圓盤(pán)受均布?jí)簭?qiáng) 有限元分析

1、 圓盤(pán)受均布?jí)簭?qiáng)2.1 問(wèn)題的描述下面以一個(gè)直徑為500mm，厚度為3mm，周邊固定的鋼板（如圖2-1所示）在均布?jí)簭?qiáng)作用下的靜力分析為例，學(xué)習(xí)ABAQUS/CAE在圓板分析中的步驟。材料性質(zhì)：彈性模量，泊松比均布載荷：圖2-1 圓盤(pán)模型圖2.2 創(chuàng)建部件首先，打開(kāi)ABAQUS/CAE的啟動(dòng)界面，單擊選擇Create Model Database按鈕創(chuàng)建一個(gè)ABAQUS/CAE的模型數(shù)據(jù)庫(kù)，隨即進(jìn)入Part（部件）功能模塊。接下來(lái)，用戶(hù)在該模塊中創(chuàng)建一個(gè)圓盤(pán)。單擊工具區(qū)中的Create Part（創(chuàng)建部件）工具，彈出Create Part對(duì)話框，如圖2-2所示，在部件名欄中輸入disc，基本特

2、征欄下形狀為shell，類(lèi)型為Planar，模型空間大約尺寸設(shè)置成600。單擊Continue.按鈕，進(jìn)入草圖繪制界面。單擊工具區(qū)中Create Circle中的Center and Perimeter（創(chuàng)建圓）工具，在提示區(qū)輸入（0,0），按回車(chē)鍵Enter；在提示區(qū)繼續(xù)輸入（250,0），然后單擊工具欄自動(dòng)全屏視圖工具，將會(huì)看到整個(gè)圓，單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Cancel Procedure命令，再單擊窗口下方的Done按鈕，完成創(chuàng)建圓盤(pán)，如圖2-3所示。圖2-2 創(chuàng)建部件圖2-3 形成的圓盤(pán)結(jié)構(gòu)圖2.3 定義材料和截面屬性在環(huán)境欄的Module（模塊）列表中選擇Property（特性）功能模塊

3、，設(shè)置圓盤(pán)的材料屬性與厚度。Step 1 定義材料屬性單擊工具區(qū)中的Create Material（創(chuàng)建材料）工具，彈出Edit Material（編輯材料）對(duì)話框。在Name欄輸入steel為材料名稱(chēng)；在Material Behaviors（材料性質(zhì)）欄內(nèi)執(zhí)行Mechanical-Elasticity-Elastic命令（線彈性材料）；在Material Behaviors下方的Data數(shù)據(jù)表內(nèi)輸入Youngs modulus（楊氏模量）為2.06E5和Poissons ratio（泊松比）為0.3，如圖2-4所示，單擊OK按鈕，完成材料的創(chuàng)建操作。圖2-4 Edit Material對(duì)話框

4、Step 2 創(chuàng)建截面屬性單擊工具區(qū)中的Create Section（創(chuàng)建截面）工具，彈出Create Section對(duì)話框，如圖2-5所示，在Name欄輸入disc為截面名稱(chēng)，選擇Category：shell和Type：Homogeneous，單擊Continue.按鈕，彈出Edit Section（編輯截面）對(duì)話框，如圖2-6所示，在Shell Thickness欄輸入3，其余選項(xiàng)采用默認(rèn)值，單擊OK按鈕，完成截面的創(chuàng)建操作。圖2-5 創(chuàng)建截面圖2-6 編輯截面Step 3 分配截面特性單擊工具區(qū)中的Assign Section（分配截面）工具，在視圖區(qū)選擇圓盤(pán)，單擊窗口下方的Done按鈕

5、，彈出Edit Section Assignment（編輯截面分配）對(duì)話框（如圖2-7所示），直接單擊OK按鈕，完成截面特性的分配操作。圖2-7 Edit Section Assignment對(duì)話框2.4 裝配部件在環(huán)境欄的Module（模塊）列表中選擇Assembly（裝配）功能模塊，單擊工具欄的Instance Part工具，彈出Create Instance對(duì)話框（圖2-8），默認(rèn)的選項(xiàng)為disc，直接單擊OK按鈕，完成裝配部件。2.5 設(shè)置分析步在環(huán)境欄的Module（模塊）列表中選擇Step（分析步）功能模塊，設(shè)置分析步步驟如下：（1）單擊左側(cè)工具區(qū)的（Create Step）按鈕，

6、或者在主菜單中選擇Step-Create（也可以直接單擊左側(cè)模型樹(shù)中的Steps來(lái)完成此項(xiàng)操作）。（2）在彈出的Create Step對(duì)話框中，在Name后面輸入分析步的名稱(chēng)，此處將默認(rèn)值Step-1改為loaddisc。其余參數(shù)如圖2-9所示（Procedure type：General；選擇Static General），單擊Continue.按鈕。圖2-8 Create Instance 對(duì)話框圖2-9 Create Step對(duì)話框（3）在彈出的Edit Step對(duì)話框（見(jiàn)圖2-10）中，Description后面改為Uniformly distributed pressure on t

7、he surface，其余參數(shù)都保持默認(rèn)值，單擊OK按鈕，完成操作。圖2-10 編輯分析步對(duì)話框2.6 定義載荷和邊界條件在環(huán)境欄的Module（模塊）列表中選擇Load（載荷）功能模塊。Step 1 定義載荷單擊工具區(qū)的Create Load（創(chuàng)建載荷）工具，彈出Create Load對(duì)話框（見(jiàn)圖2-11）。在Name欄內(nèi)輸入Pressure，將Types for Selected Step（所選分析步的載荷類(lèi)型）設(shè)為Pressure（壓力），Step設(shè)為loaddisc，單擊Continue.按鈕。在窗口選擇圓盤(pán)，再單擊窗口下方的Done按鈕，將會(huì)給出提示Choose a side for

8、 the shell or internal faces: Brown Purple（選擇殼的邊緣還是面），單擊Brown按鈕選擇內(nèi)部面，單擊Purple按鈕選擇側(cè)緣，本例選擇Brown，彈出Edit Load對(duì)話框，如圖2-12所示，在Magnitude后面輸入0.1，然后單擊OK按鈕。施加載荷后，部件如圖2-13所示。圖2-11 Create Load對(duì)話框圖2-12 編輯載荷對(duì)話框Step 2 定義邊界條件單擊工具區(qū)中的Create Boundary Condition（創(chuàng)建邊界條件）工具，彈出Create Boundary Condition對(duì)話框。在Name欄內(nèi)輸入BC-fixed，

9、在Step列表內(nèi)選擇Initial，在Types for Selected Step列表中選擇Displacement/Rotation，單擊Continue.按鈕。在窗口選擇圓盤(pán)的邊緣，單擊Done按鈕，彈出Edit Boundary Condition（邊界邊界條件）對(duì)話框，選擇U1、U2、U3、UR1、UR2、UR3，如圖2-14所示，單擊OK按鈕，完成固定邊界條件的施加，此時(shí)部件如圖2-15所示圖2-13 施加載荷后的部件圖2-14 編輯邊界條件圖2-15 創(chuàng)建邊界條件后的圓盤(pán)模型2.7 劃分網(wǎng)格在環(huán)境欄的Module（模塊）列表中選擇Mesh（網(wǎng)格）功能模塊。Step1 撒種子（設(shè)置

10、網(wǎng)格密度）在模型樹(shù)下選擇Model-1-Assembly-Instance-disc-1節(jié)點(diǎn)并右擊，選擇Make Independent命令，如圖2-16所示。單擊工具區(qū)中的Seed Part（撒種子）工具，彈出Global Seeds對(duì)話框，在Approximate global size欄內(nèi)輸入10，即單元尺寸大約為10mm，如圖2-17所示，單擊OK按鈕，再單擊窗口下方的Done按鈕，完成撒種子。圖2-16 Make Independent命令圖2-17 全局撒種子Step 2 控制網(wǎng)格劃分單擊工具區(qū)中的Assign Mesh Controls（網(wǎng)格控制）工具，彈出Mesh Contro

11、ls對(duì)話框，如圖2-18所示，在Element Shape中選擇Tri，采用自由劃分網(wǎng)格技術(shù)，單擊OK按鈕，完成控制網(wǎng)格劃分選項(xiàng)的設(shè)置。圖2-18 網(wǎng)格劃分控制技術(shù)Step 3 選擇單元類(lèi)型單擊工具區(qū)中的Assign Element Type（分配單元類(lèi)型）工具，在視圖區(qū)選擇整個(gè)模型單擊，彈出Element Type對(duì)話框，如圖2-19所示。選擇三角形單元STRI65，單擊OK按鈕。Step 4 劃分網(wǎng)格單擊工具區(qū)中的Mesh Part（劃分部件）工具，單擊提示區(qū)中的Yes按鈕。圖2-19 選擇單元類(lèi)型對(duì)話框圖2-20 劃分網(wǎng)格后的模型圖完成網(wǎng)格劃分，如圖2-20所示，信息區(qū)顯示出“4077

12、elements have been generated on part: disc-1”。Step 5 檢查網(wǎng)格單擊工具區(qū)中的Verify Mesh（檢查模型）工具，在視圖區(qū)選擇圓盤(pán)部件，單擊Done按鈕，彈出Verify Mesh對(duì)話框，如圖2-21所示。在Type欄內(nèi)選擇Analysis checks（分析檢查），單擊Highlight按鈕，顯示沒(méi)有任何錯(cuò)誤或警告信息。圖2-21 檢查模型網(wǎng)格劃分2.8 分析在環(huán)境欄的Module（模塊）列表中選擇Job（作業(yè)）功能模塊。單擊工具欄的Create Job（創(chuàng)建作業(yè)）工具，彈出Create Job對(duì)話框，如圖2-22所示，在Name欄輸入d

13、isc，單擊Continue.按鈕，彈出Edit Job（編輯作業(yè)）對(duì)話框，如圖2-23所示，在作業(yè)描述欄輸入Static analysis for a disc，單擊OK按鈕。圖2-22 創(chuàng)建作業(yè)圖2-23 編輯作業(yè)單擊工具區(qū)中的Job Manager（分析作業(yè)管理器）工具，彈出Job Manager對(duì)話框，如圖2-24所示，單擊Submit按鈕提交作業(yè)，運(yùn)行完畢，在消息提示欄顯示Completed。圖2-24 作業(yè)管理器單擊工具欄的工具保存模型。2.9 結(jié)果后處理當(dāng)作業(yè)分析完畢后，單擊作業(yè)管理器（見(jiàn)圖2-24）的Results按鈕，ABAQUS/CAE隨即進(jìn)入Visualization（可

14、視化）功能模塊。Step 1 顯示圓盤(pán)的變形執(zhí)行Result-Field Output命令，彈出Field Output（場(chǎng)變量輸出）對(duì)話框（見(jiàn)圖2-25），選擇位移U：Spatial displacement at nodes，默認(rèn)選項(xiàng)為合位移Magnitude，也可以選擇坐標(biāo)軸1、2、3方向的位移U1、U2、U3；設(shè)置顯示最大、最小值的位置，單擊Options-Contour菜單，彈出Contour Plot Options（云圖選項(xiàng)）對(duì)話框（見(jiàn)圖2-26），選擇Limits選項(xiàng)卡，在Min/Max中選擇Show location，點(diǎn)擊左側(cè)工具欄中的工具，位移云圖如圖2-27所示。圖2-25 Field Output對(duì)話框圖2-26 Contour Plot Options對(duì)話框圖2-27 位移云圖調(diào)整變形圖的變形放大系數(shù)，執(zhí)行Options-Common命令，彈出Common Plot Options（普通繪圖選項(xiàng)）對(duì)話框，如圖2-28所示，在變形放大系數(shù)Deformation Scale Fac