ABAQUS簡支梁分析報告梁單元和實(shí)體單元

1、基于ABAQUS簡支梁受力和彎矩的相關(guān)分析（梁單元和實(shí)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(shí)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)的操作，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?？梢缘?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，

2、梁的一段受周支，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。現(xiàn)通過梁單元和實(shí)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.inpo在建立梁part的時候，采用三維線性實(shí)體，按照圖 1所示尺寸建立，然后 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p

3、art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(diǎn)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)。審* ES 白雷引人圖3創(chuàng)建梁截面形狀接下來裝配實(shí)體，再創(chuàng)建分析步，在創(chuàng)建分析步的時候，點(diǎn)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所示。在Load加載中，在

4、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(shí)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 Toch Plumin' Help /?圖4 Step中SF輸出編輯Nlama* BC-1 y iC-2InitialHoundkary f口nditinli type: DisplaceBoundary condifloni stsru

5、s： OeamdCgo*Qpy»E St H ztory OuCpuit Rc r*> 1 im? Pch nts 紜 ALE Adspti>i.'e Me: lnteat 5 nn: Intcriscrion P rope Contatl Centre 4u旺河izl7-Ct nt ek? iFtiNiz尹 iif-r nfGt q ml:t ah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C截面，同時根據(jù)材料力學(xué)知道AB段處的最大應(yīng)力，其應(yīng)力為二 max = CC

6、McW32Fa-J3-二 dABM AB32Fb二 D332 300000 2001503= 181.083MPa32 300000 300二 1803= 157.19MPa(2)從圖6和圖7可以知道，梁的最大應(yīng)力以及 AB段的應(yīng)力都與理論解一致。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

7、 情況Sd. Ml<05口劇 radios = 1 nun% Ar jle - -TOUDOU(白 wg: 75%.)呻 1 ,白 1二-+i.«o e+02-+l-bUe+U2 j 對"UE口 5集口，K-+9.ZiSie+01+7.-4bD+'Ul拓5溝日+S -切什UI3QL 節(jié) 0*Q3-+1.50 e+01"737。U?？诤?；n-iriift.u nL 鼻二回 4口及喟山土川 EXPERIENCE P.2OL6 - Fri 08 口二為上，Q7 ?T77 l&liStep: Step-LIncrem *nt LI ytejs Tim

8、e - 1 QGO圖6等效應(yīng)力3, MisesRl. radius = 1.000C, Anole = -r .0000(Avg 75)n.'S/ze-oz 4-L52B&+O2 4-14856+02 1-1,4416-02 +1.397&+02 +1.5E4e-02 H.310e02 段m1-1.2 23b-C2 1-1.1 79d - 02 tdS。- 02I- K,t)S2c： 一口E L tI.fl40c-0£ODB： Jobeirrhflft.odh 岫占下巾罩匕nfhrd 3Df>PEF IEMCE R2016< Fri Der 02

9、17：”:。？號tap; Step'lIncrefTiEnt 3： S-ep I me = L ,00QMrrtanr 石也 & M，圖7中間段等效應(yīng)力圖U, MagncudB +Ij639ft4-O0 +1石睜*IW + 1366w* 口口 + L.22?ie-flO +1JO93QO 4-5.5610-01 + B.195O 01 + &b029oOL +5-464e-Ol 于4.0 90c-01 + Ee73Zc-OL + 1.366e-0L +DJ300ei-00圖8等效位移圖1圖9剪力SF2沿路徑情況1帛、 /仙，|舊4 f，L Ml 祈!加中搟圖11等效位移

10、U沿路徑情況2 .實(shí)體單元分析ABAQUS2016 中對應(yīng)的文件為 beam-solid.cae, beam-solid.odb beam- solid.inpb按照圖1建立相應(yīng)的實(shí)體單元，然后在支撐處切割實(shí)體，再建立材料屬性， 裝配，設(shè)置步，在創(chuàng)建分析步的時候，點(diǎn)擊主菜單欄的Output,編輯Edit FieldOutput Request在SF前面打鉤，同梁設(shè)置操作一樣。圖12實(shí)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

11、建立參考點(diǎn)，然后把加載面與參考點(diǎn)相耦合，然后直接在參考點(diǎn)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S. Mises|-丁 111+ Oj+l,n,9e+0£+iciceto!z +1,71-+O；*工心除+。工 k |M314O1 卡1/工|九包工 譏 M- +4,CZfr+0I T! -r +1S194B4-OI 1-L +4iK?r-0L加*quM$dnU 3口匚吒燈匕5片 口主口工會;R 2C16£3 k Slsp> 1riuv rriwnt 1. "Ssp T

12、ur « =1,由。口L3rirr 3 r< m： Z t M st-s"-L'arTr l J *ui : U M."i itfi Ws u F&£l ' i 1 ¥30u4 O.圖14等效應(yīng)力圖U mqnHu*/L 口 B ¥ g +00 +? qinem 49 a75c-m +6 IMp01 +7 26CT-O1 +e 35!r Ol 共5書-Ch 448浦7-皿 十口 tilr-Ori.+721e-ftL +1 3口吮 M型）慎 + 0. 3QC s-f-C'C1圖15等效位移圖I 羽赳匚

13、電Ctrt MflrtagModelSpy”l>5mi&5¥ Plane OP以 ne+ 3Xi30e-01beamPrrner/ 叱 L 口 EfQFgd Var：+ OjDDQe + DfltZbOfOL+ 6.355e-：L i 3% HUri Migm>tud«-r +LJDE7a + DQi圖16輸出剪力彎矩操作5圖17輸出剪力彎矩操作1 8uio* IckJe 口兇-叱 HHjs 甘圖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

14、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(shí)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

15、制出彎矩和剪力圖。3 .梁同時受集中力和彎矩分析ABAQUS2016 中對應(yīng)的文件為 beam-force-moment.ca。beam-force- moment.odh 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。lMe

16、O太 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第一個實(shí)例的梁單元分析一樣，在梁的中點(diǎn)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。*12 IlLo ，.上匕卜 Con:#rft Ctjd+Spac# |金s+J Lo3b就由BC i BCb PrEdiL.Copy.Rcramcr-Delete Suppress ResumeDd電 Set Ai Kool

17、Expend All Under；MofL 摭 Co ap*：?1 AH Under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的等效應(yīng)力，等效位移，剪力和-90,00001.000Increment Primary U白已 Deformed V.：+9.454e-t-01 +8,674e+01 +7,04e+Ol +7,116+01 +6.334e+Q 工 +5,55 5e+01 +4.775e+01 +3,95e+01 +3,2154-01 +2,43564-01 +1,65 +01 +行,754 8+0 +9,54 58-01MisesJ Deform

18、Jtion Scale Fartor: +.429e+02。口心：bearn-rncnnent.odbiAbaqus/Standand 3DEXPERIEMCE R2O1&XMise5I. radius = 1,0000圖21等效應(yīng)力圖1.Q00Prim好白p: fncreivientary Var； Uj MdgnituchODB: beam-rnornent.odb flbaqusyStandard 3DEXPER.1ENCE R2016x Thu DecU, MagnitudeS+41116 5 - 01+ 3,773e*Cl+ 3,305-01 +3,0376-01 ，+2,7

19、446-01 !- +2,4016-01 T +2,0506-01 +1.715e-01J +1,3726-01 % +1,029601 +6.3&Qe-02 一- +3,430e-02 *I- + 0.000 fi+001 ' Step Tims =圖22等效位移圖True distant along path5尸 j SFZ (Ay-j; zgife) True 口 i5t. Hong 'Path-i,刊/t I iters Fioris工1上匕圖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，等效

20、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。£ fRd radius = l.COOOu Angle = -90.00DO3呵三%J1p -l-S«67261011十5金二5 44,7三后開0二.+4,29oiOL+3 收口日+Q二 +土先獨(dú)斗口工 V

21、潴“+以+工拒HQ2B- *i92e+o：i 一IMH 口二 +9L回三1自鼻口口 f mnu+5,7.e-DlTim DclODD: becfn"frtiriciit.cdb Abudard JDEXPERIEMUE* 口； Step-1mcrtment上；，忸pTin科二1 UUJmem 包 m1.000十3 6sl6b口3 4 C ,000&403£t白p Time Msariu Jc5 MoaftrtudcIr +i.3T5P-g? L=l- +4.02L&-Q2 k-4 +5十之月：7a空 > +/ .ssift-n? -F 十2 .1305

22、-02 W +1,023c*OZ二ribacnutIl二匚圖26等效位移圖X1,E3J063000.Truie distance slongi po:hsr, SFZ （Ag； 75%）: True Drst. along *Path-l wA Lritersectjongi nr.圖27軸線方向剪力圖xl .E90.040.020.00-O.C2-0.040.200.400.600.True distanee along path300.1000.ODB beam-inoiTienit.odb Abaqus/Standard 3DEXPERIENCE R2016x Thu Dec 08 1SMI Avg: 7 5%): T rue Di st. along 'Path-l,料 1A Intersections圖29軸線萬向彎矩圖(3)梁中部同時受集中力和彎矩作用下面四圖給出了梁在中部同時受到集中力和彎矩作用下的等效應(yīng)力，等效 位移，剪力和彎矩圖。從剪力圖知道，當(dāng)給梁加載彎矩后，改變了梁的剪力和 彎矩，不過在梁的中部，梁的彎矩圖出現(xiàn)了突變，這與材