圆盘受均布压强有限元分析讲解

1、圆盘受均布压强 2.1 问题的描述 下面以一个直径为 500mm，厚度为 3mm，周边固定的钢板（如图 2-1 所示） 在均布压强作用下的静力分析为例，学习 ABAQUS/CAE 在圆板分析中的步骤。 材料性质：弹性模量 E 2.06e5 ，泊松比0.3 均布载荷： p 0.1Mpa 图 2-1 圆盘模型图 2.2 创建部件 首先，打开 ABAQUS/CAE 的启动界面，单击选择 Create Model Database按 钮创建一个 ABAQUS/CAE 的模型数据库，随即进入 Part（部件）功能模块。接 下来，用户在该模块中创建一个圆盘。 单击工具区中的 Create Part（创建部

2、件）工具 ，弹出 Create Part对话框， 如图 2-2 所示，在部件名栏中输入 disc，基本特征栏下形状为 shell，类型为 Planar， 模型空间大约尺寸设置成 600。单击 Continue.按钮，进入草图绘制界面。单击 工具区中 Create Circle 中的 Center and Perimete（r 创建圆）工具 ，在提示区输 入（0,0），按回车键 Enter；在提示区继续输入（ 250,0），然后单击工具栏自动全 第 1 页 共 17 页屏视图工具 ，将会看到整个圆，单击鼠标右键，选择 Cancel Procedure命令， 再单击窗口下方的 Done按钮，完成创

3、建圆盘，如图 2-3 所示。 图 2-2 创建部件 图 2-3 形成的圆盘结构图 2.3 定义材料和截面属性 第 2 页 共 17 页 在环境栏的 Module（模块）列表中选择 Property（特性）功能模块，设置圆 盘的材料属性与厚度。 Step 1 定义材料属性 单击工具区中的 Create Materia（l 创建材料） 工具 ，弹出 Edit Material（编 辑材料）对话框。在 Name 栏输入 steel 为材料名称；在 Material Behaviors（材 料性质）栏内执行 Mechanical-Elasticity-Elastic 命令（线弹性材料）；在 Mater

4、ial Behaviors下方的 Data 数据表内输入 Youngs modulus（杨氏模量）为 2.06E5 和 Poissons ratio（泊松比）为 0.3，如图 2-4 所示，单击 OK 按钮，完成材料的创 建操作。 第 3 页 共 17 页 图 2-4 Edit Material 对话框 Step 2 创建截面属性 单击工具区中的 Create Section（创建截面）工具 ，弹出 Create Section对 话框，如图 2-5 所示，在 Name 栏输入 disc 为截面名称，选择 Category：shell 和 Type： Homogeneous，单击 Contin

5、ue.按钮，弹出 Edit Section（编辑截面）对 话框，如图 2-6所示，在 Shell Thickness栏输入 3，其余选项采用默认值，单击 OK 按钮，完成截面的创建操作 图 2-5 创建截面 图 2-6 编辑截面 Step 3 分配截面特性 第 4 页 共 17 页 单击工具区中的 Assign Section（分配截面）工具 ， 在视图区选择圆盘， 单击窗口下方的 Done 按钮，弹出 Edit Section Assignment（编辑截面分配）对话 框（如图 2-7所示），直接单击 OK 按钮，完成截面特性的分配操作。 图 2-7 Edit Section Assignm

6、ent 对话框 2.4 装配部件 在环境栏的 Module（模块）列表中选择 Assembly（装配）功能模块，单击 工具栏的 Instance Part工具 ，弹出 Create Instance对话框（图 2-8），默认的选 项为 disc，直接单击 OK 按钮，完成装配部件。 2.5 设置分析步 在环境栏的 Module（模块）列表中选择 Step（分析步）功能模块，设置分 析步步骤如下： （ 1）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

7、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 loaddisc。其余参数如图 2-9 所示（ Procedure type：General； 选择 Static General），单击 Continue.按钮。 第 5 页 共 17 页 图 2-8 Create Instance 对话框 图 2-9 Create Step对话框 （3）在弹出的 Edit Step对话框（见图 2-10）中，Description 后面改为 Uniformly distributed pressure on the surfac，e 其余参数都保持默认值，单击 OK 按钮，完成

8、 第 6 页 共 17 页 操作 图 2-10 编辑分析步对话框 2.6 定义载荷和边界条件 在环境栏的 Module（模块）列表中选择 Load（载荷）功能模块。 Step 1 定义载荷 单击工具区的 Create Load（创建载荷）工具，弹出 Create Load 对话框 （见图 2-11）。在Name栏内输入 Pressure，将 Types for Selected Ste（p 所选分析 步的载荷类型）设为 Pressure（压力），Step 设为 loaddisc，单击 Continue.按钮。 在窗口选择圆盘， 再单击窗口下方的 Done 按钮，将会给出提示 Choose a

9、side for the shell or internal faces: Brown Purple（选择壳的边缘还是面） ，单击 Brown 按钮 选择内部面，单击 Purple 按钮选择侧缘，本例选择 Brown，弹出 Edit Load 对话 框，如图 2-12 所示，在 Magnitude 后面输入 0.1，然后单击 OK 按钮。施加载荷 第 7 页 共 17 页 后，部件如图 2-13 所示 图 2-11 Create Load 对话框 图 2-12 编辑载荷对话框 Step 2 定义边界条件 单击工具区中的 Create Boundary Condition（创建边界条件）工具 ，

10、弹出 Create Boundary Condition 对话框。在 Name栏内输入 BC-fixed ，在 Step 列表内 第 8 页 共 17 页选择 Initial ，在 Types for Selected Step 列表中选择 Displacement/Rotation，单击 Continue.按钮。在窗口选择圆盘的边缘，单击 Done 按钮，弹出 Edit Boundary Condition（边界边界条件）对话框，选择 U1、U2、U3、UR1、 UR2、UR3，如 图 2-14 所示，单击 OK 按钮，完成固定边界条件的施加，此时部件如图 2-15 所 示 图 2-13 施

11、加载荷后的部件 第 9 页 共 17 页 图 2-14 编辑边界条件 图 2-15 创建边界条件后的圆盘模型 2.7 划分网格 在环境栏的 Module（模块）列表中选择 Mesh（网格）功能模块 Step1 撒种子（设置网格密度） 在模型树下选择 Model-1-Assembly-Instance-disc-1 节点并右击，选择 Make Independent命令，如图 2-16 所示。单击工具区中的 Seed Pa（rt 撒种子）工具 ， 弹出 Global Seeds对话框，在 Approximate global size 栏内输入 10，即单元尺寸 大约为 10mm，如图 2-17

12、所示，单击 OK 按钮，再单击窗口下方的 Done按钮， 完成撒种子 图 2-16 Make Independent命令 第 10 页 共 17 页 图 2-17 全局撒种子 Step 2 控制网格划分 单击工具区中的 Assign Mesh Controls 网格控制）工具 ，弹出 Mesh Controls对话框，如图 2-18所示，在 Element Shape中选择 Tri，采用自由划分网 格技术，单击 OK 按钮，完成控制网格划分选项的设置。 图 2-18 网格划分控制技术 Step 3 选择单元类型 单击工具区中的 Assign Element Type（分配单元类型）工具，在视图

13、区 选择整个模型单击，弹出 Element Type对话框，如图 2-19 所示。选择三角形单 元 STRI65 ，单击 OK 按钮。 Step 4 划分网格 单击工具区中的 Mesh Par（t 划分部件） 工具 ，单击提示区中的 Yes按钮 第 11 页 共 17 页 图 2-19 选择单元类型对话框 图 2-20 划分网格后的模型图 完成网格划分，如图 2-20 所示，信息区显示出 4077 elements have been generated on part: disc-1”。 Step 5 检查网格 单击工具区中的 Verify Mesh（检查模型） 工具 ，在视图区选择圆盘部件

14、， 第 12 页 共 17 页单击 Done 按钮，弹出 Verify Mesh 对话框，如图 2-21 所示。在 Type 栏内选择 Analysis checks（分析检查），单击 Highlight 按钮，显示没有任何错误或警告信 息。 图 2-21 检查模型网格划分 2.8 分析 在环境栏的 Module（模块）列表中选择 Job（作业）功能模块。单击工具栏 的 Create Job（创建作业）工具，弹出 Create Job 对话框，如图 2-22 所示， 在 Name 栏输入 disc，单击 Continue.按钮，弹出 Edit Job（编辑作业）对话框， 如图 2-23 所示，

15、在作业描述栏输入 Static analysis for a disc，单击 OK 按钮。 图 2-22 创建作业 第 13 页 共 17 页 图 2-23 编辑作业 单击工具区中的 Job Manage（r 分析作业管理器） 工具 ，弹出 Job Manager 对话框，如图 2-24 所示，单击 Submit 按钮提交作业，运行完毕，在消息提示栏 显示 Completed。 图 2-24 作业管理器 单击工具栏的 工具保存模型。 第 14 页 共 17 页 2.9 结果后处理 当作业分析完毕后，单击作业管理器（见图2-24）的 Results 按钮， ABAQUS/CAE 随即进入 Vis

16、ualization（可视化）功能模块。 Step 1 显示圆盘的变形 执行 Result-Field Output 命令， 弹出 Field Output（场变量输出） 对话框（见 图 2-25 ），选择位移 U ： Spatial displacement at nodes，默认选项为合位移 Magnitude，也可以选择坐标轴 1、2、3 方向的位移 U1、U2、U3 ；设置显示最 大、最小值的位置，单击 Options-Contour 菜单，弹出 Contour Plot Options （云 图选项）对话框（见图 2-26），选择 Limits 选项卡，在 Min/Max 中选择 Show location，点击左侧工具栏中的工具，位移云图如图 2-27 所示。 第 15 页 共 17 页 图 2-25 Field Output 对话框 图 2-26 Contour Plot Options 对话框 图 2-27 位移云图 调整变形图的变形放大系数， 执行 Options-Common 命令，弹出 Common Plot Options(普通绘图选项)对话框，如图 2-28 所示，在变形放大系数 Deformation Scale Factor