有限元大作業(yè)-開孔平板靜力分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)課程編號結(jié)構(gòu)有限元方法與應(yīng)用大作業(yè)報告實驗名稱:開孔平板靜力分析學(xué) 院_ 宇航學(xué)院 _專業(yè)_ _飛行器設(shè)計_ _ 姓 名_ _ 李東芳 _ _ 學(xué) 號_ _ *_ _ 聯(lián)系電話_ _ *_ _ 年 月 日摘要有限元方法可以把桿件結(jié)構(gòu)力學(xué)中的位移法推廣到求解連續(xù)體介質(zhì)力學(xué)問題，它之所以能獲得成功在于從結(jié)構(gòu)力學(xué)推導(dǎo)的剛度矩陣容易被接受，同時這種方法所包含的大量數(shù)值運算可以友由發(fā)展起來的數(shù)字計算機來完成。用于有限元前后處理的軟件有很多種，其中功能較為強大的是ABAQUS,它可

2、以對工程中的各種線性與非線性問題進行分析計算。本文中的算例就是用ABAQS軟件對一種較為簡單的結(jié)構(gòu)，即開孔平板進行靜力分析。并從網(wǎng)格形狀和尺寸兩個方面對結(jié)果進行對比。關(guān)鍵詞：有限元方法，ABAQUS,開孔平板目錄 TOC o 1-3 h z u 結(jié)構(gòu)有限元方法與應(yīng)用報告實驗名稱：開孔平板靜力分析1.簡介ABAQUS是功能強大的有限元軟件，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，模擬非常龐大復(fù)雜的模型，處理高度非線性問題。ABAQUS不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場的分析，同時還可以完成系統(tǒng)級的分析和研究。由于ABAQUS強大的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性，它在各國的工業(yè)和研究中得到了廣泛的應(yīng)

3、用，在大量的高科技產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮著巨大的作用。ABAQUS的分析功能有很多，最基本的就是靜態(tài)應(yīng)力/位移分析，包括線性、材料非線性、幾何非線性、結(jié)構(gòu)斷裂分析等1。2、靜力分析算例介紹2.1 問題定義圖2.1 開孔平板示意圖如圖2.1所示開孔平板，單位均為m，厚度0.02m。材料為鋼，楊氏模量209e9 Pa，泊松比0.3，屈服極限為245MPa。底部固支，頂部受豎直向下均布載荷1.5e6 Pa。試分析該結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變分布，并確定最危險部位，判斷是否屈服。2.2有限元軟件分析步驟在算例中，使用ABAQUS 軟件進行有限元前后處理。圖2.2 是ABAQUS界面。圖2.2 ABAQUS界面2.2.1

4、建立幾何模型(1)創(chuàng)建部件。點擊左側(cè)工具區(qū)中的(create part),彈出Create Part 對話框，在Name后面輸入Plate01,將Modeling Space(模型所在空間)設(shè)為2D planar(二維平面)，其余參數(shù)不需改變。點擊Continue。(2)繪制圓弧 ABAQUS/CAE 自動進入繪圖環(huán)境，選擇繪圖工具箱中的圓工具，在窗口底部的提示區(qū)輸入x, y坐標”0,0”作為圓心，然后輸入x, y坐標” 0.1,0”作為圓上一點，完成了中間圓孔的繪制。按照相同的方法完成左邊圓孔和右邊圓孔的繪制。(3)繪制直線。選擇繪圖工具箱中的畫線工具，依次在窗口底部的提示區(qū)中輸入坐標(0.

5、5,0.2),(-0.5,0.2),(-0.5,-0.2),(0.5,-0.2)完成四邊形的繪制。在視圖區(qū)中點擊鼠標中鍵來結(jié)束畫線操作，完成如圖2.3所示的二維模型。再次點擊鼠標中鍵來退出畫線工具，最后再點擊鼠標中鍵來退出繪圖環(huán)境。得到如圖2.4所示完成后的部件。最后保存模型。圖2.3 二維模型圖2.4 完成后的部件2.2.2 創(chuàng)建材料和截面屬性在窗口左上角Module模塊列表中選擇Property(特性)功能模塊，然后定義材料。創(chuàng)建材料 點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Create Material)，彈出Edit Material 對話框。在Name(材料名稱)后面輸入Steel，點擊對話框中的Mec

6、hanical(力學(xué)特性)，Elasticity，Elastic。在數(shù)據(jù)表中設(shè)置Youngs Module為2.09e11，Poissons Ratio為0.3，其余參數(shù)不變。點擊OK。創(chuàng)建截面屬性點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Create Section)，彈出Create Section對話框，保持其余默認參數(shù)不變點擊Continue。在彈出的Edit Section對話框中，設(shè)置Plane stress/strain thickness為0.02.保持其余默認參數(shù)不變，點擊OK。給部件賦予截面屬性。點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Assign Section)，點擊視圖區(qū)中的平板模型，ABAQUS/CAE以紅

7、色高亮度顯示被選中的實體邊界，在視圖區(qū)中點擊鼠標中鍵，彈出Edit Section Assignment對話框，點擊OK。2.2.3定義裝配件整個分析模型時一個裝配件，前面在Part功能模塊中創(chuàng)建的各個部件將在Assembly功能模塊中裝配起來。具體操作方法是：在窗口左上角的Module列表中選擇Assembly(裝配)功能模塊。點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Instance Part)，在彈出的Create Instance對話框中，前面創(chuàng)建的部件Platel自動被選中，默認參數(shù)為Instance Type: Dependent(mesh on part) ，點擊OK.2.2.4設(shè)置分析步在窗口坐上角

8、的Module列表中選擇Step(分析步)功能模塊。點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Create Step)。在彈出的Create Step 對話框中，在Name后面輸入Apply Load，其余參數(shù)保持默認值，點擊Continue。在彈出的Edit Step對話框中，保持各參數(shù)的默認值，點擊OK。2.2.5定義邊界條件和載荷在窗口左上角的Module列表中選擇Load功能模塊，定義邊界條件和載荷。(1)施加載荷點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Create Load)，在彈出Create Load對話框中，將Types for Selected Step 設(shè)為 Pressure，其余參數(shù)保持默認值，點擊Continu

9、e。點擊平板的右側(cè)邊界線，ABAQUS/CAE以紅色高亮度顯示被選中的線，在視圖區(qū)中點擊鼠標中鍵，在彈出的Edit Load 對話框中，在Magnitude后面輸入1.5e6，然后點擊OK。 (2)定義平板底部的邊界條件點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Create Boundary Condition)，在彈出的對話框中，在Name后面輸入Fix，將Step設(shè)為Initial，其余各項參數(shù)保持默認值，點擊Continue。窗口底部的提示區(qū)信息變?yōu)椤盨elect regions for the boundary condition”，點擊平板的左側(cè)邊界線，ABAQUS/CAE以紅色高亮度顯示被選中的線，在視

10、圖區(qū)中點擊鼠標中鍵。在彈出的對話框中，選中ENCASTRE(U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0)然后點擊OK。視圖區(qū)中的模型將如圖2.5所示。圖2.5 視圖區(qū)中的模型2.2.6劃分網(wǎng)格在窗口左上角的Module列表中選擇Mesh(網(wǎng)格)功能模塊，在窗口頂部的環(huán)境欄中把Object選項設(shè)為Part:plate01，即為部件劃分網(wǎng)格，而不是為整個裝配件劃分網(wǎng)格。(1)設(shè)置邊上的種子在左側(cè)工具區(qū)中選擇(Seed Edge :by Number)，點擊平板左側(cè)的邊，在視圖區(qū)中點擊鼠標中鍵，在窗口底部的提示區(qū)中設(shè)置Number of elements along the edges：30.再次

11、在視圖區(qū)中點擊鼠標中鍵，這樣在左側(cè)邊布上了30個網(wǎng)格種子。用同樣的方法在右側(cè)邊布上30個種子，在上下側(cè)邊上布上60個種子，在左右孔上布上30個種子，在中間孔上布上60個種子。視圖中的模型如圖2.6所示。圖2.6 邊上布上種子以后的模型(2)設(shè)置單元類型點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Assign Element Type)，彈出對話框，將Geometric Order設(shè)為Quadratic，取消對Reduced integration的選擇，區(qū)域參數(shù)保持默認值，看到對話框中提示當前單元類型為CPS8(8節(jié)點雙二次平面應(yīng)力四邊形單元)，點擊OK.(3)劃分網(wǎng)格點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Mesh Part Inst

12、ance) ，在視圖區(qū)中點擊鼠標中鍵，得到如圖2.7所示的網(wǎng)格。圖2.7 網(wǎng)格2.2.7提交分析作業(yè)(1)創(chuàng)建分析作業(yè)點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Job Manger)，彈出對話框，點擊Create(創(chuàng)建新的作業(yè))，在Name后面輸入Plate，點擊Continue，彈出Edit Job對話框，各參數(shù)保持默認值，點擊OK。(2)提交分析在Job Manager對話框中點擊Submit?？吹綄υ捒蛑械腟tatus提示依次變?yōu)镾ubmitted, Running和 Completed，這表示對模型的分析已經(jīng)成功完成。點擊此對話框中的Results，自動進入Visualization模塊。2.3.8后處理看

13、到窗口左上角的Module列表已自動變?yōu)閂isualization功能模塊，視圖區(qū)中顯示出模型未變形時的輪廓圖。(1)顯示未變形圖點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Plot Undeformed Shape)，顯示出未變形時的網(wǎng)格模型。如圖2.8所示。圖2.8 未變形時的網(wǎng)格模型(2)顯示變形圖圖2.9變形后的網(wǎng)格模型點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Plot Deformed Shape)，顯示出變形后的網(wǎng)格模型。如圖2.9所示。查詢得到最大位移是5.50656e-6m(5.50656e-3mm)。(3)顯示云紋圖點擊左側(cè)工具區(qū)中的(Plot Contours),顯示出Mises應(yīng)力的云紋圖。如圖2.10所示?？吹阶畲?/p>

14、應(yīng)力發(fā)生的區(qū)域在3個孔的兩側(cè)，這些都是容易發(fā)生應(yīng)力集中的地方。經(jīng)過查詢得到最大應(yīng)力值為5.35Mpa。最大應(yīng)力小于屈服極限245Mpa，因此不會發(fā)生屈服。圖2.10 Mises 應(yīng)力云紋圖2.3對比2.3.1 改變單元數(shù)目當把四條邊上和三個圓孔上的種子數(shù)增加一倍時，網(wǎng)格數(shù)目也隨之增加。得到的變形圖，位移云紋圖和應(yīng)力云紋圖分別如圖2.11，圖2.12和圖2.13所示?？吹阶畲蟮奈灰瓢l(fā)生在板的長邊中線附近。最大的應(yīng)力發(fā)生在三個孔的兩側(cè)區(qū)域，這些都是容易發(fā)生應(yīng)力集中的區(qū)域。計算得到最大位移是5.50733e-6m(5.50733e-3mm)，最大應(yīng)力5.36Mpa。圖2.11 變形圖圖 2.12 位移云紋圖圖2.13應(yīng)力云紋圖2.3.2改變單元的種類當四條邊和三個孔周圍的種子數(shù)不變，但是單元類型改為三角形單元的時候。得到的變形圖、位移云紋圖和應(yīng)力云紋圖分別如圖2.14，圖2.15和圖2.16所示?？吹阶畲蟮奈灰瓢l(fā)生在板的長邊中線附近。最大的應(yīng)力發(fā)生在三個孔的兩側(cè)區(qū)域，這些都是容易發(fā)生應(yīng)力集中的區(qū)域。計算得到最大位移是5.50033e-6m(5.50033e-3mm)，最大應(yīng)力5.40654Mpa。圖2.14 變形圖圖2.15 變形云紋圖圖2.16應(yīng)力云紋圖3.總結(jié)：(1)當單元種類相同，單元數(shù)發(fā)生變化的時候，計算結(jié)果隨之發(fā)生變化，單元數(shù)越多，結(jié)果越精確，當