ABAQUS簡支梁分析

1、基于ABAQUS簡支梁受力和彎矩的相關(guān)分析（梁單元和實體單元）對于簡支梁，基于ABAQUS2016,首先用梁單元分析了梁受力作用下的應(yīng) 力，變形，剪力和力矩；對同一模型，并用實體單元進(jìn)行了相應(yīng)的分析。另外， 還分析了梁結(jié)構(gòu)受力和彎矩作用下的剪力及力矩分析。對于CAE仿真分析具體細(xì)節(jié)操作并沒有給出詳細(xì)叫作，不過在后面上 傳了對應(yīng)的cae, odb, inp文件。不過要注意的是本文采用的是 ABAQUS2016 進(jìn)行計算，低版本可能打不開，可以自己提交 inp文件自己計算即可。可以到 小木蟲搜索：”基于ABAQUS簡支梁受力和彎矩的相關(guān)分析”進(jìn)行相應(yīng)文件 下載。對于一簡支梁，其結(jié)構(gòu)簡圖如下所示，梁

2、的一段受周支，一段受簡支，在梁的兩端受集中載荷，梁的大直徑 D=180mm,小直徑d=150mm, a=200mm, b=300mm, l=1600mm, F=300000N?，F(xiàn)通過梁單元和實體單元分析簡支梁的受 力情況，變形情況，以及分析其剪力和彎矩等。材料采用45#鋼，彈性模量E=2.1e6MPa,泊松比 v=0.28。1.梁單元分析ABAQUS2016 中對應(yīng)的文件為 beam-shaft.cae , beam-shaft.odb , beam- shaft.inp。1所示尺寸建立，然后在建立梁part的時候，采用三維線性實體，按照圖在臺階及支撐梁處進(jìn)行分割，結(jié)果如圖2所示圖2建立par

3、t并分割接下來為梁結(jié)構(gòu)分配材料，創(chuàng)建材料，定義彈性模量和泊松比，創(chuàng)建梁截面形狀，如圖3,非別定義兩個圓，圓的直接分別為 180和150mm。然后創(chuàng)建 兩個截面，截面選擇梁截面，再選擇圖 2中的所有梁，定義梁的方向矢量為（0, 0,-1）（點擊圖3中的n2, n1, t那個圖標(biāo)即可創(chuàng)建梁的方向矢量），最后把 創(chuàng)建好的梁賦給梁結(jié)構(gòu)。人旬 中 i曲原 D直 江* / .-+L匚圖3創(chuàng)建梁截面形狀接下來裝配實體，再創(chuàng)建分析步，在創(chuàng)建分析步的時候，點擊主菜單欄的 Output,編輯Edit Field Output Request,在SF前面打鉤，這樣就可以在結(jié)果后 處理中輸出截面剪力和力矩，如圖 4所

4、示。在Load加載中，在固支處剪力邊界 條件，約束x, y, z,及繞x和y軸的轉(zhuǎn)動，如圖5所示，同理，在周支另一處 約束y, z,及繞x和y軸的轉(zhuǎn)動。在梁的兩端添加集中力，集中力的大小為 300000N。最后對實體部件進(jìn)行分網(wǎng)，采用 B32梁單元，網(wǎng)格尺寸為10。完成以上工作后，創(chuàng)建作業(yè)并提交分析。（由于操作比較簡單，故沒有詳細(xì)列下所 有操作步驟。）Output Other Tools Pl u 旦-ins Help 餐？圖4 Step中SF輸出編輯IP1 hJTJUO ErGkindag y C-Drtditic?ri MaiagrrNamaS胤曲。BC-ly BC-2ttllf|時烏中I

5、Ndrriv; BC-1【叩 ec Di xplacrrnelrri/citBbDn5tep： InitialRegion： Ed 1 Bcurdarv Ccnaition1AlHoundiary 工口nditinhi type-: DisplaceEou/chiy condrttoh st&rus： CjnaawdUI k u?P U37 URI UR2因；盹 H Story OutpLit Fts r41 I ime1 Pch Ms紜 ALE Adaptive Me; a InteracEonsS： TntcrecXioH Orcpe M. ContatE. Contf ok Qr c C

6、 ntEK? |ni6 達(dá)MofK The ditplaevfnrfi valut will be matnhirwl i iubwqiuwt ctpt0K(_ancrUTlic X!r data *UKacziitude,1 h.圖5邊界條件約束圖6為等效應(yīng)力云圖，可知最大應(yīng)力為 181.1MPa,最大位置出現(xiàn)在梁臺階C截面，同時根據(jù)處（梁直徑變化處）。根據(jù)材料力學(xué)，最大彎矩應(yīng)力產(chǎn)生在材料力學(xué)知道AB段處的最大應(yīng)力，其應(yīng)力為Mcmax Cwc32Fad332 300000 2001503181.083MPaM ABABWAB32Fb32 300000 300從圖6和圖7可以知道,D31803

7、157.19MPa(2)梁的最大應(yīng)力以及AB段的應(yīng)力都與理論解一致。1.639mm。沿著梁的軸線建立路徑，然后繪制出梁的變形，圖9和圖10分別給出了截面剪圖8為梁的等效應(yīng)力圖，可見最大位移出現(xiàn)在梁的兩端，最大有力和力矩沿路徑的變化情況。值得注意的是，圖 9中剪力圖與材料力學(xué)的剪力圖有區(qū)別，其并不是按照設(shè)正法畫的剪力圖，不過其數(shù)值的絕對值與材料力學(xué) 上的一致。圖10的彎矩圖也材料力分析一致，圖11為等效位移沿路徑的變化 情況。5Mi*of-tiiSiietoe -+1.660&4r02 -tl-E-WE+02-+1-Z0TS+O2 41.U5bDIPel racfi jf = 1 OODfl A

8、n j|e - -ADXIDOD (flvg: 75%)-+5.354 e+Ol-I - /.Z-IC KJ1 - -Dfie+Ol一* .3.DL蘇MSH-SOe+Ol內(nèi)西L4：Cb; RU，Jb 人叫解西J0EXFERLENCE P.2C 16 fi. 5、G： 1?。恒?口7 7?T?i JOlfrStep: St=p-1昌 Incremnr Is OtepTime - 1 X)00圖6等效應(yīng)力51 MisesRei. radius = 1.0000)Anole = -9t .OOPQ(Avg 75)-71-1.57ZB + 0Z +1.526e+U2 4-lXSSe-CZ 4-1.44

9、1002 +1.397&+Q? *1小一反“2E6I2I-1.2 2302+ 1.1790-4-02卜 tle135o-O2-k -l-lP09Zc0ZL十1由4。匚0sup; stapT licremEn; 二：S?ep I me =0。段帥山”中-弓卜小性.。始 岫sus匕句ard 3DfPEf IENCE 口之代 Fri Der 02 1.，”由7i.uuujrirnjnWETii圖7中間段等效應(yīng)力圖+Ij639e+OD +i .snpA-nn + i_366eOO + l-22?ie-tO 41.刀93Q $ XBt-lc： LUnJ, Magnitude-t-D.DOOtJ-rOO4

10、-0.1950 OL+ 6.Q29C 01+ 5,464e-0L于 4.39Oc-OL十，73EbQL + 1.366e-0L圖8等效位移圖口 _E3 -a.u立陶rm,hye dhijie，叩 fcrit.翼,V：作H 1：I圖9剪力SF2沿路徑情況圖11等效位移U沿路徑情況2 .實體單元分析ABAQUS2016 中對應(yīng)的文件為 beam-solid.cae , beam-solid.odb , beam- solid.inp。按照圖1建立相應(yīng)的實體單元，然后在支撐處切割實體，再建立材料屬性，Output,編輯 Edit Field裝配，設(shè)置步，在創(chuàng)建分析步的時候，點擊主菜單欄的Output

11、 Request在SF前面打鉤，同梁設(shè)置操作一樣。圖12實體單元結(jié)構(gòu)圖13給出了力載荷及邊界條件加載情況，在梁左右兩端加載力載荷，可以 選擇對應(yīng)的面，然后加載界面切應(yīng)力（F/S=300000/（3.1414*75A2=16.9765MPqS為圓的面積），也可以在加載面的中心建立經(jīng)專點，然后把加載面與參考點相耦合，然后直接在參考點加載 300000N的力即可。在支撐處選擇對應(yīng)的面, 然后加載對應(yīng)的邊界條件約束即可。最后完成相應(yīng)的分網(wǎng)并提交分析。圖13載荷及邊界條件V rvs Cut圖14等效應(yīng)力圖圖15等效位移圖Sp小圖16輸出剪力彎矩操作Mod4由國安 團倒閉 團n n si d ShoM N

12、aEq:V-Plan? ，PUn*el-Optioni.中 2016Jtes. 25口-1|ir酎 U 口- ilWH 口j p FscUW +1,1402L.324 時5“忠g M： + 1.713 edz 收工淞加 +1,4Zi2c4G *L 次“E*2 +11通二 1 Ji3i -i 01 卡丁尼口弓|：寸口 +i.*56e4ll -F4.7：!2t-+01 I 3.HMI 4 i| Fl .E 4mmS, Mitts（Avq； 7M）5 Mignitud-r yL0W日斗口口 =k +.?0E-QL U- +9J075e-0L+a.i6ftKi HG恥也L +6.353e-01、I Q

13、Jf 1 - 44.5380- L 十3a43的啕1 I- +2j3e-ai +L.ai5e-OLixizsa-ozL +O.DD（llfi+DOi-Df- l，ri mi,rtvtalid、dh hr穹u第H ! E：PFrFICF F.-Me . 三附 Z 1箏：口 $ODD； Jab-beeim-soSWpncne-rrient 1母介“？ VdU IXDfomnEd Vsr2+s ”三 77Q37。ZfiC-i-Cl 351-C1 =!=-h - in iDrfnriftl V -r: DfifrwrnHm E rl Fflfror 十 i 517七口己M M-aantudBB “ w

14、w 0口t5 BRND口】+ 9.O7Ge DIJ-JQ Q V A nSCe-El J2Je-Di 二 1 二二OC B: Job-be sm-iol d.odb Abaqus/SianJs d 33EMEF.lkE -L20H6- Wuc 白一；口ISDZ S士 ?7?7 2016MU1646 5圖17輸出剪力彎矩操作1 8uicws 1111K能Pkig-int V圖18剪力數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)輸出圖14給出了等效應(yīng)力圖，其數(shù)值結(jié)果與梁給出的結(jié)果一致，與理論計算也一致，但是圖15給出的等效位移圖與梁單元計算的等效位移圖不同， 因此在具 體問題分析的時候，我們應(yīng)該判斷具體使用什么單元進(jìn)行分析 。圖16

15、到圖18 給出了如何把沿軸向方向各個截面的剪力和彎矩輸出到一個 txt文件的操作。在圖16中打開主菜單Tools中的View Cut Manager,然后在軸線平面前面打鉤,結(jié)果如16所示，然后單擊圖16中的Options,再單擊Slicing進(jìn)入到圖17,設(shè) 置實體切割的數(shù)目，然后單擊 OK即可。再在主菜單中單擊 Report的Free Body Cut,然后按照圖18中設(shè)置，然后單擊OK,這樣就可以在ABAQUS的當(dāng)前文 件夾找到moment.txt文件，里面記錄了各個截面的力矩和彎矩，把里面的數(shù)據(jù) 復(fù)制到excel中就可以繪制出彎矩和剪力圖。3 .梁同時受集中力和彎矩分析ABAQUS20

16、16 中對應(yīng)的文件為 beam-force-moment.cae , beam-force- moment.odb , beam-force-moment.inp 。對于該分析，還給出用 Workbench 給 出的對應(yīng)分析，其文件為beam-force-moment.wbpj , Workbench 版本為15.0。圖19為梁在中間受集中載荷和彎矩的結(jié)構(gòu)簡圖，梁的長度 l=1000mm,梁 的直徑 d=100mm, Me=9e7N mm, F=300000N, E=210000MPa, v=0.28?，F(xiàn)采 用梁單元進(jìn)行剪力和彎矩等相關(guān)分析。FT圖19梁受力和彎矩結(jié)構(gòu)簡圖其建模等分析過程與前面

17、第一個實例的梁單元分析一樣，在梁的中點部分 進(jìn)行切割。為了對比分析只有集中力，彎矩以及集中力和彎矩同時作用在梁上 的幾種情形，如圖20,對應(yīng)Load處右鍵單擊，然后選擇Suppress可以抑制 載荷作用，選擇Resume,可以激活抑制的載荷。通過載荷抑制或者激活的設(shè)置, 然后提交分析，就可以得到對應(yīng)載荷情況下的結(jié)果。日片Loads聞II -LotSuppressResurreColhme All Undr+Lu如tthCtfl-kspc*i由LoEditI1+LoCop處.jRename.莊ECcdete.,HDd圖20載荷加載情況(1)梁中部只受集中力情形卜面四個圖給出了只受集中力載荷作用下

18、的等效應(yīng)力，等效位移，剪力和彎矩圖，剪力和彎矩圖與材料力學(xué)分析一致。& MisesRei. radium = 1 ,OOOOj Angle = -9Q.OOOO (Avg: 75%)+S,674e+01+7,a4e+01+9.454e+01-+7,1161-01+6.334e+01-+5,55 5e+01-+4.775e+01-+3,995e+01-+315號十口1-+2.435e+01-4*-1,65 5s 4-01.QC心：beam-iTioinenit.odb ftbaqu5/Stancjand 3DEXPERIEMCE R2O1&X Thu Dec 03-+；3.754e*00 =+9

19、,5450-01Step: Step-1fhcremerit 1! Step TimePrimary Um巳 Q, MisesDeformed Var： U Deform-atijn Seale Factor: +Z.429e+02圖21等效應(yīng)力圖+4ill6&-01 + 3,7736-01 + 3H3。酎 QI + 3,0376-01 + 2,7446-01 + 2.4015-01 + 2,0506-01 + 1,7156-01 + l,372e-01 + 1,0296-01 + t ,3&Qe-0EI_p +3,4308-02 I_L +0,0006+00ODB: beam-rnornen

20、t.odb flbaqus/Standard 3DEXPER.1ENCE R7016x Thu Dec Step： Step 1fncreivierrt 1 i Step Time = i.OOflPrirndf Uar: U, Maignitude圖22等效位移圖0.101000.5尸 j SFZ (Ay-j; zgife) True 口 i5t. Hong Path-i,刊/t I iters Fiorisxl E60.15600.True dictan along path圖23軸線方向剪力圖圖24軸線方向彎矩圖(2)梁中部只受彎矩作用下面四個圖給出了在梁的中部只加載彎矩作用下的等效應(yīng)力

21、，等效位移，力矩和彎矩圖。從剪力和彎矩圖可以知道，整個梁受到 90000N (Me*l=9e7 N mm *1000mm=90000N)的剪力作用，這與材料力學(xué)分析不一致，這應(yīng)該引起關(guān)注。在材料力學(xué)分析中，只受到彎矩作用時，應(yīng)該沒有剪力作用，不過按照這思路也可以做出有彎矩作用下的剪力和彎矩圖。在彎矩圖中可以知道，彎矩中部處出現(xiàn)了突變，有均勻剪力作用處，其彎矩呈現(xiàn)線性變化。 MictfRsl adus = l.COOQj Anols 胃-SO.CO03 3呵三%;I-S.b726101 十 58”Q 二 +4,73691-01 +4崖用皿工43收11Q二 + 3.d：；Je + UL *2.3&

22、S4-0L +Z.357e + 0L*l.y2e+oi+ 1 4&1P + 0； -hg.g3ie+on-L +號f E?e#00L +5.7. ne-DIODD: bacin-fritii icmLcdba UuWSta hd-si d 3D PER J MCE RZCIGx管em StE-.-lihcremenr Jj *n*p Time. i uod圖25等效應(yīng)力圖Tliu DclJ Moanrtudc+i JT專時口孑 +.01LB-a2+J M2口2 +3 ,28，上口下 十.；下 7e-02 中口 2 十 ,laecHiz +1b023e*O2 tJ 50-0 + 1.094e-0

23、2I Ir *l17 i292c 03 - +3.6465-03 IL +C,0()0b+0 3jU m-fritme-nr odJitaq jcAtsrdad 多口EK卜七比l 七隕匚七 h二 uL+nrriory Vor U Maanicu Jo- .r .一Step tep-J /niy&msrt ! Stop Time： - 1.000圖26等效位移圖XI上30GIfOO.1 1lOD.0.True distance 5long pathSFf SFW (屬四；F啦工 Trus D st. a ung Path-1 wA nterseclion;3圖27軸線方向剪力圖True distanee along pathSMI Avg: 7 5%): T rue Di st. along Path-l,料 1A Intersections圖29軸線方向彎矩圖(3)梁中部同時受集中力和彎