悬臂梁的线性静态分析.doc

WError! Reference source not found.14介绍在本练习中你将会熟习在ABAQUS/CAE 中交互式的作出模型的过程. 你将使用 ABAQUS/CAE 模块来做出如下图中的悬臂梁模型.FigureW11 Cantilever beam.Preliminary(预备步骤)1. 切换到这个练习的工作目录 :./IntroClass/workshops/beam 2. 使用以下的指令来启动一个新的 ABAQUS/CAE 程序 :abaqus cae 其中的 abaqus 是用来执行 ABAQUS 的命令字符串.3. 在启动的对话框窗口中选用 Create Model Database 选项. 这个新制作出来的模型数据库的Model Tree(模型树)会放在工具盒的左边. 如果 Model Tree(模型树) 没有看到的话, 确认在下拉选单中的View 里头的 Show Model Tree 旁边有没有打勾. 如果 Model Tree(模型树) 还是没有看到的话, 从ABAQUS/CAE 窗口的左侧拉动其 光标来扩展 Model Tree(模型树) 窗口. Model Tree(模型树) 窗口里提供你可以看清模型数据库里数据的结构, 同时也可以直接用ABAQUS/CAE 里的大部分建构模型的功能. 如果你在该模型树上的某个项目上按下鼠标右键, 会谈出一列与该项数据相关的指令. 例如, 如图W12 中显示出 Models 上按右键所弹出的命令列. 在此弹出的命令列中, Create 选项以粗体字表示该选项是默认值, 当你直接在该 Models 上快点两下时便会执行这个预设指令选项. FigureW12 Models menu.4. 在 Model Tree(模型树) 上的 Models 上快点两下可以在模型数据库中制作出一个新的模型. 同时模型属性编辑窗口会出现.5. 在这个弹出的 Edit Model Attributes(模型属性编辑窗口) 上, 输入模型名称为 BEAM 然后按下 OK.一个名称叫做 BEAM 的模型会出现在 Model Tree(模型树)里, 如附图W13. 这个新的模型下方会有一条底线表示他是目前的工作中对象 (i.e., BEAM 是你目前的工作中模型).Tip: 如果要让模型树看来精简, 可以将 Model-1 左侧的 “-” 框点一下将他收缩起来或者是将 BEAM 设成目前的唯一显示模型.FigureW13 Module Tree.6. 要将模型数据库存文件时, 使用下拉菜单中的 FileSave As 然后在 Save Model Database As 窗口中给予文件名称BEAM. 按下 OK.存盘时会自动附加扩展名 .cae .Creating a part本章中你将利用画出 2D 的梁外型草图(矩形)并将之拉伸做出一个 3D 的允许变形的实体(Deformable Solid Body).1. 在 Model Tree(模型树) 上的 Parts 处快点两下可以在 BEAM 模型里做出一个新的零件(Part). 接着 Create Part 窗口会弹出来. 2. 在此 Create Part 窗口里, 将此零件命名为 Beam, 输入其约略尺寸为 600.3. 其余使用其默认值就好. 然后按下 Continue.ABAQUS/CAE 会在窗口底部的提示区出现提示文字以引导你完成这个指令的执行, 如下图FigureW14 所示. 按一下 cancel 按钮可以取消目前的指令工作; 按一下 backup 放弃这一步骤回到上一个步骤.FigureW14 Prompt area.此时画草图的工具盒会出现在工作窗口的左边, 草图环境中的格点会出现在窗口中(此时已经进入画草图的 Sketch 状态).4. 按照以下的步骤画出此悬臂梁的外形 :a. 点一下 Create Lines: Rectangle 指令, 位于画草图工具盒的右上角, 如下图 FigureW15所示.FigureW15 Rectangle sketch tool.如上图中白色背景处的按钮便是草图工具盒中的画矩形指令, 你可以按一下这个按钮. ABAQUS/CAE 会在提示区提示你如何做, 以引导你完成这个指令的执行过程.注意当你的鼠标光标在窗口中移动时, ABAQUS/CAE 会在左上角显示鼠标光标所在处的 X 及 Y坐标值.b. 在坐标 (-100, 10) 处点一下作为此矩形的左上角点.c. 将光标移到 (100, -10) 处, 如下图 FigureW16 所示.FigureW16 Rectangle drawn with sketcher.d. 按一下鼠标左键做出此矩形.e. 在窗口中的任意处按一下鼠标中键以结束此画矩形指令. (如果用的是三键鼠标则鼠标键2(Mouse button 2)指的是中键; 如果用的是二键鼠标则鼠标键2(Mouse button 2)指的是双键一起按.)Note: 这里有好几种方法可以用来画这个矩形: 你可以再点一下该指令按钮放弃掉该指令或者按下提示区的 cancel 按钮.f. 按下提示区的 Done按钮则可以结束此画草图的 Sketch 状态.g. 在接下来的 Edit Base Extrusion 窗口中输入拉伸的深度值为 25, 然后按下 OK 按钮.ABAQUS/CAE 此时会自动显示此新零件的等角视图, 如下图W17 所示. 在模型树中的Parts 图标会变成 表示其中有一个零件.FigureW17 Extruded part.Creating a material definition接着你将要定义一个简单的线弹性材料, 其 Youngs modulus(杨氏模数)为 209103MPa 还有 Poissons ratio(浦松比) 是 0.3.To define a material:1. 在模型树中的 Materials 处快点两下会在此 BEAM 模型中产生一个新的材料.ABAQUS/CAE 自动切换到 Property 模块, 同时材料编辑器弹出来. 2. 在 Edit Material(材料编辑)窗口中, 将此材料命名为 Steel. 注意此窗口中其它可用的选项.FigureW18 Pulldown menu.3. 从此材料编辑窗口中间的菜单中, 选用 MechanicalElasticityElastic 选项, 如上图W18 所示.ABAQUS/CAE 在此窗口下半部会出现 Elastic 数据的输入表.4. 分别在其中的字段输入 209.E3 的 Youngs modulus(杨氏模数) 以及 0.3 的 Poissons ratio(浦松比), 如下图W19 所示. 你可以用 Tab 键来切换所在的字段以便输入, 或者用鼠标也可以.FigureW19 Material editor.5. 按下 OK 按钮结束此材料编辑器.Defining and assigning section properties(定义并指定补充特性)接着, 你将制作一个均质的实体剖面特性(section)并将此剖面特性(Section)指定给 beam 零件. 这个剖面特性(section)将会使用你刚才所定义的 Steel 材料.To define the homogeneous solid section:1. 在模型树中的Sections 上快点两下, 在 BEAM 模型之下做一个 Section .此时 Create Section 窗口会弹出来.2. 在这个 Create Section 窗口中 :a. 将此 section 命名为 BeamSection.b. 接受其预设 category(类型) Solid 及预设 type(类别) Homogeneous.c. 按一下 Continue.接着 section 编辑器会弹出来.3. 在此 Edit Section 窗口中 :a. 接受其预设的 Steel 材料作为此 section 的使用材料.b. 在 Plane stress/strain thickness 字段中接受其默认值 1 .Note: 对于 3D 的实体几何, 这个值用不到. 它只跟2D 几何才有关.c. 按下 OK.To assign the section definition to the cantilever beam:1. 将模型树中的零件 Beam 展开(在 Parts 上的“+”符号上点一下展开此零件类别, 接着在Beam 零件上的 “+”符号上点一下展开此零件 ).2. 在 Section Assignments 上快点两下来将section 指定给 Beam 零件.ABAQUS/CAE 会在提示区出现提示以引导你完成整个程序.3. 接着你可以在这个 beam 零件上点一下将之选取成为 section 要指定的零件.4. 在窗口中按下鼠标中键或者按下提示区的 Done 按钮接受此选取对象.section assignment editor 出现.5. 在此 Edit Section Assignment 窗口中, 接受其默认值 BeamSection 作为要用的section 定义, 然后按下 OK.ABAQUS/CAE 会将 beam 零件的颜色变成绿色表示其已经有指定section 在上面了. Assembling the model本分析所用到的组装仅用到一个组件 - Beam.To assemble the model:1. 在BEAM的模型树中, 将 Assembly展开并在其 Instances 上快点两下以加入新的组件.ABAQUS/CAE 会自动切会到组装模块, 同时 Create Instance 窗口会弹出来.2. 在 Create Instance 窗口中选取 Beam 然后按 OK.ABAQUS/CAE会将此新的组件显示出来.Configuring the analysis在此分析中我们感兴趣的是悬臂梁的上平面受到压力时的静态反应. 这只是一个单一事件, 所以此分析只需要一个分析步就可以了. 因此, 这个分析模型中将会有两个分析步: An initial step(初始分析步), 在这个时候加上边界条件来拘束这个悬臂梁的其中一端. 一般的静态分析步, 在这个分析步中你将施加一个压力在此梁的上平面上.ABAQUS/CAE 会自动的产生 initial step(初始分析步), 不过其余的分析步则必须使用者自己制做. To create a general, static analysis step:1. 在BEAM的模型树中的 Steps 上快点两下做出一个新的分析步. ABAQUS/CAE 会自动的切换到 Step 模块, 同时 Create Step 窗口会弹出.2. 在Create Step 窗口中 :a. 将此分析步命名叫做 BeamLoad.b. 从其中列出来的可选用选项中选取 Static, General 选项.c. 按一下 Continue.然后 Edit Step 窗口会出现.3. 在 Edit Step 窗口中 :a. 在其中的 Basic 标签页里的 Description 字段里输入 Load the top of the beam.b. 点一下 Incrementation 标签页, 将Initial 字段中的值 1 删除掉. 输入 0.1 作为初始的递增值.c. 点一下Other标签页查看其中内容; 你可以接受其默认值就好.d. 按一下 OK 将此分析步制作出来并结束此 Edit step 窗口.Applying a boundary condition and a load to the model接着, 你将要定义边界条件以及在 BeamLoad 分析步中要用的负载.To apply boundary conditions to one end of the cantilever beam:1. 在BEAM的模型树中的 BCs 上快点两下做出 一个新的边界条件. ABAQUS/CAE 会切换到 Load 模块, 同时 Create Boundary Condition 窗口会弹出来.2. 在 Create Boundary Condition 窗口中 :a. 将此边界条件命名为 Fixed.b. 选择 Initial 分析步作为此边界条件要施加的分析步.c. 在其中的 Category 列表中, 使用其预设的 Mechanical 选项.d. 在右边的 Types for Selected Step列表中, 选用 Displacement/Rotation .e. 按 Continue 按钮.ABAQUS/CAE会在提示区出现提示以引导你完成整个程序. 这根悬臂梁的一端面将被整个固定住.3. 点一下提示区的 Show/Hide Selection Options 图示 可以开启 Options 窗口. 将此Select the Entity Closest to the Screen 选项关闭, 让你可以选到要选取的面, 如下图W110 所示. FigureW110 Correct face selected.当你移动鼠标光标到该面上时, ABAQUS/CAE 会更改鼠标光标, 在其箭头的右边加上省略符号 (.) , 表示此时有一个以上的对象可以选取. 这时你点一下, ABAQUS/CAE 将会选取最靠近你的面并在提示区有一些按钮让你可以选择要用的面. 要循环切换这些选取对象的方法, 如下 :a. 按下提示区的 Next 或 Previous 按钮直到选到你要的面.b. 按一下 OK 接受该对象.4. 在窗口中按一下鼠标中键或按一下提示区的Done 按钮完成此几何的选取.Edit Boundary Condition 窗口会弹出来. 当你是在initial 的分析步中定义边界条件时, 其预设六个自由度都没有拘束.5. 在 Edit Boundary Condition 窗口中 :a. 将 U1, U2, 跟 U3 打开, 因为只有移动的自由度需要被拘束 (这个beam 模型稍后将使用实体元素来分割网格).b. 按下 OK 完成此边界条件定义并结束此窗口.ABAQUS/CAE 会在此所选面的每个角落以及中间点的地方显示一些箭头来表示受到拘束的自由度, 如图W111 所示.To apply a load to the top of the cantilever beam:1. 在BEAM的模型树中的Loads上快点两下做出 一个新的负载.然后会出现 Create Load 窗口.2. 在 Create Load窗口中 :a. 将此负载命名为 Pressure.b. 选择 BeamLoad 作为此负载要施加的分析步.c. 在其中的 Category 列表中, 接受其预设的 Mechanical 选项.d. 在 Types for Selected Step 列表中, 选择 Pressure 选项.e. 按一下 Continue 按钮.ABAQUS/CAE 会在提示区出现提示以引导你完成整个程序.3. 在绘图区中, 选取该 beam 零件的上表面作为负载要施加的表面. 选取的面会反反白如下图W111 所示.FigureW111 Fixed boundary conditions; face for distributed load.4. 在窗口中按一下鼠标中键或按一下提示区的Done 按钮完成此几何的选取.5. 在接下来弹出来的 Edit Load 窗口中 :a. 输入 0.5 作为负载的值.b. Amplitude 的方式则用默认值 (Ramp) 以及 Distribution 也是用默认值(Uniform).c. 按一下 OK 完成此负载的定义并结束这个窗口.ABAQUS/CAE 会在此beam 零件的上表面上加上向下的箭头表示这个负载是施加在负 2 的方向上.Meshing the model你可以用 Mesh 模块来制作有限元素网格. 在 ABAQUS/CAE 中有一些建网格的技术可以使用, 你可以使用这一些技术来建网格, 挑选元素形状以及元素类型. 当你进入 Mesh 模块时. 其中指定给这个模型使用的预设网格技术会以不同的颜色显示出来; 如果 ABAQUS/CAE 显示为橘色, 表示他不能被分割成网格除非你再加以调整.To assign the mesh controls:1. 在模型树中的Beam 零件上的 Mesh 上快点两下. ABAQUS/CAE 会切换到 Mesh 模块并将 Beam 显示出来.2. 从主菜单中, 选取 MeshControls 指令.3. 在其 Mesh Controls 窗口中, 使用 Hex 作为预设的 Element Shape(元素形状) .4. 接受其中的Technique 区的默认值 Structured.5. 按下 OK 来指定此对象的网格自动分割定义并结束此窗口.To assign an ABAQUS element type:1. 从主菜单中, 选取MeshElement Type.2. 在其Element Type窗口中, 接受以下这几项的默认值 : 在 Element Library 中 Standard 是预设选项. 在 Geometric Order 中 Linear 是预设选项. 在 Family中的预设选项是 3D Stress.3. 在此窗口的下半部, 检查其元素形状(element shape). 在每一张标签页的下方都会有一段有关此时的预设元素的说明.4. 在 Hex 卷标页中, 选择 Incompatible modes 选项.有关 C3D8I 元素的说明会出现在此窗口的底部. ABAQUS/CAE 现在会用 C3D8I 元素来建构此有限元素模型.5. 按 OK 完成此指定元素类型的动作并离开此窗口.To mesh the model:1. 从主菜单中, 选取SeedPart 来为此零件下网格分割点.此时Global Seeds 窗口会弹出来. 其预设的总体元素尺寸值是根据此零件而定的.2. 在 Global Seeds 窗口中, approximate global size 字段输入 10 然后按 OK.ABAQUS/CAE 会将此设定用于此零件上, 如下图W112 所示.FigureW112 Seeded part instance. 3. 从主菜单中, 选取 MeshPart 来将此零件做网格分割.4. 按下提示区的 Yes 按钮或者是在窗口中按一下鼠标中键确认要将此零件做分割网格.ABAQUS/CAE 便将此零件加以分割网格并将结果显示出来, 如下图W113 所示.FigureW113 Part instance showing the resulting mesh. Creating and submitting an analysis jobBEAM 模型的定义已经完全完成了. 接着, 要做一个分析 job 并将之送入解析器中求解.完成整个分析工作.To create and submit an analysis job:1. 在模型树中的 Jobs 上快点两下做出一个新的 analysis job.ABAQUS/CAE 会自动切换到 Job 模块, 同时 Create Job 窗口会弹出来.2. 在这个 Create Job 窗口中, 将此 job 命名为Deform 并选取 BEAM 模型. 按下 Continue 按钮. Edit Job 的编修窗口会弹出来.3. 在此 Edit Job 的编修窗口中的 Description 字段输入 Workshop 1.4. 按一下窗口中的各个卷标页查看其中的各项内容及其默认值. 按 OK 按钮接受这些默认值.5. 在模型树中, 将 Jobs 展开并在其下的 Deform Job上按一下鼠标右键.Deform Job的菜单会弹出来.6. 从该菜单中, 选取 Submit 选项.该 Job 的图示会改变, 会在该 Job 名称后面用括号括起来说明其 Job 的状态. 当这个 Job 还在跑时其中会显示 Running. 当这个 Job 成功的跑完之后, 这个状况会变成 Completed, 如下图W114 所示.FigureW114 Job status in the Model Tree