,重复②、③、④步骤。

注意:
在确认结束某一步操作的时候,一般总是在视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),以下不再赘述。
(5)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Edit Base Extrusion(编辑基本拉伸)对话框。在该窗口Depth中,输入拉伸尺寸20,如图1-18所示。然后单击OK按钮,视图区就出现了悬臂梁的结构图,如图1-19所示。


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(6)绘制上部凸台。选择绘图工具箱中的工具,窗口提示区显示Select a plane for the solid extrusion,如图1-20(a)所示,在此选择底板的上表面作为草绘平面。接着需要选择一个参考边,选择上表面的一条短边即可,如图1-20(b)所示。同样的方法,绘制一矩形,依输入矩形的两对角点坐标(-60,-50)和(60,50),如图1-20(c)和图1-20(d)所示。


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在上一步完成后,ABAQUS即弹出Edit Extrusion对话框。在该窗口Depth中,输入拉伸尺寸50,如图1-21所示。然后单击OK按钮,视图区就出现了支座完整的结构图,如图1-22所示。


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(7)保存模型。在下一步之前,单击窗口顶部工具栏中的图片 1按钮来保存所建立的模型。键入希望保存的文件名Mount,ABAQUS/CAE会自动加上后缀.cae。用户还可以在主菜单中选择File→Save对所建模型进行保存操作。

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。如果由于意外造成的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。
1.6.4 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),如图1-23所示。

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Young’s Modulus(弹性模量)为2.1e3,Poisson’s Ratio(泊松比)为0.31,其余参数不变,如图1-24所示,单击OK按钮。

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项操作,在上面单击鼠标右键,选择Edit或者Delete。在绘制二维平面图时,可以单击绘图工具箱中的图片 1按钮来撤销上一步操作。


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(2)创建截面属性。单击左侧工具区的(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Section-Mount,如图1-25所示,保持其他默认参数不变,单击Continue…按钮。

在弹出的Edit Section对话框(见图1-26)中,默认的参数(Material: Steel;Type:Solid, Homogeneous;Plane stress/strain thickness:1)不变,单击OK按钮。


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(3)给部件赋予截面属性。单击左侧工具区的(Assign Section)按钮,或者在主菜单中选择Assign→Section,单击视图区中的悬臂梁模型,ABAQUS/CAE以红色亮度显示被选中,在视图区中单击鼠标中键,弹出Edit Section Assignment对话框,如图1-27所示,单击OK按钮,完成截面属性设定,图1-28所示的是设定截面属性后的模型。

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。


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注意:
ABAQUS/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,得到初步的模拟结果,然后再适当的区域细化网格。
1.6.5 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。

具体的操作方式:在窗口左上角的Module列表中选择Assembly(装配)功能模块。单击左侧工具区的图片 1(Instance Part)按钮,或者在主菜单中选择Instance→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Instance来完成此项操作)。

在弹出的Create Instance对话框中(见图1-29),前面创建的部件Mount自动被选中,默认参数为Instance Type:Dependent(mesh on part),单击OK按钮。


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1.6.6 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。

(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(Create Step)按钮,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Steps来完成此项操作)。

(2)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Step-1改为Step-Load-Mount。其余参数如图1-30所示(Procedure type:General;选择Static General),单击Continue…按钮。

(3)在弹出的Edit Step对话框(见图1-31)中,Description后面改为Load the top of the mount,其余参数都保持默认值,单击OK按钮,完成操作。


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1.6.7 定义边界条件和载荷
在窗口左上角的Module列表中选择Load(载荷)功能模块,定义边界条件和载荷。

1.施加载荷
单击左侧工具区的(Create Load)按钮,或在主菜单中选择Load→Create(也可以直接单击左侧模型树中的Loads来完成此项操作)。在弹出的Create Load对话框中(见图1-32),将Types for Selected Step(所选分析步的载荷类型)设为Pressure(单位面积上的压力),Step设为Step-Load-Mount,单击Continue…按钮。

此时窗口底部的提示区信息变为Select surfaces for the load,单击支座的上表面,ABAQUS/CAE以红色高亮度显示被选中的表面,在视图区中单击鼠标中键。在弹出的“Edit Load”对话框中(见图1-33),在Magnitude后面输入0.5,然后单击OK按钮。

说明:
载荷类型Pressure的含义是单位面积上的力,正值表示压力,负值表示拉力。


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2.定义支座底面的固支约束
单击工具区左侧的图片 1(Create Boundary Condition)按钮,或者在主菜单中选择BC→Create(也可以直接单击左侧模型数据树中的BCs来完成此操作)。在弹出的Create Boundary Condition对话框中(见图1-34),在Name后面输入BC-Mount,将Step设为Initial,Types for Selected Step设为Displacement/Rotation,单击Continue…按钮。

此时窗口底部的提示区信息变为Select regions for the boundary condition,选择支座的下表面,ABAQUS/CAE以红色高亮度显示选中的平面,如图1-35所示,在视图区中单击鼠标中键。


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说明:
施加边界条件时,要准确地选中要选择的边界面。如果发现单击后支座其他部分的面被ABAQUS/CAE红色高亮度显示,说明刚才选中了显示的位置,这时应重新单击正确的位置。
提示:
为了更好地选中位置,可以借助菜单栏下工具栏中的(Rotate View)按钮把支座旋转到合适的位置,单击鼠标中键。再根据窗口下面提示区的提示,在旋转后的模型中选择需要施加边界条件的面。
在弹出的Edit Boundary Condition对话框中(见图1-36),在U1、U2、U3前的方框中打钩,单击OK按钮,结果如图1-37所示。


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1.6.8 划分网格
在窗口左上角的Module列表中选择Mesh(网格)功能模块,在窗口顶部的环境栏中把Object选项设为Part:Mount,如图1-38所示,即为部件Mount划分网格,而不是为整个装配件划分网格。

说明:
如果没有选择对部件划分网格,而是按照默认选项来对整个装配件划分网格,接下来的操作就会出现错误信息。


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1.设置网格控制参数
在主菜单中选择Mesh→Controls命令,或单击左侧工具区的(Assign Mesh Controls)按钮,弹出Mesh Controls(网格控制参数)对话框,将Element Shape(单元形状)设置为Tet,Technique设置为Free,如图1-39所示,单击OK按钮。


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2.设置单元类型
单击左侧工具区的(Assign 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1-40所示。


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单击Tet标签项,对话框中就出现了C3D10单元类型的信息提示。其余参数采用默认值,单击OK按钮。

3.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Global Seeds对话框,选择单元大小默认值:9.5,如图1-41所示,单击OK按钮。


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4.划分网格
单击左侧工具区的(Mesh Part)按钮,或者在主菜单中选择Mesh→Part,窗口底部的提示区显示OK to mesh the part?(为部件划分网格?),在视图区中单击鼠标中键,或直接单击提示区中的Yes,得到图1-42所示的网格。


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说明:
本例题的目的是通过一个简单的模型,让读者初步了解下ABAQUS/CAE的建模方法,因此使用了比较简单的网格划分方法,得到的网格较粗糙,计算得出的支座固定端处的应力结果将不会太精确。如果希望更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。
1.6.9 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,如图1-43所示。


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1.创建分析作业
单击左侧工具区的(Creat Job)按钮,弹出Creat Job对话框,如图1-44所示,在Name后面输入Job-Mount,单击Continue…按钮,弹出Edit Job对话框,如图1-45所示,将Description设为Deform Mount,其他各参数保持默认值,单击OK按钮。


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2.提交分析
在Job Manager对话框中单击Submit(提交分析)按钮,对话框中的Status(状态)提示依次变为Submitted、Running和Completed,如图1-46所示的各个状态。分析完成后,单击此对话框中的Results(分析结果)按钮,自动进入Visualization模块。


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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,然后检查前面各个建模步骤是否都已经准确完成,更正错误后,再重新提交分析。
说明:
在ABAQUS/CAE对话框的底部常常可以看到两个按钮:Dismiss和Cancel,它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按钮出现在允许做出修改的对话框中,单击Cancel按钮可以关闭对话框,而不保存所修改的内容。
1.6.10 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。

1.显示未变形图
单击左侧工具区的(Plot Undeformed Shape)按钮,或者在主菜单中选择Plot→Undeformed Shape,显示出未变形的网格模型。

2.显示变形图
单击左侧工具区的(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。

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。

3.显示云纹图
单击左侧工具区中的(Plot Contours on Deformed Shape)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1-47所示。


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4.显示动画
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。

5.显示节点的Mises应力值
单击窗口顶部工具栏中的(Query information)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1-48)中,选择Probe values(查询值),然后单击OK按钮。


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在弹出的Probe Values对话框(见图1-49)中,将Probe(查询对象)设为Nodes,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对话框中显示出来。


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6.查询节点的位移
在工具栏中单击(Field Output)按钮,弹出Field Output对话框,如图1-50所示,当前的默认输出变量是Name:S(名称:应力),Invariant:Mises(变量:Mises应力)。


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将输出变量改为Name:U(名称:位移),Component:U1(变量:在方向1上的位移),单击OK按钮,此时云纹图变成对U1的结果显示,如图1-51所示。将鼠标移至所关心的节点处,此处的U1就会在Probe Values对话框中显示出来,如图1-52所示,单击Cancel可以关闭此对话框。


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1.6.11 退出ABAQUS/CAE
至此,对此例题的完整分析过程已经完成。单击窗口顶部工具栏中的图片 1按钮来保存模型,然后单击窗口右上方的图片 1按钮,或者在主菜单中选择File→Exit,退出ABAQUS/CAE。

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