技术热点 | Abaqus有限元分析初体验

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技术热点 | Abaqus有限元分析初体验
通过  之前的学习，我们对Abaqus的界面和使用Abaqus进行有限元分析的基本流程有了一定的了解，就让我们来看一看下面这个简单的例子，来把我们刚学到的知识运用到实际中去吧。

问题：

如下所示悬臂梁结构，材料为结构钢，弹性模量为21000MPa，泊松比为0.3，上端面承受0.5MPa的均布载荷，试分析其应力和变形。


具体操作步骤
选择合适的单位制

作为一款数值计算软件，Abaqus本身并没有默认设置的单位制，因此操作者需要对模型和其他物理参数的单位进行统一，本次分析采用的SI单位为：N、mm、t和s，此时应力单位为MPa。以下是一些常用的单位制转化表：




创建模型

和其他的三维建模软件类似，我们可以通过草绘梁的二维轮廓（矩形）并拉伸矩形截面来创建三维可变形实体，首先将功能模块切换到Part模块，点击“Create Part”以创建新部件。在出现的对话框中，命名零件“beam”，并指定近似大小 600，其余保持默认。单击“Continue”，完成创建模型的基本设置：


在弹出的草绘界面下选择矩形绘制图表，并输入两对角点坐标，，注意，每输入一个坐标时按鼠标中键确定，然后进入下一个点的创建，创建梁截面如下：


同样，确定两点后再按鼠标中键，或者点击提示区的“Done”，完成草图绘制，同时退出草图，如下：


退出草图后弹出“Edit Base Extrusion”选项，选择拉伸深度为25，点击“OK”,完成梁模型的创建：


自此，模型创建结束，进入下一模块。



材料设置

切换到“Property”模块，点击“Create Material”，在弹出的对话框中选择Mechanical→Elasticity→Elastic，输入材料名称（步骤3，这里采取默认名字）和已有参数，点击“OK”完成材料创建：


点击“Create Section”，创建均质的实体截面，单击“Continue”，进入材料选择设置：


在弹出的窗口中选择之前创建的默认材料，点击“OK”完成截面材料赋予：


点击“Assign Section”，单击左键，选择几何模型，一般情况下取消步骤3中的可选项，单击“Done”，进入下一步：


在弹出窗口中选择默认截面，如果创建了多个截面属性，可以下拉选择合适的截面，点击“OK”，完成横梁的材料属性设置，此时，横梁会以绿色的颜色显示，如果显示了其他颜色，均代表了材料设置有误。



装配

在Abaqus当中，装配是必需的一个步骤，即使是独立的零件分析，也需要创建一个装配体。把功能模块中切换到“Assembly”，选择需要分析的零件，点击“OK”,完成装配体的创建。




创建分析步

切换到“Property”模块，点击“Create Material”，在弹出本次分析是静力学分析，切换到“Step”模块，创建通用静力学分析，如下：


在弹出的窗口中保持默认设置，直接点击“OK”，完成分析步设置：




创建边界条件

切换到“Property”模块，点击“Create Material”，在弹出的对话框中选择Mechanical→El切换到“Load”模块，选择“Create Load“，依次点击如下选项，进入均布载荷创建界面：


选择模型上表面，左键点击“Done“（或直接在空白处按鼠标中键）确定：


在弹出来的对话框中输入载荷数据，点击“OK“，完成载荷的创建。


选择“Create Boundary Condition “，依次点击如下选项，进入边界条件创建界面：


在弹出的对话框中选择左端面，按鼠标中键确定：


选择完全固定选项，左键点击“OK”，完成约束条件设置。




网格划分

切换到“Property”模块，点击“Create Material”，在弹出的对话框中选择Mechanical→Elas完成以上步骤后进入网格划分模块，其实之前的操作没有涉及到有限元离散的概念，整个仿真流程已经完成了大半，这就是Abaqus这类工程软件的优势，它们将复杂的数学问题以傻瓜式的流程化去表达，减少了设计工程师与仿真工程师之间的技术堡垒。另外，经过前面的操作，相信读者都已经对软件的界面和操作有了更加详细的了解，在接下来的说明会更加简单明了。

切换到“Mesh”，依次点击以下按钮：ticity→Elastic，输入材料名称（步骤3，这里采取默认名字）和已有参数，点击“OK”完成材料创建：


在弹出的窗口设置网格尺寸，如下：


执行网格划分，如下：


完成划分网格后显示如下：




创建作业

完成网格划分后进入Job模块，创建名字为“Press”的作业，依次点击以下按钮：


在弹出的窗口设置调用求解核心，完成作业的创建：


进入作业管理器，提交计算如下：


计算完成后可以直接在作业管理器中进入后处理模块。




后处理

初始进入后处理模块时显示如下界面，默认是应力的显示，此时还没有显示应力的结果：


如上，执行完步骤3后显示应力结果如下：


调整步骤2中的结果选项，选择为变形结果，如下：



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