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abaqus 有限元分析(齿轮轴)

abaqus 有限元分析(齿轮轴)
abaqus 有限元分析(齿轮轴)

Abaqus分析报告

(齿轮轴)

名称:Abaqus齿轮轴

姓名:

班级:

学号:

指导教师:

一、简介

所分析齿轮轴来自一种齿轮泵,通过用abaqus软件对齿轮轴进行有限元分析和优化。齿轮轴装配结构图如图1,分析图1中较长的齿轮轴。

图1.齿轮轴装配结构图

二、模型建立与分析

通过part、property、Assembly、step、Load、Mesh、Job等步骤建立齿轮轴模型,并对其进行分析。

1.part

针对该齿轮轴,拟定使用可变型的3D实体单元,挤压成型方式。

2.材料属性

材料为钢材,弹性模量210Gpa,泊松比0.3。

3.截面属性

截面类型定义为solid,homogeneous。

4.组装

组装时选择dependent方式。

5.建立分析步

本例用通用分析中的静态通用分析(Static,General)。

6.施加边界条件与载荷

对于齿轮轴,因为采用静力学分析,考虑到前端盖、轴套约束,而且根据理论,对受力部分和轴径突变的部分进行重点分析。

边界条件:分别在三个轴径突变处采用固定约束,如图2。

载荷:在Abaqus中约束类型为pressure,载荷类型为均布载荷,分别施加到齿轮接触面和键槽面,根据实际平衡情况,两力所产生的绕轴线的力矩方向相反,大小按比例分配。

均布载荷比计算:

矩形键槽数据:

长度:8mm、宽度:5mm、高度:3mm、键槽所在轴半径:7mm

键槽压力面积:S1 = 8x3=24mm2 平均受力半径:R1=6.5mm

齿轮数据:=

齿轮分度圆半径:R2 =14.7mm、压力角:20°、

单个齿轮受力面积:S2 ≈72mm2

通过理论计算分析,S1xR1xP1=S2xR2xP2,其中,P1为键槽均布载荷

幅值,P2为齿轮均布载荷幅值。

键槽均布载荷幅值和齿轮均布载荷幅值之比约为P1:P2≈6.3 。取键槽均布载荷幅值为1260,齿轮载荷幅值为200.

由于键槽不是平面,所以需要切割,再施加均布载荷。

图3 键槽载荷施加

比较保守考虑,此处齿轮载荷只施加到一个齿轮上。

图4 齿轮载荷施加

图5.施加约束条件和载荷的齿轮轴模型

7.网格划分

采用六面体划分的网格如下图:

图6 六面体网格划分图六面体划分网格部分细节图:

经过各种划分没能成功,转而采用四面体结构划分,如下图:

图7 四面体网格划分图

8.提交分析(iob)、结果(Visualization)

图8 应力分析图

图9 位移分析图

从应力分析图看出,在齿轮轴轴径突变的地方应力值大,与理论相符合,在键槽施加力的面应力值大,符合圣维南原理。

从位移分析图看出,在齿轮施加力的地方位移最大,因为轴径大。

部分细节形变图:

变形前变形后

从细节图中可以看出,轴在变形过程中还会产生弯曲变形,与受力分析的弯矩相符合。

三、优化

通过上述分析可以看出,齿轮轴轴径突变地方的应力突变比较明显,采用边倒圆进行优化。另外,齿轮位移明显的地方可以通过调整齿轮变位系数和压力角进行优化;在条件允许情况下,键槽受力处可以通过改变键槽的尺寸进行优化。

当然,还可以通过采用先进的材料、加工工艺等增强材料性能。

另一方面,在能满足条件情况下,可以通过减小尺寸来进行减重等优化,优先考虑非应力集中处。

下面以采用边倒圆进行优化为例分析,并对优化前和优化后的模型进行对比分析。主要从优化前后的应力图与位移图对比分析。

优化前应力分析图

优化后应力分析图

优化前位移分析图

优化后位移分析图

从优化前后的应力分析图和位移分析图中,可以看出优化前,应力分布幅值为2.804x10^3,优化后应力分布幅值为2.228x10^3,而且应力幅值的分布也有所变化,应力幅值从优化前的齿轮轴轴径突变处转移到键槽处,说明优化效果明显,即采用边倒圆进行优化,可以显著减少齿轮轴轴径突变地方的应力。另外,从优化前后的位移分析图中,可以看出优化前,位移分布幅值为0.1162,优化后位移分布幅值,0.09492。

专业ABAQUS有限元建模经验笔记

基于ABAQUS的有限元分析和应用 第一章绪论 1.有限元分析包括下列步骤: 2.为了将试验数据转换为输入文件,分析者必须清楚在程序中所应用的和由实验人员提供的材料数据的应力和应变的度量。 3.ABAQUS建模需注意以下内容: 4.对于许多包含过程仿真的大变形问题和破坏分析,选择合适的网格描述是非常重要的,需要认识网格畸变的影响,在选择网格时必须牢牢记住不同类型网格描述的优点。 第二章ABAQUS基础 1.一个分析模型至少要包含如下的信息:离散化的几何形体、单元截面属性、材料数据、载荷和边界条件、分析类型和输出要求。 ①离散化的几何形体:模型中所有的单元和节点的集合称为网格。 ②载荷和边界条件: 2.功能模块: (1)Assembly(装配):一个ABAQUS模型只能包含一个装配件。 (2)Interaction(相互作用):相互作用与分析步有关,这意味着用户必须规定相互作用是在哪些分析步中起作用。 (3)Load(载荷):载荷和边界条件与分析步有关,这意味着用户指定载荷和边界条件是在哪些分析步中起作用。 (4)Job(作业):多个模型和运算可以同时被提交并进行监控。 3.量纲系统 ABAQUS没有固定的量纲系统,所有的输入数据必须指定一致性的量纲系统,常用的一致性量纲系统如下:

4.建模要点 (1)创建部件:设定新部件的大致尺寸的原则必须是与最终模型的最大尺寸同一量级。(2)用户应当总是以一定的时间间隔保存模型数据(例如,在每次切换功能模块时)。(3)定义装配: 在模型视区左下角的三向坐标系标出了观察模型的方位。在视区中的第2个三向坐标系标出了坐标原点和整体坐标系的方向(X,Y和Z轴)。 (4)设置分析过程: (5)在模型上施加边界条件和荷载: 用户必须指定载荷和边界条件是在哪个或哪些分析步中起作用。 所有指定在初始步中的力学边界条件必须赋值为零,该条件是在ABAQUS/CAE中自动强加的。 在许多情况下,需要的约束方向并不一定与整体坐标方向对齐,此时用户可定义一个局部坐标系以施加边界条件。 在ABAQUS中,术语载荷通常代表从初始状态开始引起结构响应发生变化的各种因素,包括:集中力、压力、非零边界条件、体力、温度(与材料热膨胀同时定义)。

abaqus接触问题技巧整理

接触问题技巧整理 1、塑性材料和接触面上都不能用C3D20R和C3D20单元,这可能是你收敛问题的主要原因。如果需要得到应力,可以使用C3D8I (在所关心的部位要让单元角度尽量接近90度),如果只关心应变和位移,可以使用C3D8R, 几何形状复杂时,可以使用C3D10M. 2、接触对中的slave surface应该是材料较软,网格较细的面。 3、接触面之间有微小的距离,定义接触时要设定“Adjust=位置误差限度”,此误差限度要大于接触面之间的距离,否则ABAQUS会认为两个面没有接触:*Contact Pair, interaction="SOIL PILE SIDE CONTACT", small sliding, adjust=0.02 4、定义tie时也应该设定类似的position tolerance: *Tie, name=ShaftBottom, adjust=yes, position tolerance=0.1 5、msg文件中出现zero pivot说明ABAQUS无法自动解决过约束问题,例如在桩底部的最外一圈节点上即定义了tie,又定义了contact, 出现过约束。解决方法是在选择tie或contact 的slave surface时,将类型设为node region, 然后选择区域时不要包含这一圈节点(我附上的文件中没有做这样的修改)。 6、接触定义在哪个分析步取决于你模型的实际物理背景,如果从一开始两个面就是相接触的,就定义在initial或你的第一个分析步中;如果是后来才开始接触的,就定义在后面的分析步中。边界条件也是这样。 7、我在前面上传的文件里用*CONTROL设了允许的迭代次数18,意思是18次迭代不收敛时,才减小时间增量步(ABAQUS默认的值是12)。一般情况下不必设置此参数,如果在msg 文件中看到opening和closure的数目不断减小(即迭代的趋势是收敛的),但12次迭代仍不足以完全达到收敛,就可以用*CONTROL来增大允许的迭代次数。 8、桩头掉在了地表下,说明接触定义得不正确。可能接触面的距离还是大于*contact pair 中的adjust=0.02, 可改为adjust=0.2 9、原则上,90度的圆弧应该划分10个单元,适当少一些可能也行。 *contact pair中的adjust=0.005,还是太小,在后处理时可以看到,接触面之间的距离大于0.005。把adjust设置大一些没关系,比如adjust=0.1。 10、网格不好也可能产生过约束问题,不要只考虑边界条件啊! 11、NUMERICAL SINGULARITY WHEN PROCESSING NODE 15294 D.O.F. 2 RATIO = 2.48305E+11", 说明NODE 15294 所在的实体在方向2上出现无限大的刚体位移。 可以在此实体上的任意一点和地面之间定义一个很软的弹簧,以消除刚体位移。方法是:interaction模块,菜单special / springs-dashpots / create, 选connect points to ground, 选节点,Degree of freedom 设为出现了刚体位移的自由度,spring stiffness为一个较小的值(太小则不足以消除刚体位移,太大则会影响变形)。 如果多个方向上出现了刚体位移,就要分别在相应的方向上各定义一个弹簧。spring 所在的节点在弹簧方向的位移乘以spring stiffness,就是弹簧所分担的载荷,它应该远远小于在此方向上的外载荷。如果模型位移很小,我常常把spring stiffness设为1.

abaqus有限元分析过程

一、有限单元法的基本原理 有限单元法(The Finite Element Method)简称有限元(FEM),它是利用电子计算机进行的一种数值分析方法。它在工程技术领域中的应用十分广泛,几乎所有的弹塑性结构静力学和动力学问题都可用它求得满意的数值结果。 有限元方法的基本思路是:化整为零,积零为整。即应用有限元法求解任意连续体时,应把连续的求解区域分割成有限个单元,并在每个单元上指定有限个结点,假设一个简单的函数(称插值函数)近似地表示其位移分布规律,再利用弹塑性理论中的变分原理或其他方法,建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系,得到一组以结点位移为未知量的代数方程组,从而求解结点的位移分量. 进而利用插值函数确定单元集合体上的场函数。由位移求出应变, 由应变求出应力 二、ABAQUS有限元分析过程 有限元分析过程可以分为以下几个阶段 1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型――有限元模型,从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散,即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作:如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。

2.计算阶段:计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。 由于这一步运算量非常大,所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成 3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理, 并按一定方式显示或打印出来,以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估,并作为相应的改进或优化,这是惊醒结构有限元分析的目的所在。 下列的功能模块在ABAQUS/CAE操作整个过程中常常见到,这个表简明地描述了建立模型过程中要调用的每个功能模块。 “Part(部件) 用户在Part模块里生成单个部件,可以直接在ABAQUS/CAE环境下用图形工具生成部件的几何形状,也可以从其它的图形软件输入部件。 Property(特性) 截面(Section)的定义包括了部件特性或部件区域类信息,如区域的相关材料定义和横截面形状信息。在Property模块中,用户生成截面和材料定义,并把它们赋于(Assign)部件。 Assembly(装配件) 所生成的部件存在于自己的坐标系里,独立于模型中的其它部件。用户可使用Assembly模块生成部件的副本(instance),并且在整体坐标里把各部件的副本相互定位,从而生成一个装配件。 一个ABAQUS模型只包含一个装配件。

abaqus 有限元分析(齿轮轴)

Abaqus分析报告 (齿轮轴) 名称:Abaqus齿轮轴 姓名: 班级: 学号: 指导教师:

一、简介 所分析齿轮轴来自一种齿轮泵,通过用abaqus软件对齿轮轴进行有限元分析和优化。齿轮轴装配结构图如图1,分析图1中较长的齿轮轴。 图1.齿轮轴装配结构图 二、模型建立与分析 通过part、property、Assembly、step、Load、Mesh、Job等步骤建立齿轮轴模型,并对其进行分析。 1.part 针对该齿轮轴,拟定使用可变型的3D实体单元,挤压成型方式。 2.材料属性 材料为钢材,弹性模量210Gpa,泊松比0.3。

3.截面属性 截面类型定义为solid,homogeneous。 4.组装 组装时选择dependent方式。 5.建立分析步 本例用通用分析中的静态通用分析(Static,General)。 6.施加边界条件与载荷 对于齿轮轴,因为采用静力学分析,考虑到前端盖、轴套约束,而且根据理论,对受力部分和轴径突变的部分进行重点分析。 边界条件:分别在三个轴径突变处采用固定约束,如图2。 载荷:在Abaqus中约束类型为pressure,载荷类型为均布载荷,分别施加到齿轮接触面和键槽面,根据实际平衡情况,两力所产生的绕轴线的力矩方向相反,大小按比例分配。 均布载荷比计算: 矩形键槽数据: 长度:8mm、宽度:5mm、高度:3mm、键槽所在轴半径:7mm 键槽压力面积:S1 = 8x3=24mm2 平均受力半径:R1=6.5mm 齿轮数据:= 齿轮分度圆半径:R2 =14.7mm、压力角:20°、 单个齿轮受力面积:S2 ≈72mm2 通过理论计算分析,S1xR1xP1=S2xR2xP2,其中,P1为键槽均布载荷

支架的有限元分析ABAQUS

支架的线性静力学分析实例:建模和分析计算 在此实例中读者将学习ABAQUS/CAE的以下功能。 1) Sketch功能模块:导人CAD二维图形,绘制线段、圆弧和倒角,添加尺寸,修改平面图,输出平面图。 2) Part功能模块:通过拉伸来创建几何部件,通过切割和倒角未定义几何形状。 3) Property功能模块:定义材料和截面属性。 4) Mesh功能模块:布置种子,分割实体和面,选择单元形状、单元类型、网格划分 技术和算法,生成网格,检验网格质量,通过分割来定义承受载荷的面。 5) Assembly功能模块:创建非独立实体。 6) Step功能模块:创建分析步,设置时间增量步和场变量输出结果。 7) Interaction功能模块:定义分布榈合约束(distributing coupling constraint)。 8) Load功能模块:定义幅值,在不同的分析步中分别施加面载荷和随时间变化的集中力,定义边界条件。 9) Job功能模块:创建分析作业,设置分析作业的参数,提交和运行分析作业,监控运行状态。 10) Visualization功能模块:后处理的各种常用功能。 结构静力学分析(static analysis)是有限元法的基本应用领域,适用于求解惯性及阻尼对结构响应不显著的问题。主要用来分析由于稳态外载荷引起的位移,应力和应变等。本章的静力学分析实例按照ABAQUS工程分析的流程对支架进行线性静力学分析,通过实例基本掌握了分析的流程,同时了解接触的定义。 1.问题描述 所示的支架,一端牢固地焊接在一个大型结构上,支架的圆孔中穿过一个相对较软的杆件,圆孔和杆件用螺纹连接。材料的弹性模量E=2100000MPa,泊松比为0.3。

Abaqus Explicit 接触问题

1. Abaqus/Explicit 中的接触形式 双击Interactions,出现接触形式定义。分为通用接触(General contact)、面面接触(Surface-to-Surface contact)和自接触(Self-contact)。 1. 通用接触General contact 通用接触用于为多组件,并具有复杂拓扑关系的模型建模。 General contact algorithm ?The contact domain spans multiple bodies (both rigid and deformable) ?Default domain is defined automatically via an all-inclusive element-based surface ?The method is geared toward models with multiple components and complex topology。 ?Greater ease in defining contact model 2. Surface-to-Surface contact Contact pair algorithm ?Requires user-specified pairing of individual surfaces ?Often results in more efficient analyses since contact surfaces are limited in scope 3. 自接触(Self-contact) 自接触应用于当部件发生变形时,可能导致自己的某两个或多个面发生接触的情况。如弹簧的压缩变形,橡胶条的压缩。

abaqus接触动力学分析

部件模态综合法 随着科学和生产的发展,特别是航空、航天事业的发展,越来越多的大型复杂结构被采用,这使得建模和求解都比较困难。一方面,一个复杂结构势必引入较多的自由度,形成高维的动力学方程,使一般的计算机在内存和求解速度方面都难以胜任,更何况一般的工程问题主要关心的是较低阶的模态。仅为了获取少数的几个模态,必须为求解高维方程付出巨大的代价也是不合适的。另一方面,正是由于结构的庞大和复杂,一个完整的结构往往不是在同一地区生产完成的,可能一个结构的各个主要零部件不得不由不同的地区、不同的厂家生产。而且由于试验条件的限制只能进行部件的模态实验,而无法对整体结构进行模态实验。针对这些主要的问题,为了获得大型、复杂结构的整体模态参数,于是发展了部件模态综合法。 部件模态综合法又叫子结构耦合法。它的基本思想是按工程观点或结构的几何轮廓,并遵循某些原则要求,把完整的结构进行人为抽象肢解成若干个子结构(或部件);首先对子结构(或部件)进行模态分析,然后经由各种方案,把它们的主要模态信息(常为低阶主模态信息)予以保留,并借以综合完整结构的主要模态特征。它的主要有点是,可以通过求解若干小尺寸结构的特征问题来代替直接求解大型特征值问题。同时对各个子结构可分别使用各种适宜的数学模型和计算程序,也可以借助试验的方法来获得他们的主要模态信息。 对于自由振动方程在数学上讲就是固有(特征)值方程。特征值方程的解不仅给出了特征值,即结构的自振频率和特征矢量——振兴或模态,而且还能使结构在动力载荷作用下的运动方程解耦,即所谓的振型分解法或叫振型叠加法。因此,特征值问题的求解技术,对于解决结构振动问题来说吧,是非常重要的。 考虑阻尼的振型叠加法 振型叠加法的定义:将结构各阶振型作为广义坐标系,求出对应于各阶振动的结构内力和位移,经叠加后确定结构总响应的方法。 振型叠加法的使用条件: ?(1)系统应该是线性的:线性材料特性,无接触条件,无非线性几何效应。 ?(2)响应应该只受较少的频率支配。当响应中各频率成分增加时,例如撞击和冲击问题,振型叠加技术的有效性将大大降低。 ?(3)载荷的主要频率应在所提取的频率范围内,以确保对载荷的描述足够精确。 ?(4)由于任何突然加载所产生的初始加速度应该能用特征模态精确描述。 ?(5)系统的阻尼不能过大。

abaqus接触分析的常见问题

CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学,涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群,是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉,可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式,详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题,并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法,帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1点对面离散与面对面离散 【常见问题16-1】 在ABAQUS/Standard分析中定义接触时,可以选择点对面离散方法(node-to-surfac e-dis-cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surfacediscretization),二者有何差别? 『解答』 在点对面离散方法中,从面(slavesurface)上的每个节点与该节点在主面(mastersur face)上的投影点建立接触关系,每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。 使用点对面离散方法时,从面节点不会穿透(penetrate)主面,但是主面节点可以穿透从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件,在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象,但是穿透的程度不会很严重。 在如图16-l和图16-2所示的实例中,比较了两种情况。

abaqus螺栓连接的接触分析(网络软件)

*HEADING 定义装配载荷,例子使用的是实体单元 *NODE 可选定义预紧节点 *SURFACE,NAME=名字 数据行:指定单元和相应的面来定义预紧截面 *PRE-TENSION SECTION,SURFACE=名字,NODE=预紧节点** *STEP ** 预紧截面的使用 *STATIC 控制时间增量步的数据行 *CLOAD 预紧节点,1,预紧力的值 或者 *BOUNDARY,AMPLITUDE=amplitude 预紧节点, 1, 1,紧固调整 *END STEP *STEP ** 保持紧固调整并施加新的载荷 *STATIC 或*DYNAMIC 控制时间增量步的数据行 *BOUNDARY,FIXED pre-tension_node, 1, 1 *BOUNDARY 定义其他边界条件的数据行 *CLOAD 或*DLOAD 定义其他载荷条件的数据行 … *END STEP

abaqus螺栓连接的接触分析 2012-02-13 19:09:34| 分类:ABAQUS | 标签:|举报|字号大中小订阅 NO.1 螺栓连接的简化 由于螺纹处的应力应变不是关心的重点,因此,为简化建模,避免收敛困难,在螺钉和螺孔内表面之间建立绑定约束(tie)。这样得到的模型会比实际结构刚硬。 建立绑定约束的两个面在整个分析过程中都会紧密连接在一起,不会分开,如同一个整体。 Tie绑定约束,Position Tolerance(位置误差限度)设为Specify distance:XXX. 含义:与主面距离小于此限度的从面节点都会受到绑定约束。对于在位置误差限度内的从面节点,ABAQUS将调整其初始坐标,使其与主面的距离为0。注意不要将值设太大,以免由于调整从面节点位置,而造成较差的单元形状。 NO.2 预紧力的模拟 在abaqus中模拟螺钉预紧力的两种方式:1、施加螺栓载荷(bolt load); 2、定义过盈接触(contact interference)。 1、施加螺栓载荷(bolt load) 可以模拟螺钉的预紧力和各种均匀预应力。定义螺栓载荷时,需要指定螺钉上的一个受力截面。施加螺栓载荷的方式三种:A、Apply force:指定预紧力。B、Adjust length:调整螺钉长度。C、Fix at current length:保持螺钉当前长度。 注意:螺栓载荷为正值时表示使受力部件缩短;螺栓载荷为负值时表示受力部件伸长。 在做螺栓接触分析时,可以设好几个分析步,已达到平稳接触。在前几步使用Apply force,在后几步用Fix at current length。含义:在该分析步的开始,去除螺钉的预紧力,让螺钉保持上一步结束时的长度。在该步分析结束后,如果有其他外载荷,螺钉长度会发生变化。 2、定义过盈接触(contact interference)。

ABAQUS有限元接触分析的基本概念

ABAQUS有限元接触分析的基本概念2009-11-24 00:06:28 作者:jiangnanxue 来源:智造网—助力中国制造业创新—https://www.sodocs.net/doc/109412570.html, CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学,涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群,是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉,可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式,详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题,并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法,帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1 点对面离散与面对面离散 【常见问题16-1】 在ABAQUS/Standard分析中定义接触时,可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis - cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surface discretization),二者有何差别? 『解答』 在点对面离散方法中,从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系,每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。 使用点对面离散方法时,从面节点不会穿透(penetrate)主面,但是主面节点可以穿透从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件,在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象,但是穿透的程度不会很严重。 在如图16-l和图16-2所示的实例中,比较了两种情况。

Abaqus有限元分析中的沙漏效应

Abaqus有限元分析中的沙漏效应[转] 2011-09-21 17:34:27| 分类:有限元 | 标签: |字号大中小订阅 1. 沙漏的定义 沙漏hourglassing一般出现在采用缩减积分单元的情况下: 比如一阶四边形缩减积分单元,该单元有四个节点“o”,但只有一个积 分点“*”。而且该积分点位于单元中心位置,此时如果单元受弯或者受剪,则必然会发生变形,如下图a所示。 关于沙漏问题,建议看看abaqus的帮助文档,感觉讲的非常好,由浅入深,把深奥的东西讲的很容易理解。 沙漏的产生是一种数值问题,单元自身存在的一种数值问题,举个例子,对于单积分点线性单元,单元受力变形没有产生应变能--也叫0能量模式,在 这种情况下,单元没有刚度,所以不能抵抗变形,不合理,所以必须避免这种情况的出现,需要加以控制,既然没有刚度,就要施加虚拟的刚度以限制沙漏 模式的扩展---人为加的沙漏刚度就是这么来的。 关于沙漏现象的判别,也就是出现0能模式的方法最简单的是察看单元变 形情况,就像刚才所说的单点积分单元,如果单元变成交替出现的梯形形状, 如果多个这样的单元叠加起来,是不是象我们windows中的沙漏图标呢? ABAQUS中沙漏的控制: *SECTION CONTROLS:指定截面控制 警告:对于沙漏控制,使用大于默认值会产生额外的刚度响应,甚至当值 太大时有时导致不稳定。默认沙漏控制参数下出现沙漏问题表明网格太粗糙, 因此,更好的解决办法是细化网格而不是施加更大的沙漏控制。 该选项用来为减缩积分单元选择非默认的沙漏控制方法,和standard中的修正的四面体或三角形单元或缩放沙漏控制的默认系数;在explicit中,也 为8节点块体单元选择非默认的运动方程:为实体和壳选择二阶方程、为实体 单元激活扭曲控制、缩放线性和二次体积粘度、设置当单元破损时是否删除他们、或为上述完全破损的单元指定一标量退化参数。等 必需参数: NAME:名字 可选参数: DISTORTION CONTROL:只用于explicit分析。=YES激活约束防止负体积 单元出现或其他可压缩材料的过度变形,这对超弹材料是默认的。DISTORTION

接触分析注意问题

1、塑性材料和接触面上都不能用C3D20R和C3D20单元,这可能是 你收敛问题的主要原因。如果需要得到应力,可以使用C3D8I (在所关心的部位要让单元角度尽量接近90度),如果只关心应变和位移,可以使用C3D8R, 几何形状复杂时,可以使用C3D10M。 2、接触对中的slave surface应该是材料较软,网格较细的面。 3、接触面之间有微小的距离,定义接触时要设定“Adjust=位置误 差限度“,此误差限度要大于接触面之间的距离,否则ABAQUS会认为两个面没有接触:*Contact Pair, interaction="SOIL PILE SIDE CONTACT", small sliding, adjust=0.2. 4、定义tie时也应该设定类似的position tolerance: *Tie, name=ShaftBottom, adjust=yes, position tolerance=0.1 5、 msg文件中出现zero pivot说明ABAQUS无法自动解决过约束问题,例如在桩底部的最外一圈节点上即定义了tie,又定义了contact, 出现过约束。解决方法是在选择tie或contact的slave surface时,将类型设为node region, 然后选择区域时不要包含这一圈节点(我附上的文件中没有做这样的修改)。 6、接触定义在哪个分析步取决于你模型的实际物理背景,如果从一开始两个面就是相接触的,就定义在initial或你的第一个分析步中;如果是后来才开始接触的,就定义在后面的分析步中。边界条件也是这样。 7、我在前面上传的文件里用*CONTROL设了允许的迭代次数18,意 思是18次迭代不收敛时,才减小时间增量步(ABAQUS默认的值是

abaqus有限元分析简支梁

1.梁C 的主要参数: 其中:梁长3000mm ,高为406mm ,上下部保护层厚度为38mm ,纵筋端部保护层厚度为25mm 抗压强度:35.1MPa 抗拉强度:2.721MPa 受拉钢筋为2Y16,受压钢筋为2Y9.5,屈服强度均为440MPa 箍筋:Y7@102,屈服强度为596MPa 2.混凝土及钢筋的本构关系 1、运用陈光明老师的论文(Chen et al. 2011)来确定混凝土的本构关系: 受压强度: 其中C a E ==28020,c f ρσ'=,0.002ρε= 2、受压强度与开裂位移的相互关系:

其中123.0, 6.93c c == 3、损伤因子: 其中c h = e=10(选取网格为10mm ) 4、钢筋取理想弹塑性 5、名义应力应变和真实应力及对数应变的转换: ln (1)ln(1)true nom nom Pl true nom E σσεσε ε=+=+- 6、混凝土最终输入的本构关系如下: compressive behavior tensile behavior tension damage yield stress inelastic strain yield stress displacement parameter displacement 21.50274036 2.721 25.56359281 2.72247E-05 2.683556882 0.0003129 0.18766492 0.0003129 28.88477336 8.85105E-05 2.646628319 0.0006258 0.31902609 0.0006258 31.43501884 0.000177278 2.610210508 0.0009387 0.41606933 0.0009387 33.24951537 0.000292271 2.574299562 0.0012516 0.49065237 0.0012516 34.40787673 0.000430648 2.538891515 0.0015645 0.54973463 0.0015645 35.01203181 0.000588772 2.503982327 0.0018774 0.5976698 0.0018774 35.16872106 0.000762833 2.46956789 0.0021903 0.63732097 0.0021903 34.97805548 0.000949259 2.435644029 0.0025032 0.67064827 0.0025032 34.52749204 0.001144928 2.402206512 0.0028161 0.69903885 0.0028161 33.88973649 0.001347245 2.369251048 0.003129 0.72350194 0.003129 33.17350898 0.001541185 2.336773294 0.0034419 0.74478941 0.0034419 32.38173508 0.001737792 2.30476886 0.0037548 0.76347284 0.0037548 31.54367693 30.68161799 0.001936023 0.002135082 2.27323331 2.242162167 0.0040677 0.0043806 0.77999451 0.79470205 0.0040677 0.0043806

ABAQUS有限元接触分析的基本概念

ABAQUS有限元接触分析的基本概念 来源:机械工业出版社《ABAQUS有限元分析常见问题解答》 CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学,涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群,是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉,可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式,详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题,并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法,帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1 点对面离散与面对面离散 【常见问题16-1】 在ABAQUS/Standard分析中定义接触时,可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis- cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surface discretization),二者有何差别? 『解答』 在点对面离散方法中,从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系,每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。 使用点对面离散方法时,从面节点不会穿透(penetrate)主面,但是主面节点可以穿透从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件,在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象,但是穿透的程度不会很严重。 在如图16-l和图16-2所示的实例中,比较了两种情况。

abaqus有限元建模小例子

问题一: 工字梁弯曲 1.1 问题描述: 在<<材料力学实验>>中,弯曲实验測定了工字梁弯曲应变大小及其分布,以验证弯曲正应力公式。在这里,採用ABAQUS/CAE建立试验件的有限元模型,ABAQUS/Standard模块进行分析求解,得到应力、应变分布,对比其与理论公式计算值及实验測量值的差別。 弯曲实验的相关数据: 材料:铝合金E=70GPa 泊松比0.3 实验装置结构简图如图所示: 结构尺寸测量值:H=50(+/-0.5mm) h=46(+/-0.5mm) B=40(+/-0.5mm) b=2(+/-0.02mm) a=300(+/-1mm) F1=30N Fmax=300N N ? F100 = 1.2 ABAQUS有限元建模及分析 一对象: 工字型截面铝合金梁 梁的结构简图如图1所示,結构尺寸、载荷、約束根据1.1设定,L取1600mm,两端各伸出100mm。 二用ABAQUS/CAE建立实验件的有限元模型,效果图如下: 边界条件简化: 左侧固定铰支座简化为下表面左参考点处的约束U1=U2=U3=0

右侧活动铰支座简化为下表面右参考点处的约束U1=U2=UR3=0 几何模型

有限元模型 三ABAQUS有限元分析結果 ①应力云图(Z方向正应力分量):施加载荷前 F=300N

②应变(Z方向分量): 中间竖直平面的厚度方向应变分布图: F=100N F=200N

F=300N 由上图可以看出应变沿着厚度方向呈线性比例趋势变化,与实验测得的应变值变化趋势相同。中性轴处应变均接近零值,应变与距离中性轴位移基本为正比关系。 1.3分析结果: 中间竖直截面上下边缘轴向应力数值对比:*10^-6 MPa 距中性轴距ABAQUS模拟实验测量值平均理论值 1/2H -96.182*70000 -97*70000 -6.9165=-70000*98.807 -1/2H 95.789*70000 92*70000 6.9165

abaqus有限元分析报告开裂梁要点

Abaqus梁的开裂模拟计算报告 1.问题描述 利用ABAQUS有限元软件分析如图1.1所示的钢筋混凝土梁的裂缝开展。参考文献Brena et al.(2003)得到梁的基本数据: 图1.1 Brena et al.(2003)中梁C尺寸 几何尺寸:跨度3000mm,截面宽203mm,高406mm的钢筋混凝土梁 由文献Chen et al. 2011得材料特性: 1.混凝土:抗压强度f c’=35.1MPa,抗拉强度f t= 2.721MPa,泊松比ν=0.2,弹性模量 E c=28020MPa; 2.钢筋:弹性模量为E c=200GPa,屈服强度f ys=f yc=440MPa,f yv=596MPa 3.混凝土垫块:弹性模量为E c=28020MPa,泊松比ν=0.2 2.建模过程 1)Part 打开ABAQUS使用功能模块,弹出窗口Create Part,参数为:Name:beam;Modeling Space:2D;Type:Deformable;Base Feature─Shell;Approximate size:2000。点击Continue 进入Sketch二维绘图区。由于该梁关于Y轴对称,建模的时候取沿X轴的一半作为模拟对象。 使用功能模块,分别键入独立点(0,0),(1600,0),(1600,406),(406,0),(0,0)并按下下方提 示区的Done,完成草图。 图2.1 beam 部件二维几何模型

相同的方法建立混凝土垫块: 图2.2 plate 部件二维几何模型 所选用的点有(0,0),(40,0),(40,10),(0,10) 受压区钢筋: 在选择钢筋的base feature的时候选择wire,即线模型。 图2.3 compression bar 部件二维几何模型 选取的点(0,0),(1575,0) 受拉区钢筋: 图2.4 tension bar 部件二维几何模型 选取的点(0,0),(1575,0) 箍筋: 图2.5 stirrup 部件二维几何模型 选取的点为(0,0),(0,330) 另外,此文里面为了作对比,部分的模型输入尺寸的时候为m,下面无特别说明尺寸都为mm。

基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析

基于有限元软件ABAQUS的过盈接触分析 如下图所示,将轴缓缓压入轴毂中,轴和毂之间在径向有8mm的过盈量,轴毂固定,两者的材料均为钢,弹性模量为2.06E11Pa,泊松比为0.3,摩擦系数为0.2。分析装配过程中轴和轴毂的应力应变情况。 问题分析 (1)本题主要分析装配过程中结构的静态响应,所以分析步选择通用静态分析步。 (2)本题由于为过盈配合,属于大变形,故应考虑几何非线性的影响。 (3)模型具有轴对称性,所以可以采取轴对称模型来进行分析,这样可以节省计算时间。 (4)为了方便收敛,分析步可以分成两步,第一步建立两者间的接触关系,第二步完成过盈装配。 (5)接触面之间有很大的相对滑动,所以模型要使用有限滑移(Finite sliding)。 ABAQUS/CAE分析过程如下: (1)进入Part模块,创建Name为Axis的部件

在草图环境中输入(0,0),(0.1,0),(0.1,0.12),(0.13,0.12),(0.13,0.28),(0,0.28),(0,0)同时为轴部件端部切割出一78度角的倒角 同样再创造一Name为Hub的部件,设置与Axis一样,在草图环境中输入利用Rectangle工具创建一矩形,两角点为(0.09992,0)和(0.19992,-0.12)

(2) 进入property 模块,定义材料属性

(3)进入Assembly模块,创建两者间的装配关系

(4)进入step模块 定义名为Make-Contact和Press-Axis-Down的两个分析步,,将Nlgeom设置 为on,详细信息如下:

石亦平ABAQUS有限元分析实例详解之读后小结-完整版

目录 第一章ABAQUS简介 (1) 第二章ABAQUS基本使用方法 (1) 第三章线性静力分析实例 (6) 第四章 ABAQUS的主要文件类型 (8) 第五章接触分析实例 (9) 第六章弹塑性分析实例 (13) 第七章热应力分析实例 (15) 第八章多体分析实例 (16) 第九章动态分析实例 (17) 第十章复杂工程分析综合实例 (20)

第一章ABAQUS简介 [1] (pp7) 在[开始] →[程序] →[ABAQUS 6.5-1]→[ABAQUS COMMAND],DOS提示符下输入命令 Abaqus fetch job = 可以提取想要的算例input文件。 第二章ABAQUS基本使用方法 [2] (pp15) 快捷键:Ctrl+Alt+左键来缩放模型;Ctrl+Alt+中键来平移模型;Ctrl+Alt+右键来旋转模型。 (pp16) ABAQUS/CAE不会自动保存模型数据,用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外丢失。 [3] (pp17) 平面应力问题的截面属性类型是Solid(实心体)而不是Shell(壳)。 ABAQUS/CAE推荐的建模方法是把整个数值模型(如材料、边界条件、载荷等)都直接定义在几何模型上。载荷类型Pressure的含义是单位面积上的力,正值表示压力,负值表示拉力。 [4] (pp22) 对于应力集中问题,使用二次单元可以提高应力结果的精度。 [5] (pp23) Dismiss和Cancel按钮的作用都是关闭当前对话框,其区别在于:前者出现在包含只读数据 的对话框中;后者出现在允许作出修改的对话框中,点击Cancel按钮可关闭对话框,而不保存所修改的内容。 [6] (pp26) 每个模型中只能有一个装配件,它是由一个或多个实体组成的,所谓的“实体”(instance) 是部件(part)在装配件中的一种映射,一个部件可以对应多个实体。材料和截面属性定义在部件上,相互作用(interaction)、边界条件、载荷等定义在实体上,网格可以定义在部件上或实体上,对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。 [7] (pp26) ABAQUS/CAE中的部件有两种:几何部件(native part)和网格部件(orphan mesh part)。 创建几何部件有两种方法:(1)使用Part功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样等特征来直接创建几何部件。(2)导入已有的CAD模型文件,方法是:点击主菜单File→Import→Part。 网格部件不包含特征,只包含节点、单元、面、集合的信息。创建网格部件有三种方法:(1)导入ODB文件中的网格。(2)导入INP文件中的网格。(3)把几何部件转化为网格部件,方法是:进入Mesh功能模块,点击主菜单Mesh→Create Mesh Part。 [8] (pp31) 初始分析步只有一个,名称是initial,它不能被编辑、重命名、替换、复制或删除。在初始 分析步之后,需要创建一个或多个后续分析步,主要有两大类: (1)通用分析步(general analysis step)可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包含以下类型: — Static, General: ABAQUS/Standard静力分析 — Dynamics, Implicit: ABAQUS/Standard隐式动力分析

Abaqus螺栓有限元分析

1.分析过程 1.1.理论分析 1.2.简化过程 如果将Pro/E中的3D造型直接导入Abaqus中进行计算,则会出现裂纹缝隙无法修补,给后期的有限元分析过程造成不必要的麻烦,因此,在Abaqs中进行计算之前,对原来的零件模型进行一些简化和修整。 A.法兰部分不是分析研究的重点,因此将其简化掉; B.经计算,M24×3的螺纹的升角很小,在度,因此可以假设螺旋升角为0; C.忽略螺栓和螺母的圆角等细节; 1.3.Abaqus中建模 查阅机械设计手册,得到牙型如下图所示,在Abaqus中按照下图所示创建出3D模型,如错误!未找到引用源。所示。同样的方式,我们建立螺母的3D模型nut,如错误!未找到引用源。所示。

图 1-1 图 1-2 建立材料属性并将其赋予模型。在Abaqus的Property模块中,选择Material->Manager->Create,创建一个名为Bolt&Nut的新材料,首先设置其弹性系数。在Mechanical->Elastic中设置其杨氏模量为193000Mpa,设置其泊松比为,如错误!未找到引用源。所示。 建立截面。点击Section->Manager->Creat,建立Solid,Homogeneous的

各向同性的截面,选择材料为Bolt&Nut,如错误!未找到引用源。所示。 将截面属性赋予模型。选择Assign->Section,选择Bolt模型,然后将刚刚建立的截面属性赋予它。如错误!未找到引用源。所示。同样,给螺母nut赋予截面属性。 图 1-3 图 1-4

图 1-5 然后,我们对建立的3D模型进行装配,在Abaqus中的Assembly模块中,我们同时调入两个模型,然后使用Constraint->Coaxial命令和Translate和Instance命令对模型进行移动,最终的装配结果如错误!未找到引用源。所示。 图 1-6 第四步,对模型进行网格划分。进入Abaqus中的Mesh模块,然后选择Bolt 零件,使用按边布种的方式对其进行布种,布种结果如错误!未找到引用源。所示。在菜单Mesh->Control中进行如错误!未找到引用源。所示的设置使用自由网格划分,其余设置使用默认。在菜单Mesh->Element type中选用如错误!未找到引用源。所示的设置。按下Mesh图标,对工件进行网格划分,最终的结果如错误!未找到引用源。所示。同样的方式对螺母模型nut进行网格划分,最终结

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