ABQUS建模步骤(薄壁圆筒结构).doc

建模报告姓名：李炎 专业：建筑与土木工程 学号：201472211薄壁圆筒在切削力下的应力分析一、问题描述一薄壁圆筒结构，其壁厚均匀，为0.01m，其材料为钢，弹性模量为2E11Pa，泊松比为0.3，设刀具在某个切削位置时，假定切削力沿径向分量为8000N，轴向分量为4000N，切向分量为1000N，要求对该结构在切削过程中的应力进行分析。二、具体建模步骤：1、创建部件 启动ABQUS/CAE，创建一个新的模型，重命名为Canister,保存模型为Canister.cae(1) 单击工具箱中的按钮，在“Name”后面输入Canister，将 “Modeling Space” 设为3D, “Type”改为Deformable, “Shape”改为shell, “Type”改为revolution, “Approximate size”输入2（如图1所示），单击“继续”按钮，进入草图环境。图1（2）单击工具箱中的，用鼠标选取或者输入坐标值，通过点（0.21,0.005）、（0.18,0.005）、（0.18,0.4）、（0.1,0.9）、（0.13,0.9）画直线（如图2所示），单击提示区的“Done”按钮，弹出”edit revolution” 对话框（如图3所示），输入旋转角度360，单击“OK”按钮，完成该部件的创建。并最终形成效果图（如图4所示）。 图2图3图42、创建材料和截面属性一、创建材料进入属性（Property）模块，单击工具箱中的，弹出“Edit Material”对话框，如图5所示，默认材料名称为Material-1,选择”Mechanical”“Elasticity”“Elastic”, 输入弹性模量值为2E11Pa，泊松比为0.3，单击“OK”按钮，完成材料属性定义。图5二、创建截面属性（1）单击工具箱中的（创建截面），在”Create Section”对话框（如图6所示）中 ，选择”Category”为shell，”Type”选择Homogeneous, 单击“继续”按钮，进入“Edit section”对话框。 图6（2）进入“Edit section”对话框（如图7所示），“材料”选择Material1, “shell thickness”的值设置为0.01，其他默认设置，单击“OK”按钮，完成截面的定义。图7三、赋予截面属性 单击工具箱中的（指派截面），选择视图区的部件，单击提示区的中的”Done”按钮，在弹出的“Edit Section Assignment”对话框（如图8所示）中选择“Section：Section1”，单击“OK”按钮，把截面属性赋予部件。图83、定义装配件（1）进入装配模块。单击工具箱中的（将部件实例化），在弹出的如图9所示的“Create Instance”对话框中选择Canister, 单击“OK”按钮，创建部件的实例。图9（2）执行主菜单中的“Tools”“Datum”命令，在弹出的“Create Datum”对话框（如图10所示）中，“Type”选择Plane,“Method”选择Point and normal，然后在视图区选择如图11所示的P1点，在选择圆柱的母线作为法线的方向，这样就在P1处就创建了一个坐标平面。（3）再利用同样的方法，在P3处创建一个坐标平面。图10P3P1图11 创建通过两个点的基准平面（4）执行主菜单中的“Tools”“Partition”命令，在弹出的“Create Partition ”对话框（如图12所示）中，“”选择Face，“”选择Use datum plane，然后在视图区内选择如图13所示的P1点所在的半径较小的圆柱面，单击提示区的“Done”按钮。 选择上一步创建的通过P1点的坐标平面，单击提示区的“Done”按钮，把半径较小的圆柱面剖分成两个部分。（5）利用同样的方法，把直径较大的圆柱面用通过P3的坐标平面剖分成两个部分。图12P3P1图13 剖分后的模型4、设置分析步和输出变量 一、定义分析步 （1）在环境栏模块后面选择分析步，进入分析步模块（Step），单击工具箱中的（创建分析步），在弹出的“Create Step”对话框（如图14所示）中，选择分析步类型为“”，单击“继续”按钮。 （2）在弹出的“Edit Step”对话框（如图15所示）中接受默认设置，单击“OK”按钮完成分析步的定义。 （3）利用同样的方法，定义另外两个通用静力分析步Step2和Step3，单击工具箱中的（分析步管理器）按钮，查看生成的分析步（如图16所示）。图14图15图16 查看生成的分析步 二、设置变量输出 （1）单击工具箱中的（场输出请求管理器），在弹出的“Field Output Requests Manager”对话框（如图17所示）中可以看到ABQUS/CAE已经自动生成了一个名为F-Output-1的历史输出变量。 （2）单击“Edit”按钮，在弹出的“Edit Field Output Request”对话框（如图18所示）中，可以增加或者减少某些量的输出，返回“Field Output Requests Manager”对话框，然后单击“关闭”按钮，完成输出变量的定义。 （3）利用同样的方法，也可以对历史变量进行设置。图17图185、定义载荷和边界条件 本模型不涉及接触问题，所以可以直接跳过相互作用模块。一、定义边界条件（1） 在环境栏模块后面选择载荷（Load），进入载荷功能模块，单击工具箱中的（创建边界条件）按钮，弹出如图19所示的“Edit Boundary Condition”对话框，在弹出的对话框中输入边界条件的名称为BC-Fixed，“”选择系统定义的初始分析步Initial，类型选择MechanicalDisplacement/Rotation，单击“继续”按钮。图19（2） 用鼠标在图形区选择模型中的上下两个端面，单击鼠标中键，弹出如图20所示的“Edit Boundary Condition”对话框，选中U1UR3的复选框，完成边界条件的施加。图20（3） 定义好的边界条件的模型如图21所示图21二、施加载荷（1） 单击工具箱中的（创建载荷），在弹出的“”对话框中定义载荷名称为Load-1,选择载荷类型为“MechanicalConcentrated force”，如图22所示，单击“继续”按钮。图22（2） 选择如图23所示的点，单击提示区的“Done”按钮，在弹出的“”对话框中，如图24所示， 输入“CF1：-8000，CF2：4000，CF3：1000”，单击“OK”按钮，完成载荷的施加，完成了Step-1中的载荷的定义。Load-3作用点Load-2作用点Load-1作用点图23图24 （3）在分析步Step-2中，在如图23所示的Load-2作用点上施加Load-2，三个分量的值“CF1：-8000，CF2：4000，CF3：1000”；在分析步Step-3中，在如图23所示的Load-3作用点上施加切削力Load-3，三个参数分量与Load-1与 Load-2相同。施加载荷完成后的“Load Manager”对话框如图25所示。图25 （4）单击Load-1在Step-2中的传递，单击对话框右部的取消激活按钮，即把原来的继承属性取消，载荷Load-1在Step-2中不再起作用，利用同样的方法取消Load-2在Step-3中的继承属性，完成后的“Load Manager”如图26所示。图266、划分网格 在环境栏模块后面选择网格，进入网格功能模块（1）设置网格密度 单击（种子部件）按钮，在图形区框选中整个模型，单击鼠标中键，在弹出的如图27所示的“Global Seeds”对话框中，在“Approximate global size”后面输入0.01，然后单击“OK”按钮。图27（2）控制网格属性 单击（指派网格控制）按钮，在图形区框选中整个模型，单击鼠标中键，在弹出的如图28所示的“Mesh Control”对话框中，选择“QuadSweep”，然后单击“OK”按钮。图28（3）控制网格属性 单击工具区中的（指派单元类型工具）按钮，在视图区选择模型，单击“OK”按钮，弹出“Element Type”对话框（如图29所示），默认设置，单击“OK”按钮，完成单元类型的选择。图29（4）划分网格 单击工具区的（为部件划分网格工具）按钮，单击提示区的“Done”，完成网格划分，划分好的网格的模型如图30所示。图30 有限元网格模型7、提交作业 （1）在环境栏模块后面选择作业（Job），进入作业模块。执行“JobJob Manager”命令，单击“”对话框（如图31所示）中的“Create”按钮，定义作业名称为canister，单击“继续”按钮，完成作业定义。图31（2）单击“Submit”按钮，提交作业。单击“Monitor”按钮，弹出“canister Monitor”对话框，可以看到分析过程中出现的警告信息，如图32所示。图32（3）等分析结束后，单击“”按钮进入可视化模块（Visualization）。8、后处理 一、打开结果输出文件canister.odb，有以下几种方法：l 在作业管理器中单击结果按钮。l 进入可视化模块中的（打开）按钮，弹出“打开数据库”对话框，选择canister.odb文件，单击“OK”按钮。l 在模型树中把模型切换到“Results”选项，双击打开数据库弹出“打开数据库”对话框，选择canister.odb文件，单击“OK”按钮。二、显示Mises应力分布 （1）单击工具区的按钮（在变形图上绘制云图），视图区就会显示模型变形后的Mises云图（如图33所示）。图33 Step-1分析步中的应力云图 （2）执行“ResultStep/Frame”命令，弹出“Step/Frame”对话框（如图34所示），在分析步名称中选择Step-2和Step-3，帧栏中选择1，单击“OK”按钮，视图区内就会显示Step-2和Step-3分析步中的应力云图，如图35和36所示。图34图35 Step-2分析步中的应力云图图36 Step-3分析步中的应力云图三、创建任一路径线上的应力分布曲线 （1）执行“ToolsPathCreate”命令，弹出“Create Path”对话框（如图37所示），单击“继续”按钮，弹出“Edit Node List Path”对话框，如图38所示，单击对话框中的“Add After”按钮，在图形窗口中选择任一条线上的若干结点，单击提示区的“Done”按钮，如图39所示，单击“OK”按钮，定义一条路径Path-1。图37图38图39 选择的任一条线的若干结点(2) 执行“ToolsXY dataCreate”命令，弹出“Create XY data”对话框（如图40所示），“源”选择路径，单击“继续”按钮，弹出“XY data from path”对话框，如图41所示，确定路径为Path-1，“X值”选择真实距离，“Y值”栏中单击“Step/Frame”按钮，弹出“Step/Frame”对话框（如图42所示），默认设置，单击“OK”按钮。图40图41图42（3）返回“XY data from pat”对话框，“field Output”选择SMises，即输出Mises应力，单击“Plot”按钮，绘制Step-1的Mises应力曲线如图43（a）所示。（a） Step-1的Mises应力曲线（3）利用同样的方法，绘制分析步Step-2 和Step-3中的Mises应力曲线如图43（b）和（c）所示。（b） Step-2的Mises应力曲线（c） Step-3的Mises应力曲线图43 路径Path-1上的应力分布曲线心得体会刚接触有限元这个作业的时候，有点不知所措，因为这个软件没有接触过，甚至在上这门课之前还没听说过，起初感觉很为难，只有在网上找资料，看模型，选择适合自己的模型去独自建立，浏览了一些资料后，发现大部分建模作品只有结果，没有详细的过程，或者给出的过程有错误，自己无法顺利建立起来。可能我自己寻找资料的方法不对，我那时就只有寻求书本上的知识，来完成这个作业，不只是完成这个作业，也想去学习一下新的专业软件。这篇建模报告里涉及的薄壁圆筒模型是我从书本上一个实例模仿来的，我按照书本上的详细说明，来建立自己的模型，最后也得到了一个较好的结果。在此期间，也遇到过很多困难，比如当我做了一个错误操作后，不知道怎么返回到之前的操作上去，只有关闭程序再来一遍，就这样一遍一遍的重复，我