基于ABAQUS平台对球冠结构焊接变形的数值试验
基于ABAQUS平台对球冠结构焊接变形的数值试验姚熊亮1,刘庆杰1,孙谦2,周其新1
(1.哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;2.海军装备部,北京100814)
摘要:球冠结构在焊接过程中产生的焊接变形是关系到结构安全性能的重要指标。
为了保证球冠焊接构件的可靠性,准确推断球冠结构焊接变形,有必要针对球冠结构的
焊接变形进行数值试验分析。基于大型有限元软件ABAQUS开发相应的焊接程序,对
焊接过程中温度场、结构变形进行了数值模拟,并将模拟结果与相关理论值及试验值进
行对比分析。结果表明,数值试验结果与理论结果基本吻合,满足工程要求。在此基础
上,对球冠结构的焊接过程进行三维有限元分析,得到了球冠结构焊接变形随球冠壁
厚、焊接坡口形式及焊接顺序的变化规律,为控制结构的焊接变形提供了依据。
关键词:球冠结构;焊接变形;焊接;数值试验
中图分类号:U671文献标识码:A文章编号:0253-360X(2007)06-089-04姚熊亮
0序言
目前对焊接温度场、应力和变形的分析主要是通过试验的方法测量并采集数据,进行定量的分析。由于受试验各方面的限制,所得数据的精确度并不高,而且浪费大量人力、物力。虽然这类问题也可通过解析方法求解特定的微分方程组进行定量计算,但仅限于十分简单的情况,并需对问题做诸多简化假设。而实际的焊接问题多种多样,边界条件十分复杂,用解析方法来求解这类微分方程是十分困难的。随着高速电子计算机的迅速发展,使得数值模拟成为可能。以大型有限元软件AB AQUS为基础,进行二次开发,采用编程方法对T形梁的焊接过程进行数值模拟,并将数值模拟结果与相关的理论值及试验值进行对比分析。对比结果表明,数值试验结果与理论结果基本吻合,满足工程要求。在此基础上,对球冠结构的焊接过程进行了数值试验研究,并从焊接的坡口形式、焊接顺序等方面探讨了减小和控制焊接角变形的工艺措施。
1ABAQUS中焊接过程的实现
对焊接过程的数值模拟以ABAQUS软件为基础,并进行二次开发。首先利用编程手段将ANSYS软件中建立的模型导入ABAQUS,再利用AB AQUS内部用户子程序DFLUX进行热源加载。采用间接耦合的方法,先对焊接过程进行热分析(包括冷却),然后转换成相应的结构单元进行应力、变形分析。焊接模拟过程中热流量被定义成椭圆形面高斯分布[1]。
分布因子F描述包含于椭圆内热源的比例,定义如下
F=ln(
100
P
),(1)式中:P为椭圆边上的热量密度百分比。
通过有系统地调整,并与所观察到的焊接熔池形状及温度分布图相匹配,即可得到F的合适值;分布热流量在AB AQUS中通过关键字*DFLUX定义。
2焊接实例
2.1计算模型
试验模型为T形焊接构件[2],T形焊接构件面板尺寸为200mm@600mm@12mm,腹板尺寸200mm@200mm@12mm,试验采用CO2焊条电弧焊,焊接热输入为1500J/mm,焊脚6mm。试验模型材料为普通A级低碳钢。考虑到结构的对称性,取结构的一半建立有限元模型(图1),对称面上取对称边界条件。在计算温度场时,结构外表面施加空气对流边界条件;计算应力场时,只需约束结构的刚体位移即可。
第28卷第6期2007年6月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INS TI TUTION
Vol.28No.6
June2007
收稿日期:2006-07-04
图1 焊接试验模型结构及其三维有限元模型Fig.1 Sketch of welding model and finite elem ent m odel of
weldi ng T plate
2.2 计算结果分析2.2.1 温度场结果分析
图2给出了焊点到达T 形板正中时焊缝处温度数值试验结果与解析结果对比图,图中温度场解析结果由下式求得
[3]
,即
T -T 0=q 2PK R exp (-vx 2a -vR
2a
),
(2)
式中:x 为热源距起弧端距离;T 0为焊接的初始温度;q 为电弧有效热功率;K 为热导率;a 为热扩散率;R 为焊件上某点到热源中心的距离。
从图2可以看出数值试验结果与解析结果基本是一致的,但在某些位置还存在着一定误差。这主要是因为理论结果是半无限体的解析结果,而且没有考虑对流和热辐射的影响,而实例综合考虑了对流和热辐射的影响;其次,采用AB AQUS 软件进行计算时,模型所用材料的热物理性能参数是变化的,而利用解析法计算时,其热物理性能参数是随温度变化的一个平均值。从图中还可看出焊接温度的最高时刻比热源的移动滞后一段时间,这和理论研究
[4-6]
是一致的。以上结果分析表明,基于
AB AQUS 软件进行二次开发以模拟焊接过程的温度场是可行的。
2.2.2 焊接变形结果分析
通过对焊接构件进行热力耦合分析可得到结构的焊接变形。由数值结果可知焊接后构件的最大垂
向位移发生在面板平行于焊缝的一条边上,位移为
图2 焊接温度数值模拟结果与理论值比较图Fig.2 Comparisons of s imulated and theoretical results
1.63mm 。焊接过程中由于焊缝处金属的膨胀,面板先产生向下的垂向变形,而后由于焊缝处金属的收缩作用,面板迅速上移,并迅速稳定下来,这与文献[7]的研究结果一致。物理试验得到面板端点位移为1.6mm,数值模拟结果为1.63mm,误差2%,可见数值模拟和物理试验的结果吻合较好,采用该数值方法能够较好地模拟焊接过程。
3 厚壁球冠结构焊接变形的控制
3.1 计算模型
焊接模型为一船用典型的厚壁球冠结构,材料为高强度合金钢,结构见图3a,其中R 1为球冠内径,R 2为球冠外径,t 为球冠厚度。按工厂加工经验及相关试验结论,取该厚壁球冠结构的坡口形式为X 形坡口,坐标系采用图3a 的球坐标系。焊接热输入为1500J/mm,焊接完成后对结构进行空冷。
考虑到结构的对称性,取结构的一半建立有限元模型(图3b)。在计算温度场时,取对称面为绝热边界条件,其它各面均施加表面对流边界条件。在计算应力及变形时,在对称面施加对称边界。为保证模型结构无整体刚性位移,对G H 处节点进行了刚性固定。
90
焊 接 学 报第28卷
图3 厚壁球冠结构及其有限元模型图
Fig.3 Struc ture of thick s pherical cap and 3D finite element model
3.2 工况描述
为了找出球冠结构焊接角变形与坡口形式、壁厚及焊接顺序的关系,设置了大量焊接计算工况。
其中坡口形式及壁厚的选取由相关部门提供,图4
给出了坡口示意图,表1给出了各工况的具体形式。
图4 计算模型结构坡口示意图
Fig.4 Groove of model
3.3 焊接变形计算结果及分析
为了表征焊接变形对结构几何形状的影响程度,定义无量纲焊接变形 D ,即
D =D r
,(3)
式中:D 为各焊接工况下球冠结构的最大焊接变形;r 为球冠结构的平均半径。该参数反映焊接变形对结构几何形状的影响程度。
对比分析焊接工况1~工况28的结果,随着壁厚的增加,焊接产生的残余变形小,这主要是由于随着壁厚的增加,球冠结构的刚度变大,使得结构产生的残余应变变小;对比工况1~工况7的结果,对于
壁厚为10mm 时,从减少结构的焊接残余变形考虑,坡口形式适合选取坡口1;对比工况8~工况14的结果,对于壁厚为30mm 时,坡口形式适合选取坡口3,焊接顺序适合选取由内到外的焊接顺序;对比工况15~工况21的结果,对于壁厚为40mm 时,坡口形式适合选取坡口2,焊接顺序适合选取由外到内的焊接顺序;对比工况22~工况28的结果,对于壁厚为50mm 时,坡口形式适合选取坡口4,焊接顺序适合选取由外到内的焊接顺序。但整体来看,对于球冠结构的焊接变形问题,坡口形式是其主要影响因素。
第6期姚熊亮,等:基于AB AQUS 平台对球冠结构焊接变形的数值试验
91
表1球冠结构焊接工况
Table1W elding cas e of spherical cap structure 焊接工况序号壁厚t/mm坡口形式焊接顺序110坡口1无
210坡口2由内及外
310坡口3由内及外
410坡口4由内及外
510坡口2由外及内
610坡口3由外及内
710坡口4由外及内
830坡口1无
930坡口2由内及外1030坡口3由内及外1130坡口4由内及外1230坡口2由外及内1330坡口3由外及内1430坡口4由外及内1540坡口1无
1640坡口2由内及外1740坡口3由内及外1840坡口4由内及外1940坡口2由外及内2040坡口3由外及内2140坡口4由外及内2250坡口1无
2350坡口2由内及外2450坡口3由内及外2550坡口4由内及外2650坡口2由外及内2750坡口3由外及内2850坡口4由外及内4结论
(1)对于球冠结构的焊接问题,焊接坡口形式是结构几何变形的主要因素,焊接顺序对结构的焊接变形影响则相对较小。
(2)球冠结构焊接坡口形式的选取应根据球壳板的刚度而定,钢板越薄其刚度越小,产生的角变形越大,应选取内大外小的坡口形式,板越厚则相反。
(3)当采用不对称X形坡口时,其焊接顺序建议先焊大坡口2/3厚度,然后再焊小坡口,这样能有效防止焊接变形。
参考文献:
[1]武传松.焊接热过程数值分析[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出
版社,1990.
[2]刘玉君.船体精度控制技术研究[D].大连:大连理工大学,
2005.
[3]宋天民.焊接残余应力的产生与消除[M].北京:中国石化出版
社,2004.
[4]拉达伊D.焊接热效应温度场#残余应力#变形[M].熊第京,郑
朝云,史耀武,译.北京:机械工业出版社,1997.
[5]陈楚.数值分析在焊接中的应用[M].上海:上海交通大学出
版社,1985.
[6]田锡唐.焊接结构[M].北京:机械工业出版社,1981.
[7]Yasuhi sa Okumoto,Hideharu Yanai,Shin-ich M atsuzaki.Angular dis-
tortion due to fi lle t welding and its strai ghtening[J].J ournal of Ship Producti on,2000,16(2),90-96.
作者简介:姚熊亮,男,1963年出生,博士,教授,博士生导师。主要从事船舶与海洋工程结构振动与控制、流固耦合、焊接数值模拟科研和教学工作。发表论文60余篇。
Email:xiongliangyao@gmi https://www.sodocs.net/doc/094789603.html,
92焊接学报第28卷
loyed powder;chemical bonding;diamond
Gray image feature of m olten pool in GMAW o f alloy steel WANG Kehong,SHEN Yingji,YOU Qiurong,ZHANG Deku*(De-partment of Materials Science and Engineering,Nanjing Universi ty of Science&T echnology,Nanjing210094,China).p73-76 Abstract:A passive vision sensing system for acquiring the i mage of GMAW molten pool was set up and a lot of clear images were obtained.Image-processing software was used to extract char-acteristic information which reflects the welding quality.Gray feature and pseudo-color image were analyzed.Gray mean and gray s tandard deviation dis tribution were used to study the process of welding with the current and voltage wave analysis.The conclusion is that the fluctuation range of the gray mean and gray standard deviati on re-flects the s tability of the welding process.
Key words:gas metal arc welding;molten pool i mage; q uality information;gray feature
Weld fum e quantity and emission rate of new slag system basic electrode MENG Gongge1,JIN Longhao1,Z HAO Guohua2, YANG Tuoyu1(1.Harbin University of Science and Technology, Harbin150040,China; 2.Harbin Pharmaceu tical Group Co., Ltd.,Harbin150020,Chi na).p77-80
Abstract:B y experiments based on uni form design,the in-fluenc of many coating ingredients on the weld fume quanti ty and e-mission rate were studied.9coating ingredien ts were taken as inde-penden t variables and were divided into6levels in all24exper-i men ts.The weld fume quantity and emission rate were taken down when welding and the data were put in to the compu ter to process sta-ti stically.The analysis results give the mathematic model and dia-grams between independent variables and functions.The results ind-i cate that the effects of many coating ingredients on the weld fu me q uantity and emi ssion rate were in the mutual form.All the mutual effects between BaF2&CaF2,and titania powder&BaC O3,rutile& CaF2,and aluminium magnesiu m powder&iron powder increase the weld fume quan tity.While the mutual effect between titania&rutile decrease the weld fume quantity.The effects of coating ingredients on the weld fume emi ssion rate are si milar with that on the weld fu me q uantity.
Key words:basic electrode;weld fume quantity;weld fu me emission rate;uniform design
Weld defects detection for X-ray linear array rea-l time imaging CHEN Ming,MA Yuezhou,C HEN Guang(Collage of Mater-i als science and Engineering,Lanzhou university of Technology, Lanzhou730050,China).p81-84
Abstract:A method of the noise reduction,region segmenta-ti on and welding defects extraction was proposed accerding to weld i mage of X-ray linear array detector rea-l ti me scanning.The adaptive median filtering was applied to reduce noise,and the weld reg i on was intersected by the variance ratio of interclass and in traclass seg-men tation with mathematical morphology method,and then the weld-ing defects were extracted by high frequency enhancement.Simula-ti on results show that the adaptive median filter can effectively re-move noise while the weld and defects edge detail was reserved.By variance ratio of interclass and intraclass together with mathematical morphology method,the weld metal region can be distinguished ac-curately from the base metal;the grey changes in weld center can be extruded with the high frequency enhancemen t fil tering,consequently the defects can be detected.
Key words:X-ray rea-l ti me i maging;linear array detector;
i mage processing;weld defects detection
Effect o f heat input on mechanical properties of electron beam welded joint of TiAl based alloy CHEN Guoqing,Z HANG Binggang,HE Jingshan,FENG Jicai(State Key Laboratory of Ad-vanced Weldi ng Production Technology,Harbin Institute of T echno-l ogy,Harbin150001,China).p85-88
Abstract:The electron beam welding(EB W)of T-i43A-l 9V-0.3Y(at.%)alloy was carried out with different welding param-eters.T he effect of heat input on the joint microstructure,formation of weld and tensile strength was investigated.The resul ts showed that the tensile strength increases wi th the increase of the heat input and decreases with the excessive heat inpu t.The TiAl based alloy was sensi tive to the microstructure.The i nsufficient structural transforma-tion in the EBW joi nt results in the poor deformabili ty.The trans-verse macroscopic cracking and longitudinal crater microcrack tend to formation.The transformations in the micros tructure and hardness in the near weld are severe.This region is weak.Thus the crack prop-agates from the crater to the near weld and the fracture is a typical bri ttle properties,which presents cleavage fracture and transcrys-talline fracture.Moreover,the layered and cross-measure fracture can be observed.
Key words:TiAl based alloy;electron beam welding;heat input;tensile strength;fracture properties
Numerical simulation on welding deform ation of spherical cap structure based on ABAQUS YAO Xiongliang1,LIU Qingjie1, SUN Qian2,Z HOU Qixin1(1.College of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University,Harbin150001,China; 2.Navy Armament Department,Beijing100814,China).p89-92 Abstract:The welding deformation during the welding pro-cess of spherical cap structure is a very important guideline on the structural safety.In order to guarantee the reliability of welded spherical cap structure and estimate the welding deformation accu-rately,it is necessary to carry through the numerical simulation ana-l ysis of welding deformation on spherical cap s tructure.The tempera-ture field and s tructural deformation during the weldin g process were nu merically simulated wi th a welding program,which was developed based on the large FE M soft ware AB AQUS.Then the simulation re-sults were analyzed and compared the correlative theoretical results with the experimental results.The contrasted results show that the nu merical si mulation results correspond basically to the theory re-sults,thus the engineering requirements are satisfied.Based on these studies,3D FEM numerical simulation of the welding process on the spherical cap structure was presented.And the variation of welding deformation wi th the plate thickness of spherical cap struc-ture,welding groove shape and welding sequence was obtained, which provides the reliable foundation for controlling the s tructural welding deformation.
2007,Vol.28,No.6TRANSACTI ONS OF THE C HI NA WE LDI NG INSTITUTI ON?
Key words:spherical cap structure;welding deformation; welding;numerical simuliation
CO2laser welding o f AZ31magnesium alloys with filler w ire WANG Hongying,MO Shouxing,LI Zhijun(Industry center, Shenzhen Polytechnic,Shenzhen518055,Guangdong,China).p93 -96
Abstract:CO2laser welding process of AZ31magnesium a-l loys with filler wire was investigated using a special CO2laser weld-ing experimen tal system.The effect of welding parameters was sys-tematically researched using AZ31wi re as filler materials and a sui t-able parameters range was obtained.The properties of two typical welds were studied after welding experiment.The resul ts show that, when the filler metal of AZ31was used,the weld appearance is good and the disadvantage of obvious concave top surface for normal laser welding(no filler materials)can be overcome.The analysis results indicate that the microstructure of weld zone is consisted of small dendritic grains.The microhardness and tensile strength of two typ-i cal joints are almost the same as those of the base metal,which im-plies that the welds formed with filler wire have good mechanical https://www.sodocs.net/doc/094789603.html,ser welding wi th filler wi re provides a good method to realize the welding of AZ31magnesium alloys.
Key words:AZ31magnesium alloys;laser welding;weldi ng wi th filler wire;joint properties
Numerical simulation on electron beam welding temperature field of hea-t resisting superalloy WANG Qing,ZHANG Yan-hua(School of Mechanical Engineering,Beihang universi ty,Beiji ng 100083,China).p97-100,104
Abstract:The temperature field of electron beam weldi ng (EB W)in hea-t resisting superalloy was simulated based on fusi on zone boundary principle by finite-element method.The high temper-ature parameters of the material were estimated by li near in terpolati on method,equivalent replacement method etc.The combined model wi th Gauss surface heat source and cylindrical heat source was used according to both the nai-l shaped weld and the deep penetration of electron beam weldi ng.The si mulation result was consistent with the real weld.The characteris tics of temperature di stribution of electron beam welding in the superalloy,and the heat cycle curves were showed in the results.The results offered information for op timizi ng the EB W process and studying on the residual stress.
Key words:hea-t resisting superalloy;electron beam weld-ing;temperature field;numerical si mulation
Forming mechanism and microtructural characteristics of TiN coatings prepared by electrospark deposition under nitrogen at-mosphere NIU Jinhui,REN Zhen.an,LI Xin(Key Laboratory of Automobile Materials,Minis try of Education,Jilin University, Changchun130025,China).p101-104
Abstract:The electrospark deposition technique was applied to deposit hard TiN coatings on45steel substrates with TA2elec-trode and nitrogen gas as the reacting and shielding atmosphere.The forming mechanism,micros tructures and i nterfacial behavior of the nitrided coatings were inves tigated by optical microscope,scanni ng electronic microscope and X-ray di ffraction.And the microhardness profile of nitrided coating was measured as well.The results show that a good metallurgical bonding between the coating and the sub-strate is obtained.The nitrided deposi tion coatings are mainly com-posed of TiN and A-Fe phases.T hey are fully dense,uniform and comparatively con tinuous with30-40L m thickness.The hi ghest microhardness of the coating reaches to1515HV which is five ti mes more than that of the substrates.The surface performance of the sub-strate may be effectively improved.
Key words:electrospark deposition;ti taniu m nitride;45 steel
Residual stresses for friction stir welded Al sheets LI Ting, SHI Qingyu,LI Hongke,WANG Wei(Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology of M i nistry of Education,Tsinghua Universi ty,Beijing,100084,China).p105-108
Abstract:The residual s tresses for friction stir welded3mm-thick2024-T4aluminum alloy sheets had been investigated by usin g Mathar method.To reduce the influence of drilling process induced strains on the experi mental resul ts,stress-free2024aluminum alloy sheets were drilled and the relieved strai ns were measured.The re-sults showed that the longitudinal residual stresses are much greater than the transverse residual stresses in the friction stir welded join t; the longitudi nal tensile residual stresses are concentrated near the tool shoulder direct affected zone and asymmetrically distributed at the differen t sides of the weld center and it is high at the advancin g side and relatively low at the retreating side;the longitudinal residu-al stresses at outside the tool shoulder direct affected zone are de-creasing remarkably and become compressive residual s tresses away from the weld center;the peak value of the longitudinal residual stresses is164.5MPa.The mechanism of the residual stresses dis-tribution of the welded joint was discussed preliminarily.
Key words:pricti on sti r welding;residual s tresses;Mathar method
Sparse point clouds fitting in3D reconstruction for welding en-vironment YU Xinghua,LIANG Zhimin,GAO Hongming, ZHANG Guangjun(State Key Laboratory of Advanced Welding Pro-duction Technology,Harbin Institute of T echnology,Harbin 150001,China).p109-112
Abstract:3D reconstruction for non-structured environment is the key technology in virtual environ ment in remote welding.T he welding environ ment was reconstructed based on stereo vision.Be-cause welding environmen t is lack of feature points for stereo match-ing.The tags were added onto welding workpieces to provide feature poi nts.Sub-pixel corner extraction and human-assist s tereo matchin g was applied to acquire sparse poi nt clouds of welding environmen t. The least square algorithm for plane fitting and Tikhonov regulation for quadric surface were used to fit the sparse point.Quas-i optimality criterion was used to choose the regulation parameter.The work-pieces of plane and cylinder were reconstructed and the3D models of workpieces were obtained.The results show that the fitting deviations for both planar and quadric models are all less than1mm,and the maximum deviations are less than3mm.
Key w ords:quadric fitting;3D reconstruction;stereo v-i sion;remote welding
?MAIN TOPICS,AB STRACTS&KEY WORDS2007,Vol.28,No.6
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/094789603.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
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。
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 =
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
石亦平ABAQUS有限元分析实例详解之读后小结 (Part 4)
石亦平《ABAQUS有限元分析实例详解》之读后小结 第九章动态分析实例 [95] (pp280) ABAQUS包括两大类方法： 振型叠加法（modal superposition procedure）：用于求解线性动态问题； 直接解法（direct-solution dynamic analysis procedure）：主要用于求解非线性动态问题。 提示：ABAQUS的所有单元均可用于动态分析，选取单元的一般原则与静力分析相同。但在模拟冲击和爆炸载荷时，应选用一阶单元，因为它们具有集中质量公式，模拟应力波的效果优于 二次单元所采用的一致质量公式。 [96] (pp281) 振型叠加法的基础是结构的各阶特征模态（eigenmode），因此在建模时要首先定义一个 频率提取分析步（frequency extraction），从而得到结构的振型（mode shape）和固有频率（natural frequency），然后才能定义振型叠加法的各种分析步。振型叠加法包括4种分析类型： （1）瞬时模态动态分析（transient modal dynamic analysis）计算线性问题在时域（time domain）上的动态响应。用此分析要满足如下5个基本条件： (a) 系统是线性的（线性材料特性，无接触行为，不考虑几何非线性）。 (b) 响应只受相对较少的频率支配。当在响应中频率的成分增加时（例如打击和碰撞问题），振 型叠加法的效率将会降低。 (c) 载荷的主要频率应该在所提取的频率范围之内，以确保对载荷的描述足够精确。 (d) 特征模态应该能精确地描述任何突然加载所产生的初始加速度。 (e) 系统的阻尼不能过大。 （2）基于模态的稳态动态分析（mode-based steady-state dynamic analysis）在用户指定频率内的谐波激励下，计算引起结构响应的振幅和相位，得到的结果是在频域（frequency domain）上的。其典型分析对象包括发动机的零部件和建筑物中的旋转机械等。 （3）反应谱分析（response spectrum analysis）当结构的固定点处发生动态运动时，计算其峰值响应（位移、应力等），得到的结果是在频域上的。其典型应用是计算在发生地震时建筑物 的峰值响应。 （4）随机响应分析（random response analysis）当结构随机连续的激励时，计算其动态响应，
Abaqus螺栓有限元分析
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，如图错误！文档中没有指定样式的文字。-1所示。同样的方式，我们建立螺母的3D模型nut，如图错误！文档中没有指定样式的文字。-2所示。
图错误！文档中没有指定样式的文字。-1 图错误！文档中没有指定样式的文字。-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0.3，如图错误！文档中没有指定样式的文字。-4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，如图错误！文档中没有指定样式的文字。-5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。如图错误！文档中没有指定样式的文字。-3所示。同样，给螺母nut赋予截面属性。 图错误！文档中没有指定样式的文字。-3 图错误！文档中没有指定样式的文字。-4
相关文档
- ABAQUS有限元分析用的材料属性表material
- 支架的有限元分析ABAQUS
- abaqus有限元分析简支梁
- 石亦平ABAQUS有限元分析实例详解之读后小结-完整版
- 石亦平ABAQUS有限元分析实例详解之读后小结 (Part 4)
- (完整版)ABAQUS有限元分析实例详解3
- abaqus有限元分析
- abaqus有限元建模小例子
- (完整版)ABAQUS有限元分析实例详解
- abaqus有限元分析过程
- abaqus 有限元分析(齿轮轴)
- Abaqus有限元分析中的沙漏效应
- abaqus有限元分析简支梁解析
- 基于abaqus的有限元分析和应用1
- 2019-ABAQUS有限元软件使用知识-文档资料
- ABAQUS有限元分析方法
- ABAQUS有限元分析应用与图形工作站配置方案
- abaqus有限元分析过程
- abaqus有限元分析过程
- abaqus有限元分析过程