圆盘受均布压强有限元分析.doc

圆盘受均布压强2.1 问题的描述下面以一个直径为500mm，厚度为3mm，周边固定的钢板（如图2-1所示）在均布压强作用下的静力分析为例，学习ABAQUS/CAE在圆板分析中的步骤。材料性质：弹性模量，泊松比均布载荷：图2-1 圆盘模型图2.2 创建部件首先，打开ABAQUS/CAE的启动界面，单击选择Create Model Database按钮创建一个ABAQUS/CAE的模型数据库，随即进入Part（部件）功能模块。接下来，用户在该模块中创建一个圆盘。单击工具区中的Create Part（创建部件）工具，弹出Create Part对话框，如图2-2所示，在部件名栏中输入disc，基本特征栏下形状为shell，类型为Planar，模型空间大约尺寸设置成600。单击Continue.按钮，进入草图绘制界面。单击工具区中Create Circle中的Center and Perimeter（创建圆）工具，在提示区输入（0,0），按回车键Enter；在提示区继续输入（250,0），然后单击工具栏自动全屏视图工具，将会看到整个圆，单击鼠标右键，选择Cancel Procedure命令，再单击窗口下方的Done按钮，完成创建圆盘，如图2-3所示。图2-2 创建部件图2-3 形成的圆盘结构图2.3 定义材料和截面属性在环境栏的Module（模块）列表中选择Property（特性）功能模块，设置圆盘的材料属性与厚度。Step 1 定义材料属性单击工具区中的Create Material（创建材料）工具，弹出Edit Material（编辑材料）对话框。在Name栏输入steel为材料名称；在Material Behaviors（材料性质）栏内执行Mechanical-Elasticity-Elastic命令（线弹性材料）；在Material Behaviors下方的Data数据表内输入Youngs modulus（杨氏模量）为2.06E5和Poissons ratio（泊松比）为0.3，如图2-4所示，单击OK按钮，完成材料的创建操作。图2-4 Edit Material对话框Step 2 创建截面属性单击工具区中的Create Section（创建截面）工具，弹出Create Section对话框，如图2-5所示，在Name栏输入disc为截面名称，选择Category：shell和Type：Homogeneous，单击Continue.按钮，弹出Edit Section（编辑截面）对话框，如图2-6所示，在Shell Thickness栏输入3，其余选项采用默认值，单击OK按钮，完成截面的创建操作。图2-5 创建截面图2-6 编辑截面Step 3 分配截面特性单击工具区中的Assign Section（分配截面）工具，在视图区选择圆盘，单击窗口下方的Done按钮，弹出Edit Section Assignment（编辑截面分配）对话框（如图2-7所示），直接单击OK按钮，完成截面特性的分配操作。图2-7 Edit Section Assignment对话框2.4 装配部件在环境栏的Module（模块）列表中选择Assembly（装配）功能模块，单击工具栏的Instance Part工具，弹出Create Instance对话框（图2-8），默认的选项为disc，直接单击OK按钮，完成装配部件。2.5 设置分析步在环境栏的Module（模块）列表中选择Step（分析步）功能模块，设置分析步步骤如下：（1）单击左侧工具区的（Create Step）按钮，或者在主菜单中选择Step-Create（也可以直接单击左侧模型树中的Steps来完成此项操作）。（2）在弹出的Create Step对话框中，在Name后面输入分析步的名称，此处将默认值Step-1改为loaddisc。其余参数如图2-9所示（Procedure type：General；选择Static General），单击Continue.按钮。图2-8 Create Instance 对话框图2-9 Create Step对话框（3）在弹出的Edit Step对话框（见图2-10）中，Description后面改为Uniformly distributed pressure on the surface，其余参数都保持默认值，单击OK按钮，完成操作。图2-10 编辑分析步对话框2.6 定义载荷和边界条件在环境栏的Module（模块）列表中选择Load（载荷）功能模块。Step 1 定义载荷单击工具区的Create Load（创建载荷）工具，弹出Create Load对话框（见图2-11）。在Name栏内输入Pressure，将Types for Selected Step（所选分析步的载荷类型）设为Pressure（压力），Step设为loaddisc，单击Continue.按钮。在窗口选择圆盘，再单击窗口下方的Done按钮，将会给出提示Choose a side for the shell or internal faces: Brown Purple（选择壳的边缘还是面），单击Brown按钮选择内部面，单击Purple按钮选择侧缘，本例选择Brown，弹出Edit Load对话框，如图2-12所示，在Magnitude后面输入0.1，然后单击OK按钮。施加载荷后，部件如图2-13所示。图2-11 Create Load对话框图2-12 编辑载荷对话框Step 2 定义边界条件单击工具区中的Create Boundary Condition（创建边界条件）工具，弹出Create Boundary Condition对话框。在Name栏内输入BC-fixed，在Step列表内选择Initial，在Types for Selected Step列表中选择Displacement/Rotation，单击Continue.按钮。在窗口选择圆盘的边缘，单击Done按钮，弹出Edit Boundary Condition（边界边界条件）对话框，选择U1、U2、U3、UR1、UR2、UR3，如图2-14所示，单击OK按钮，完成固定边界条件的施加，此时部件如图2-15所示图2-13 施加载荷后的部件图2-14 编辑边界条件图2-15 创建边界条件后的圆盘模型2.7 划分网格在环境栏的Module（模块）列表中选择Mesh（网格）功能模块。Step1 撒种子（设置网格密度）在模型树下选择Model-1-Assembly-Instance-disc-1节点并右击，选择Make Independent命令，如图2-16所示。单击工具区中的Seed Part（撒种子）工具，弹出Global Seeds对话框，在Approximate global size栏内输入10，即单元尺寸大约为10mm，如图2-17所示，单击OK按钮，再单击窗口下方的Done按钮，完成撒种子。图2-16 Make Independent命令图2-17 全局撒种子Step 2 控制网格划分单击工具区中的Assign Mesh Controls（网格控制）工具，弹出Mesh Controls对话框，如图2-18所示，在Element Shape中选择Tri，采用自由划分网格技术，单击OK按钮，完成控制网格划分选项的设置。图2-18 网格划分控制技术Step 3 选择单元类型单击工具区中的Assign Element Type（分配单元类型）工具，在视图区选择整个模型单击，弹出Element Type对话框，如图2-19所示。选择三角形单元STRI65，单击OK按钮。Step 4 划分网格单击工具区中的Mesh Part（划分部件）工具，单击提示区中的Yes按钮。图2-19 选择单元类型对话框图2-20 划分网格后的模型图完成网格划分，如图2-20所示，信息区显示出“4077 elements have been generated on part: disc-1”。Step 5 检查网格单击工具区中的Verify Mesh（检查模型）工具，在视图区选择圆盘部件，单击Done按钮，弹出Verify Mesh对话框，如图2-21所示。在Type栏内选择Analysis checks（分析检查），单击Highlight按钮，显示没有任何错误或警告信息。图2-21 检查模型网格划分2.8 分析在环境栏的Module（模块）列表中选择Job（作业）功能模块。单击工具栏的Create Job（创建作业）工具，弹出Create Job对话框，如图2-22所示，在Name栏输入disc，单击Continue.按钮，弹出Edit Job（编辑作业）对话框，如图2-23所示，在作业描述栏输入Static analysis for a disc，单击OK按钮。图2-22 创建作业图2-23 编辑作业单击工具区中的Job Manager（分析作业管理器）工具，弹出Job Manager对话框，如图2-24所示，单击Submit按钮提交作业，运行完毕，在消息提示栏显示Completed。图2-24 作业管理器单击工具栏的工具保存模型。2.9 结果后处理当作业分析完毕后，单击作业管理器（见图2-24）的Results按钮，ABAQUS/CAE随即进入Visualization（可视化）功能模块。Step 1 显示圆盘的变形执行Result-Field Output命令，弹出Field Output（场变量输出）对话框（见图2-25），选择位移U：Spatial displacement at nodes，默认选项为合位移Magnitude，也可以选择坐标轴1、2、3方向的位移U1、U2、U3；设置显示最大、最小值的位置，单击Options-Contour菜单，弹出Contour Plot Options（云图选项）对话框（见图2-26），选择Limits选项卡，在Min/Max中选择Show location，点击左侧工具栏中的工具，位移云图如图2-27所示。图2-25 Field Output对话框图2-26 Contour Plot Options对话框图2-27 位移云图调整变形图的变形放大系数，执行Options-Common命令，弹出Common Plot Options（普通绘图选项）对话框，如图2-28所示，在变形放大系数Deformation Scale Factor中选择Uniform，输入放大系数10.单击工具栏的（Plot Deformed Shape）工具，绘制圆盘变形图，如图2-29所示。图2-28 Common Plot Options对话框图2-29 变形图（变形系数=10）2.10 退出ABAQUS/CAE至此，对此例题的完成分析过程已经完成。单击窗口顶部工具栏中的按钮来保存模型，然后单击窗口右上方的按钮，或者在主菜单中选择File-Exit，退出ABAQUS/CAE。第 17 页 共 17 页