工字型截面壓彎構(gòu)件有限元分析簡(jiǎn)例

1、.工字型截面壓彎構(gòu)件有限元分析簡(jiǎn)例為了讓初學(xué)者對(duì)ABAQUS軟件建模有一個(gè)較為詳細(xì)的認(rèn)識(shí)，本實(shí)例取用的是受集中荷載的工字形壓彎構(gòu)件，以此構(gòu)件進(jìn)行ABAQUS有限元建模并進(jìn)行簡(jiǎn)略分析。 1 問(wèn)題描述 圖1-1所示Q235鋼焊接工字形截面壓彎構(gòu)件，翼緣為火焰切割變，承受的軸線(xiàn)壓力設(shè)計(jì)值為600kN，在構(gòu)件的中央有一橫向集中荷載150kN。構(gòu)件的梁端鉸接并在中央有一側(cè)向支撐點(diǎn)。要求驗(yàn)算構(gòu)件的整體穩(wěn)定。（鋼結(jié)構(gòu)P154，例6-2）圖1-1附圖2 啟動(dòng)ABAQUS/CAE啟動(dòng)ABAQUS/CAE，選擇Create Model Database下的With Standard/Explicit Model，

2、進(jìn)入ABAQUS的主窗口進(jìn)行創(chuàng)建新模型操作，如圖所示。 圖2-1 ABAQUS/CAE主窗口3 創(chuàng)建部件 3.1工字形梁在主窗口界面中的工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Create Part()命令，彈出如圖所示的操作窗口。構(gòu)件名稱(chēng)（Name）建議修改成讀者熟知的名稱(chēng)，以方便之后的操作。這里筆者將其命名為“beam”。這里要?jiǎng)?chuàng)建的是三維（3D）可變形（Deformable）實(shí)體（Solid）模型，三維構(gòu)件由二維圖形拉伸（Extrusion）形成Approximate size設(shè)置為和模型尺寸接近尺寸（這里設(shè)為1000）。點(diǎn)擊Continue 進(jìn)入如圖所示的操作界面。圖3-1 創(chuàng)建部件對(duì)話(huà)框圖3-2 二維草圖繪

3、制界面圖3-3 工字形截面二維草圖圖3-4 定義柱拉伸長(zhǎng)度圖3-5 梁初始模型圖3-6 提示選擇截面點(diǎn)擊Create Lines Connected ()命令，按照所設(shè)計(jì)的柱尺寸畫(huà)線(xiàn)。在提示區(qū)的輸入框內(nèi)輸入起始坐標(biāo)（-125，380），回車(chē)或點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵進(jìn)行確認(rèn)；按照以上方法依次輸入坐標(biāo)（-125,392），（125,392），（125,380），（6,380），（6,-380），（125,-380），（125,-392），（-125,-392），（-125,-380），（-6，-380），（-6,380），（-125,380），便畫(huà)出工字形鋼梁的橫截面。連續(xù)點(diǎn)擊二次鼠標(biāo)滑輪（第二次可以用鼠標(biāo)

4、左鍵點(diǎn)擊提示區(qū)的Done選項(xiàng)），會(huì)出現(xiàn)如圖所示的對(duì)話(huà)框。在對(duì)話(huà)框中Depth（厚度）欄輸入10000，其它默認(rèn)選項(xiàng)不變，點(diǎn)擊OK便會(huì)出現(xiàn)如圖所示的界面。3.2切割構(gòu)件在工具區(qū)找到Partition Cell:Define Cutting Plane（），并鼠標(biāo)左鍵長(zhǎng)按，出現(xiàn)一排分割方式的選項(xiàng)。點(diǎn)擊Partition Cell:Extend Face()，提示選擇用于作為切割標(biāo)準(zhǔn)的面（圖3-6），選擇梁腹板的任意一面后點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵，接著點(diǎn)擊Create Partition按鈕(也可以連續(xù)點(diǎn)擊兩次鼠標(biāo)滑輪）完成部分切割，如圖3-7所示。如法炮制，點(diǎn)擊Partition Cell:Extend Fa

5、ce()，提示選擇需要進(jìn)行切割的單元，選擇呈槽型一側(cè)部分構(gòu)件（圖3-8），點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵，之后點(diǎn)擊梁腹板的另外一面后點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵（圖3-9），完成Y向構(gòu)件的切割。按照上述方法，選擇梁腹板作為切割對(duì)象（圖3-10），并進(jìn)行X向切割，分別所示依次選擇上下翼緣作為切割面并進(jìn)行切割，如圖3-11、3-12、3-13，切割完成后如圖3-14所示。下面對(duì)梁跨中截面進(jìn)行分割。首先需要對(duì)梁跨中截面設(shè)置坐標(biāo)面，在工具區(qū)找到（）并鼠標(biāo)左鍵長(zhǎng)按，出現(xiàn)一排建立坐標(biāo)面方式的選項(xiàng)，點(diǎn)擊（），選擇梁跨中截面任意三點(diǎn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵確認(rèn)，得到坐標(biāo)面，如圖3-15所示。在工具區(qū)找到Partition Cell:Define Cut

6、ting Plane（），并鼠標(biāo)左鍵長(zhǎng)按，出現(xiàn)一排分割方式的選項(xiàng)。點(diǎn)擊Partition Cell: Datum Plane()，選擇整個(gè)構(gòu)件作為分割部分如圖，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵，后選擇之前定義的坐標(biāo)面如圖，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵確認(rèn)，構(gòu)件分割完成，如圖3-16所示。圖3-7 完成第一次切割圖3-8 選擇切割對(duì)象圖3-9 切割另外一面圖3-10 選擇梁腹板進(jìn)行切割圖3-11 選擇梁上翼緣作為切割參考面圖3-12 完成腹板與上翼緣分割圖3-13切割下翼緣與腹板圖3-14 梁部件完成部分切割圖3-15 得到由梁跨中三點(diǎn)確定的坐標(biāo)面圖3-16 選取整個(gè)梁構(gòu)件作為分割對(duì)象圖3-17 選擇坐標(biāo)面作為切割的標(biāo)準(zhǔn)面圖3-1

7、8 梁切割完成效果圖3.3定義坐標(biāo)點(diǎn)為方便在接觸步驟中定義耦合約束的控制點(diǎn)，筆者需要在part模塊中定義坐標(biāo)點(diǎn)。具體步驟如下，在工具欄中找到（），并鼠標(biāo)左鍵長(zhǎng)按，出現(xiàn)一排建立坐標(biāo)點(diǎn)方式的選項(xiàng)，點(diǎn)擊（），選擇梁跨中截面上下翼緣對(duì)稱(chēng)兩點(diǎn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵確認(rèn)，得到坐標(biāo)點(diǎn)Datum pt-1，如圖3-18所示。4創(chuàng)建材料和截面屬性4.1創(chuàng)建材料首先定義Q235鋼材。在環(huán)境欄中找到Module，在其后面下拉菜單中選擇Property選項(xiàng)，在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Create Material（）命令，筆者將Name一欄改成“Q235”，方便之后的操作，如圖所示。圖4-1 編輯材性對(duì)話(huà)框圖4-2 創(chuàng)建鋼材密度參數(shù)

8、圖4-3 創(chuàng)建鋼材彈性參數(shù)按步驟GeneralDensity選擇，在Mass Density一欄中輸入7.85E-009如圖4-2，完成對(duì)鋼材密度的定義。按步驟MechanicalElasticityElastic選擇。在Youngs Modulus（彈性模量）一欄輸入206000，Poissons Ratio(泊松比)一欄輸入0.3，如圖所示的對(duì)話(huà)框。點(diǎn)擊OK選項(xiàng)，定義完鋼材Q235的材性。4.2創(chuàng)建截面屬性在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Create Section（）工具，彈出Create Section對(duì)話(huà)框，筆者將Name 一欄改成“Beam”，其它選項(xiàng)默認(rèn)，點(diǎn)擊Continue進(jìn)入Edit Se

9、ction對(duì)話(huà)框。在Mechanical后的下拉菜單中選擇之前定義的Q235選項(xiàng)，點(diǎn)擊OK選項(xiàng)。4.4.3分配截面在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Assign Section（）工具，選取構(gòu)件，以梁為例（可以通過(guò)環(huán)境欄中Part下拉菜單來(lái)選取構(gòu)件）。選定整個(gè)構(gòu)件，如圖所示，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵（或點(diǎn)擊提示區(qū)Done選項(xiàng)），彈出Edit Section Assignment對(duì)話(huà)框，在Section下拉框中選中與該構(gòu)件符合的材料屬性，這里是“Beam”，如圖所示，點(diǎn)擊OK選項(xiàng)即可，這時(shí)選中的構(gòu)件會(huì)變成綠色，如Error! Reference source not found.所示。梁的材性就定義好了。 圖4-4 選擇梁

10、構(gòu)件圖4-5 指派梁截面圖4-6 梁材性定義完成5定義裝配件5.1裝配梁、柱找到環(huán)境欄中的Module，點(diǎn)擊下菜單選中Assembly（裝配）選項(xiàng)。在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Instance part()工具，彈出Create Instance對(duì)話(huà)框，如圖5- 所示。選中“beam”，點(diǎn)擊OK選項(xiàng)，如圖5- 所示，因此示例只有一個(gè)構(gòu)件，無(wú)需對(duì)構(gòu)件間進(jìn)行相對(duì)位置的調(diào)整。圖5- 1 創(chuàng)建實(shí)例對(duì)話(huà)框圖5- 2 部件組裝完成6定義分析步找到環(huán)境欄中的Module，下拉菜單中選擇Step選項(xiàng)。在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Create Step（）工具，出現(xiàn)如圖所示的對(duì)話(huà)框。各項(xiàng)均為默認(rèn)設(shè)置，當(dāng)然也可以將Name改成自己需

11、要定義的名字，以便區(qū)分每一個(gè)分析步的功能，比如“Step-1”等。點(diǎn)擊Continue選項(xiàng)，出現(xiàn)Edit Step對(duì)話(huà)框。在Basic下，Time period默認(rèn)為1，把Nlgeom改選為“On” ，如圖所示。再點(diǎn)擊Incrementation， Type選項(xiàng)中選擇Automatic， Maximum number of incremens中輸入一個(gè)較大的數(shù)，這里設(shè)為100000。Initial中輸入0.1，其它均為默認(rèn)值，如圖6-3，點(diǎn)擊OK選項(xiàng)，第一個(gè)分析步就建好了。圖6-1 創(chuàng)建分析步圖6-2 打開(kāi)幾何非線(xiàn)性開(kāi)關(guān)圖6-3 設(shè)置增量步7定義相互作用找到環(huán)境欄中的Module，點(diǎn)擊下拉菜單

12、選擇Interaction選項(xiàng)。7.1定義相互作用下面定義相互作用關(guān)系。（1）定義耦合點(diǎn)在主菜單欄Tools下拉菜單中選擇Reference point選項(xiàng)，分別選擇在part中定義的坐標(biāo)點(diǎn)Datumpt-1，及梁跨中上翼緣中點(diǎn)，則定義了兩個(gè)參考點(diǎn)RP-1，RP-2，如Error! Reference source not found.、Error! Reference source not found.、Error! Reference source not found.、Error! Reference source not found.、所示。圖7-1 選擇在part中添加的而坐標(biāo)點(diǎn)作為

13、參考點(diǎn)RP-1圖7-2得到參考點(diǎn)RP-1圖7-3 同理選擇梁跨中截面上翼緣中點(diǎn)作為參考點(diǎn)RP-2（2）定義耦合約束在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Create Constraint（），彈出Create Constraint窗口，Name欄后筆者命名為“Constraint-1”，選擇Coupling(耦合)選項(xiàng)，點(diǎn)擊Continue選項(xiàng)后按照提示區(qū)的要求，先選中點(diǎn)RP-1，之后左擊提示區(qū)中的Node Region（或點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵），再選中RP-1梁跨中截面環(huán)向全部邊線(xiàn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵（或點(diǎn)擊提示區(qū)中的Done選項(xiàng)），彈出Edit Constraint對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊OK選項(xiàng)，即完成耦合定義，如Error! Re

14、ference source not found.所示。同理定義另一耦合點(diǎn)“Coupling-2”，先選中點(diǎn)RP-2，之后左擊提示區(qū)中的Node Region，再選擇梁跨中上翼緣邊線(xiàn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中鍵（或點(diǎn)擊提示區(qū)中的Done選項(xiàng)），彈出Edit Constraint對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊OK選項(xiàng)，即完成耦合定義，如Error! Reference source not found.所示。Error! Reference source not found.創(chuàng)建約束 圖7-5 選擇RP-1作為控制點(diǎn)圖7-6 選擇Node Region作為約束區(qū)域圖7-7 選擇梁跨中截面邊線(xiàn)作為約束區(qū)域圖7-8 對(duì)該耦合約束進(jìn)

15、行六個(gè)方向自由度的約束圖7-9 耦合約束Constraint-1效果圖耦合約束Constraint-2：Error! Reference source not found.創(chuàng)建約束2Error! Reference source not found.選擇RP-2作為約束控制點(diǎn) 圖7-12 選擇梁跨中線(xiàn)作為約束區(qū)域圖7-13 約束Constraint-2的六個(gè)方向自由度圖7-14 耦合約束Constraint-2的效果圖定義邊界條件和荷載找到環(huán)境欄中的Module，點(diǎn)擊下拉菜單選擇Load選項(xiàng)，定義邊界條件和荷載。8.1施加荷載在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Create Load（），進(jìn)入Create Lo

16、ad對(duì)話(huà)框。Name欄后筆者命名為“Load-1”，Step的下拉菜單選擇Step1，Category默認(rèn)選擇Mechanical選項(xiàng)，Types for Selected Step菜單中選擇Concentrated Force選項(xiàng)，如圖所示。點(diǎn)擊Continue選項(xiàng)，選擇RP-2，如圖所示，而后進(jìn)入Edit Load對(duì)話(huà)框。在CF2欄后輸入-150000，按圖所示，設(shè)置完后點(diǎn)擊OK。圖8-1 創(chuàng)建荷載對(duì)話(huà)框圖8-2 選擇荷載加載位置RP-2圖8-3 編輯荷載對(duì)話(huà)框8.2 定義邊界條件在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Create Boundary Condition（），進(jìn)入Create Boundary

17、Condition對(duì)話(huà)框。Name一欄筆者定義為“BC-1”，Step的下拉菜單中選擇Initial，Category選項(xiàng)默認(rèn)不變，Types for Selected Step選項(xiàng)中選擇Displacement/Rotation，點(diǎn)擊Continue選項(xiàng)后選擇梁一側(cè)截面，點(diǎn)擊鼠標(biāo)中間（或在提示區(qū)選擇Done選項(xiàng)），勾選U1，U2，U3，約束三個(gè)方向，如Error! Reference source not found.所示，點(diǎn)擊OK選項(xiàng)，完成后如Error! Reference source not found.所示。圖8-4 創(chuàng)建約束對(duì)話(huà)框圖8-5 選擇約束梁一端截面圖8-6 編輯約束圖8

18、-7 約束一端效果圖圖8-8 約束梁另一端用同樣的方法定義梁另外一端約束，筆者定義為“BC-2”，勾選U1，U2，U3，約束三個(gè)位移方向。因?yàn)榇死杏袀?cè)向支撐，故選擇RP-1并對(duì)其耦合區(qū)域進(jìn)行邊界約束，該約束值對(duì)X向進(jìn)行位移約束如下圖所示。圖8-9 創(chuàng)建約束對(duì)話(huà)框圖8-10 選擇約束梁一端截面圖8-11 只對(duì)x向進(jìn)行約束圖8-12 定義邊界條件和荷載后效果圖9劃分網(wǎng)格找到環(huán)境欄中的Module，點(diǎn)擊下拉菜單選擇Mesh選項(xiàng)，開(kāi)始劃分網(wǎng)格。在工具欄中找到Object，在其后點(diǎn)擊Part前的圓點(diǎn)切換到單個(gè)實(shí)體編輯模式。梁網(wǎng)格劃分。在Part的下拉菜單中選擇“beam”，在工具區(qū)找到并點(diǎn)擊Seed

19、Part（），進(jìn)入Global Seeds的設(shè)置對(duì)話(huà)框，設(shè)置全局種子。在Approximate global size后設(shè)置100，其它均為默認(rèn)，如圖所示的界面。點(diǎn)擊Apply選項(xiàng)即可。圖9-1 布置全局網(wǎng)格種子圖9-2 在part中進(jìn)行種子布置至此，Part的網(wǎng)格劃分完成，可以點(diǎn)擊環(huán)境欄Object后的Assembly，檢查整體構(gòu)件的網(wǎng)格劃分，如圖9-3所示。圖9-3 網(wǎng)格劃分后效果10 提交分析作業(yè) 找到環(huán)境欄中的Module，點(diǎn)擊下拉菜單選擇的Job選項(xiàng)。10.1創(chuàng)建分析作業(yè)點(diǎn)擊工具區(qū)的Job Manager（），點(diǎn)擊Create，彈出Create Job對(duì)話(huà)框，筆者將Job命名“Con

20、centrated force”，如圖10-1。接著點(diǎn)擊Continue，如圖所示，參數(shù)保持默認(rèn)值不變。點(diǎn)擊OK后Job即建立完成，如圖所示。圖10-1創(chuàng)建分析工作名稱(chēng)圖10-2 默認(rèn)編輯工作圖10-3 作業(yè)管理對(duì)話(huà)框10.2提交分析在圖界面時(shí)，可以先點(diǎn)擊右側(cè)的“Data Check”來(lái)檢查數(shù)據(jù)，沒(méi)有錯(cuò)誤后再提交（Submit），提交后可以看到對(duì)話(huà)框中的狀態(tài)（Status）提示由“Submitted”變?yōu)椤癛unning”，最終顯示為完成（Completed）這個(gè)過(guò)程中可以通過(guò)監(jiān)視器（Monitor）來(lái)查看計(jì)算過(guò)程，包括這其中出現(xiàn)的錯(cuò)誤（Errors）、警告（Warnings）以及寫(xiě)入輸出數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息(Output)等。圖10-4 網(wǎng)格劃分后效果如果Status提示變?yōu)锳borted，則表明分析失敗，模型存在問(wèn)題，需在Errors里查看錯(cuò)誤信息據(jù)此修改模型。11后處理計(jì)算完成后，點(diǎn)擊如圖所示對(duì)話(huà)