有限元分析及理论上机报告

1、有限元分析及理论上机报告报告（一）Demo7 stress一、 问题描述一个承受拉力的平板，在其中心位置有一个小圆孔，其结构尺寸如下图所示，要求分析其结构圆孔处的Mises应力分布。材料特性：弹性模量E = 210000 MPa，泊松比 =0.3拉伸载荷：P=100MPa平板厚度：d=1mm二、 方法概述，建模思路和分析策略1由于薄板只在边缘上受到了平行于板面的并沿厚度均匀分布的力，所以平板处于平面应力状态。在创建部件（Part）时，薄板的模型所在空间(Space)设置为（2D Planer）,绘制图形。2由于该平板受力模型的结构和载荷是对称的，所以，可以取用模型的1/4进行分析。其图形如下所

2、示。3材料为线弹性材料，其材料属性设置为Elasticity中的Elastic，设置其弹性模量（E=210000MPa）和泊松比（ =0.3）。薄板属于实体，其截面属性种类为实体（Solid），然后赋予其截面属性。4由薄板的受力情况和分析要求可知，薄板的应力分析为线性/非线性的静力学分析，所以其分析步的类型为 Static、General，不用考虑几何非线性（NLgeom>off）。5模型所受的载荷为均布压力，使用载荷类型为（pressure）。由于模型的对称，所以对模型的左侧和底部的边界线设置边界条件，固定边界。由受力分析结果可得：左侧边界为XSYMM，底部边界为YSYMM。6中心圆孔

3、处为应力集中区域，且为分析结果要求重点，应局部网格加密。划分网格，然后提交分析。三、 分析过程中遇到的问题及解决方法分析过程中没有遇到什么问题，但是需要注意几个方面。1、 在定义截面属性时，应注意的是平面应力分析问题的截面属性不是shell，而应该是solide（实体）。其次注意平面的厚度。一会吧其次，边界条件应该在分析步的第一步（initial）里添加，否则会导致有限元分析的失败。载荷的添加应该是在第二步，注意载荷的方向为由里向外100三，由于取用的是板子的1/4作为分析的模型，所以将边界条件固定来模仿相应的应力情况，即固定相应边的方向上的坐标。四，注意分析的量纲的统一。在abaqus的分析

4、过程中是没有量纲的概念的，所以在一定要注意量纲的统一。四、分析结论和应力图从该图中我们，我们可以清楚的看到，薄板所受到的力主要集中于小孔的部分，而且小孔的上半部分受拉，下半部分收到压力。这与一般的材料力学分析的结果是相符合的。小孔顶部所受到的拉应力最大为283MPa，在选择材料时应该考虑其所受到的载荷，避免超过材料的强度极限造成破坏。DEMO8 Grab一 问题描述一个简化的抓斗模型由滑道、支撑杆、缆绳和铲斗即连接铰链组成组成，缆绳在滑道内上下移动，带动铲斗开合。铲斗铲起重物的过程分为两步：1，滑道固定不动，缆绳向上运动700mm，使铲斗合起；2，整个装置平移500mm。支撑杆为细长的柔体部件

5、，圆形截面为40mm，弹性模量为20000MPa，剪切模量为80000MPa，泊松比为0.25。为简化模型，认为滑道和铲斗都是刚体。令重物给两侧铲斗施加的载荷均为恒定的1000N，集中作用于铲斗底面的中心点，方向竖直向下。要求模拟抓斗的运动过程，并分析支撑杆的受力状态。二 方法概述、建模思路和分析策略。由于抓斗的结构是对称的，所以使用右半部分进行分析。由于本例主要是对支撑杆进行力学分析，所以，滑道和缆绳和铲斗均为刚体。通过在分析过程中给部件（本身建模为柔性体）添加刚体约束和显示体约束，使其成为刚体。为了验证模型的准确性，支撑杆一开始使用的是刚体约束，可以采用梁单元来进行建模和分析。由于模型中有

6、较大的位移和转动，存在着较大的几何非线性，所以需要将step模块中的nelgom设置为on。分析步设置为两步：首先，滑道不动，缆绳向上运动700mm，使两个铲斗合起；其次，整个机构沿着全局坐标系3轴的负方向运动500m。各个刚体之间通过参考点约束。在验证完刚体模型的正确性后，去除支撑杆的刚体约束，使支撑杆恢复为柔体。然后在铲斗的显示体约束参考点施加载荷，分析支撑杆的受力情况。三 分析过程中遇到的问题及解决方法1 杆件（beam）的创建及截面属性的赋予。杆件的创建区别于传统的截面特性的创建，其是在编辑梁截面的对话框中定义，不需要creat merterial。梁还需要定义其截面方向，否者会导致分

7、析失败。在分析过程中，section itergration中选择before analyse，否则无法输入剪切模量。2 定义显示体约束和刚体约束。约束是建立在参考点的上的。对于设置为刚体的滑道、缆绳和铲斗需要进行显示体约束（因为其并不用作应力分析）使其跟随指定节点发生刚体位移。而对于分析重点的支撑杆，定义它的刚体约束。对于各个参考点之间（虚拟转轴）定义刚体约束。3 定义连接属性和连接单元。区别于之前的版本，6.5之后的版本中对于连接单元，首先应定义连接单元的施加位置，然后在赋予连接截面属性（Connector Section Assignment）这是定义好的连接属性四 分析结论和应力图运动仿真结果如下：由于结构是整体刚性，而且没有添加载荷，所以没有应力与变形。最后的单元应力来看，最大和最小应力均为零，证明分析的结果是正确的。后解除对支撑杆的刚性约束，使其成为柔性杆件，在铲