ABAQUS有限元上機(jī)報(bào)告 南理工

1008320139汪健強(qiáng)有限元上機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告ABAQUS有限元上機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告[——以Abaqus軟件進(jìn)行的有限元分析]汪健強(qiáng)1008320139

實(shí)驗(yàn)1——平面問題應(yīng)力集中分析目的要求：掌握平面問題的有限元分析方法和對(duì)稱性問題建模的方法。通過簡(jiǎn)單力學(xué)分析，可以知道本實(shí)驗(yàn)問題屬于平面應(yīng)力問題，基于結(jié)構(gòu)和載荷的對(duì)稱性，可以只取模型的1/4進(jìn)行分析。用8節(jié)點(diǎn)四邊形單元分析X=0截面σx的分布規(guī)律和最大值，計(jì)算圓孔邊的應(yīng)力集中系數(shù)，并與理論解對(duì)比。實(shí)驗(yàn)過程概述：?jiǎn)?dòng)ABAQUS/CAE創(chuàng)建部件創(chuàng)建材料和截面屬性定義裝配件設(shè)置分析步定義邊界條件和載荷劃分網(wǎng)格提交分析作業(yè)后處理10、退出ABAQUS/CAE實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）邊界受力圖X方向應(yīng)力分量σx應(yīng)力云圖：（2）左邊界直線與圓弧邊交點(diǎn)的σx值為：2.96714MPa；左右對(duì)稱面上的σx曲線：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析：模型全局σx應(yīng)力分布：σx應(yīng)力集中分布于中心圓孔與x、y軸相交的地方，且與x軸相交處應(yīng)力為負(fù)，與y軸相交處應(yīng)力為正；沿圓周向周圍，σx迅速減??；沿y方向的σx應(yīng)力大于沿x方向的σx應(yīng)力。應(yīng)力集中系數(shù)為2.92975，小于理論值3.0。誤差來源：有限元分析方法是將結(jié)構(gòu)離散化，網(wǎng)格劃分得越稀疏，計(jì)算出的結(jié)果就越偏離理論值。分的越密集，結(jié)果越接近與理論值。實(shí)驗(yàn)小結(jié)與體會(huì)：通過本次實(shí)驗(yàn)，對(duì)理論課所學(xué)有限元基本方法有了一個(gè)更加直觀、深入的理解。通過對(duì)Abaqus軟件三個(gè)步驟：前處理、分析計(jì)算、后處理的操作，了解了這款軟件的基本應(yīng)用和它對(duì)有限元的一些很好的應(yīng)用。試驗(yàn)中，遇到諸多問題，仔細(xì)思考，加之請(qǐng)教老師，逐一解決，確實(shí)很有收獲。更增加了對(duì)有限元的認(rèn)識(shí)，和對(duì)其功能之強(qiáng)大有了更深的理解。實(shí)驗(yàn)二平面問題有限元解的收斂性實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅涸贏BAQUS軟件中用有限元法探索整個(gè)梁上σx和σy的分布規(guī)律。計(jì)算梁底邊中點(diǎn)正應(yīng)力σx的最大值；對(duì)單元網(wǎng)格逐步加密，把σx的計(jì)算值與理論解對(duì)比，考察有限元解的收斂性。針對(duì)上述力學(xué)模型，對(duì)比三節(jié)點(diǎn)三角形平面單元和8節(jié)點(diǎn)四邊形平面單元的求解精度。實(shí)驗(yàn)過程概述：創(chuàng)建部件創(chuàng)建材料和截面屬性定義裝配件設(shè)置分析步定義邊界條件和載荷劃分網(wǎng)格提交分析作業(yè)后處理細(xì)化網(wǎng)格驗(yàn)證收斂性高階單元分析與收斂實(shí)驗(yàn)結(jié)果：邊界受力圖單元類型：CPS3，單元尺寸：50模型σx應(yīng)力云圖:模型σy應(yīng)力云圖：（3）底邊中點(diǎn)σx最大值：13.1472MPa（4）底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線：?jiǎn)卧愋停篊PS3，單元尺寸：20模型σx應(yīng)力云圖:模型σy應(yīng)力云圖；底邊中點(diǎn)σx最大值：17.0888MPa（4）底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線：?jiǎn)卧愋停篊PS3，單元尺寸：10(1)模型σx應(yīng)力云圖:模型σy應(yīng)力云圖:(3)底邊中點(diǎn)σx最大值：18.1592MPa(4)底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線:單元類型：CPS8，單元尺寸：100(1)模型σx應(yīng)力云圖:模型σy應(yīng)力云圖:(3)底邊中點(diǎn)σx最大值：19.0951MPa(4)底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線:單元類型：CPS8，單元尺寸：50(1)模型σx應(yīng)力云圖:(2)模型σy應(yīng)力云圖:(3)底邊中點(diǎn)σx最大值：18.9939MPa(4)底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線:單元類型：CPS8，單元尺寸：20(1)模型σx應(yīng)力云圖:(2)模型σy應(yīng)力云圖:(3)底邊中點(diǎn)σx最大值：18.9577MPa(4)底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線:實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析：應(yīng)力分布情況和規(guī)律：底邊σx為正，頂邊為負(fù)，沿y軸正向σx逐漸增大；σy集中分布于兩端鉸接處，且σy與y同號(hào)；σx、σy均對(duì)稱于y軸分布。σy的有限元解與材料力學(xué)解的符號(hào)不同，因?yàn)橛邢拊?jié)點(diǎn)力正方向與材料力學(xué)中的內(nèi)力正方向的定義不同。對(duì)最大應(yīng)力點(diǎn)的σx應(yīng)力收斂過程的分析：計(jì)算次數(shù)單元類型單元尺寸（mm）計(jì)算應(yīng)力σx（MPa）誤差（%）1CPS35013.1472-31.56412CPS32017.0888-9.821643CPS31018.1592-4.173094CPS810019.09510.7656995CPS85018.99390.2316626CPS82018.95770.040633d）由曲線可以看出，8節(jié)點(diǎn)四邊形平面單元的求解精度比3節(jié)點(diǎn)三角形平面單元的高，收斂性好；而采用同樣的單元時(shí)，網(wǎng)格劃分得越密，則求解精度就越高，收斂性就越好。所以，采用細(xì)化網(wǎng)格和采用高精度單元的方法可以提高有限元計(jì)算的精度和收斂性。五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)和體會(huì)： 通過本次實(shí)驗(yàn)，了解了簡(jiǎn)支梁再受均布載荷時(shí)應(yīng)力的分布規(guī)律。在用有限元方法求解時(shí)，通過網(wǎng)格加密和改變單元類型可以提高計(jì)算精度。通過采用不同的單元網(wǎng)格，對(duì)三節(jié)點(diǎn)三角形平面單元和八節(jié)點(diǎn)四邊形平面單元的求解精度進(jìn)行了比較，結(jié)果表明八節(jié)點(diǎn)四邊形平面單元的求解精度更高。通過不同的方法，知道有限元的解法有很多種，但我們要找到最適合的一種方法，不一定是分布最密集的，但一定要最能體現(xiàn)力與位移之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)三軸對(duì)稱模型一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅菏褂幂S對(duì)稱單元，依照軸對(duì)稱的原理建模分析；使用visualization功能模塊查看結(jié)果，延展軸對(duì)稱單元構(gòu)造等效的三維視圖。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容概述：創(chuàng)建部件創(chuàng)建材料和截面屬性定義裝配件設(shè)置分析步定義邊界條件和載荷劃分網(wǎng)格提交分析作業(yè)后處理三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：邊界受力圖 應(yīng)力云圖：位移云圖：三維視圖：四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析：通過延展軸對(duì)稱單元構(gòu)造等效三維視圖的方法：在visualization功能模塊中，點(diǎn)擊主菜單——ODBDisplayOptions，彈出ODBDisplayOptions對(duì)話框選擇Sweep/Extrude標(biāo)簽頁(yè)，選中Sweepelements，然后點(diǎn)擊OK。視圖區(qū)中即顯示出等效的三維模型。通過不同的element可以看不同的角度和剖面圖。為什么軸對(duì)稱問題不約束徑向位移？軸對(duì)稱問題只需添加軸向位移約束，以保證其不發(fā)生剛體位移，而徑向位移約束條件不必添加，因?yàn)楦鶕?jù)對(duì)稱性條件，徑向位移自動(dòng)被約束。五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)和體會(huì)：通過本次實(shí)驗(yàn)，掌握使用軸對(duì)稱單元，如何依照軸對(duì)稱的原理建模分析，如何使用Visualization功能模塊查看結(jié)果，延展軸對(duì)稱單元構(gòu)造等效的三維視圖，進(jìn)一步了解到了該軟件的其他功能，了解了ABAQUS的強(qiáng)大之處，可以進(jìn)行更多方面的研究，值得我們熟練掌握它。實(shí)驗(yàn)四三維模型的線性靜力分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅簢L試分析三維單元的應(yīng)力應(yīng)變情況，要求用ABAQUS/CAE軟件建立相應(yīng)的實(shí)體模型和有限元離散模型，同時(shí)說明使用的單元類型。建?？紤]利用問題的對(duì)稱性。對(duì)比四面體單元和高精度六面體單元的計(jì)算精度。實(shí)驗(yàn)過程概述：創(chuàng)建部件創(chuàng)建材料和截面屬性定義裝配件劃分網(wǎng)格設(shè)置分析步定義載荷和位移邊界條件提交分析作業(yè)后處理考察不同單元類型對(duì)解的影響應(yīng)力集中區(qū)的網(wǎng)格劃分實(shí)驗(yàn)結(jié)果：邊界受力圖【1】（1）應(yīng)力云圖：（2）Y方向位移云圖：【2】采用C3D4單元（3）自由端位移：自由端面上四個(gè)端點(diǎn)的y方向位移（mm）：-0.258841 -0.249453 -0.258841 -0.249452（4）采用C3D4單元后： 自由端面上四個(gè)端點(diǎn)沿y方向的位移（mm）：-0.258835 -0.249453-0.258833 -0.249453采用C3D4單元的計(jì)算精度不如采用C3D20單元的精度高。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析： a）關(guān)于應(yīng)力集中現(xiàn)象： 應(yīng)力集中出現(xiàn)在構(gòu)件的幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變的地方，在該局部地區(qū)周圍應(yīng)力顯著增大。 對(duì)應(yīng)力集中區(qū)的網(wǎng)格劃分，為了體現(xiàn)出應(yīng)力顯著變化的規(guī)律，應(yīng)該對(duì)應(yīng)力集中區(qū)采用分割命令，在應(yīng)力集中區(qū)域生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。對(duì)于對(duì)稱性的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該采用對(duì)稱性約束和計(jì)算的方法減少計(jì)算量。五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)和體會(huì)：對(duì)于一般復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)入MASH功能模塊后，結(jié)構(gòu)顯示為橙色，無法使用默認(rèn)的網(wǎng)格劃分技術(shù)來生成網(wǎng)格，此時(shí)需要把部件分割為幾個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)域，然后在每個(gè)區(qū)域上分別生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。關(guān)于C3D4的設(shè)計(jì)還有一些不熟悉，生成兩個(gè)MODEL時(shí)對(duì)另一個(gè)的處理，原理不是太了解。實(shí)驗(yàn)五板-梁組合建模實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅簩W(xué)會(huì)使用梁?jiǎn)卧桶鍤卧?，同時(shí)掌握不同類型單元組合建模的方法，要求用ABAQUS軟件建立殼單元和梁?jiǎn)卧嘟Y(jié)合的有限元離散模型。實(shí)驗(yàn)過程概述：創(chuàng)建部件創(chuàng)建材料和截面屬性定義裝配件設(shè)置分析步設(shè)置相互作用定義邊界條件和載荷劃分網(wǎng)格提交分析作業(yè)后處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果：受力圖（2）網(wǎng)格圖應(yīng)力云圖：位移云圖：實(shí)驗(yàn)小結(jié)和體會(huì)：通過本次實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，我對(duì)如何使用梁?jiǎn)卧桶鍤卧M(jìn)行建模分析有了一定的認(rèn)識(shí)，能夠用ABAQUS軟件對(duì)梁、板殼類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化和有限元分析。對(duì)于不同類型單元的組合建模，如果各不同類型單元間存在著耦合約束關(guān)系，就應(yīng)該為其創(chuàng)建耦合約束條件，例如本實(shí)驗(yàn)中的支柱與臺(tái)面的交接處。這個(gè)題目讓我認(rèn)識(shí)到做有限元分析時(shí)要細(xì)心認(rèn)真，可能一個(gè)小的步驟的錯(cuò)誤就有可能導(dǎo)致整個(gè)分析中斷，我就是在耦合的時(shí)候漏了一步使得后面的步驟都無法進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)六綜合練習(xí)題實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅喊凑仗崾?，采用C3D20單元完成較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元分析，顯示模型的位移和應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)步驟：part模塊中創(chuàng)建零件property模塊中創(chuàng)建材料和截面屬性assembly模塊中創(chuàng)建裝配件step模塊中定義一個(gè)靜態(tài)一般分析步mesh模塊中將鉸鏈分塊，劃分為C3D20單元類型的網(wǎng)格load模塊中施加載荷和位移約束Job模塊中創(chuàng)建分析任務(wù)，