CHw1cantbeamnew.docx
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CHw1cantbeamnew
介绍
在本练习中你将会熟习在ABAQUS/CAE中交互式的建模过程.你将使用ABAQUS/CAE模块来做如下图中所示的悬臂梁模型.
Figure W1–1Cantileverbeam.
Preliminary(预备步骤)
1.切换到练习的工作目录:
../IntroClass/workshops/beam
2.使用以下指令来启动一个新的ABAQUS/CAE程序:
abaquscae
其中的abaqus是用来执行ABAQUS的命令字符串.
3.在启动的对话框窗口中选用CreateModelDatabase选项.
这个新制作出来的模型数据库的ModelTree(模型树)会放在工具盒的左边.如果没有看到ModelTree(模型树)的话,确认下拉选单中的View里的ShowModelTree旁边有没有打勾.如果还是没有看到ModelTree(模型树)的话,从ABAQUS/CAE窗口的左侧拉动其
光标来扩展ModelTree(模型树)窗口.ModelTree(模型树)窗口里提供你可以看清模型数据库里数据的结构,同时也可以直接用ABAQUS/CAE里的大部分建构模型的功能.如果你在该模型树上的某个项目上按下鼠标右键,会弹出一列与该项数据相关的指令.例如,如图 W1–2中显示出Models上按右键所弹出的命令列.在此弹出的命令列中,Create选项以粗体字表示该选项是默认值,当你直接在该Models上双击时便会执行这个预设指令选项.
Figure W1–2Modelsmenu.
4.双击ModelTree(模型树)上的Models可以在模型数据库中新建一个的模型.
同时会出现模型属性编辑窗口.
5.在弹出的EditModelAttributes(模型属性编辑窗口)上,输入模型名称为BEAM然后按下OK.
一个名称叫做BEAM的模型会出现在ModelTree(模型树)里,如附图 W1–3.这个新模型下方会有一条底线表示他是目前的工作中对象(i.e.,BEAM是你目前的工作模型).
Tip:
如果要让模型树看来精简,可以将Model-1左侧的“—”框点一下将他收缩起来或者是将BEAM设成目前的唯一显示模型.
Figure W1–3ModuleTree.
6.要保存模型数据库存文件时,使用下拉菜单中的FileSaveAs然后在SaveModelDatabaseAs窗口中给予文件名称BEAM.按下OK.
存盘时会自动附加扩展名.cae.
Creatingapart
本章中你将画出2D的梁外型草图(矩形)并将之拉伸做出一个3D的允许变形的实体(DeformableSolidBody).
7.在ModelTree(模型树)上的Parts处双击可以在BEAM模型里做出一个新的零件(Part).
接着会弹出CreatePart窗口.
8.在此CreatePart窗口里,将零件命名为Beam,输入其约略尺寸为600.其余使用其默认值就好.然后按下Continue.
ABAQUS/CAE会在窗口底部的提示区出现提示文字以引导你完成这个指令的执行,如下图Figure W1–4所示.单击cancel按钮可以取消目前的指令工作;单击backup放弃这一步骤回到上一个步骤.
Figure W1–4Promptarea.
此时画草图的工具盒会出现在工作窗口的左边,草图环境中的格点会出现在窗口中(此时已经进入画草图的Sketch状态).
9.为画出悬臂梁的外形,需要选择画矩形的指令,位于画草图工具盒的右上角,如下图Figure W1–5所示.
Figure W1–5Rectanglesketchtool.
10.在此视图上,可以按照以下步骤画出悬臂梁的外形。
a.你可以先画一个矩形的略图,然后用约束和具体尺寸来修改略图。
选择任意两个点作为矩形对角上的点。
b.在视图中任意地方单击鼠标中键退出矩形工具栏。
c.Sketcher自动在略图上增加约束(在此步中,矩形的四个角设定为直角约束并且一边指定为水平的)。
d.用尺寸工具
来确定矩形的上边和左边的尺寸。
上边为水平,尺寸为200mm,左边垂直,尺寸为20mm。
在定义尺寸的时候,在线上单击出现尺寸输入选项,在其中输入新的尺寸就可以了。
e.最后的外形图如图Figure W1–6所示。
Figure W1–6Rectangledrawnwithsketcher.
5单击提示区的Done按钮退出Sketch状态.
6在接下来的EditBaseExtrusion窗口中输入拉伸深度值为25,然后单击OK按钮.
ABAQUS/CAE此时会自动显示此新零件的等角视图,如下图 W1–7所示.在模型树中的Parts图标会变成
表示其中有一个零件.
Figure W1–7Extrudedpart.
Creatingamaterialdefinition
接着你将要定义一个简单的线弹性材料,其Young’smodulus(杨氏模量)为209103 MPa还有Poisson’sratio(泊松比)是0.3.
Todefineamaterial:
11.在模型树中的Materials处双击会在此BEAM模型中新建一个材料.
ABAQUS/CAE自动切换到Property模块,同时弹出材料编辑器.
12.在EditMaterial(材料编辑)窗口中,将此材料命名为Steel.注意此窗口中其它可用的选项.
Figure W1–8Pull–downmenu.
13.从此材料编辑窗口中间的菜单栏中,选用MechanicalElasticityElastic选项,如上图 W1–8所示.
ABAQUS/CAE在此窗口下半部会出现Elastic数据的输入表.
14.分别在其中的字段输入209.E3的Young’smodulus(杨氏模量)以及0.3的Poisson’sratio(泊松比),如下图 W1–9所示.你可以用[Tab]键来切换所在的字段以便输入,或者用鼠标也可以.
Figure W1–9Materialeditor.
15.单击OK按钮退出此材料编辑器.
Definingandassigningsectionproperties(定义并指定补充特性)
接着,你将制作一个均质的实体剖面特性(section)并将此剖面特性(Section)指定给beam零件.这个剖面特性(section)将会使用你刚才所定义的Steel材料.
Todefinethehomogeneoussolidsection:
16.在模型树中的Sections上双击,在BEAM模型之下做一个Section.
此时CreateSection窗口会弹出来.
17.在这个CreateSection窗口中:
f.将此section命名为BeamSection.
g.接受其预设category(类型)Solid及预设type(类别)Homogeneous.
h.单击Continue.
接着会弹出section编辑器.
18.在此EditSection窗口中:
i.接受其预设的Steel材料作为此section的使用材料.
j.在Planestress/strainthickness字段中接受其默认值1.
Note:
对于3D的实体几何,这个值用不到.它只跟2D几何有关.
k.按下OK.
Toassignthesectiondefinitiontothecantileverbeam:
19.将模型树中的零件Beam展开(在Parts上的“+”符号上单击展开此零件类别,接着在Beam零件上的“+”符号上单击展开此零件).
20.在SectionAssignments上双击将section指定给Beam零件.
ABAQUS/CAE会在提示区出现提示以引导你完成整个程序.
21.接着你可以在这个beam零件上单击将之选取成为section要指定的零件.
22.在窗口中按下鼠标中键或者按下提示区的Done按钮接受此选取对象.
sectionassignmenteditor出现.
23.在此EditSectionAssignment窗口中,接受其默认值BeamSection作为要用的section定义,然后按下OK.
ABAQUS/CAE会将beam零件的颜色变成绿色表示其已经有指定section在上面了.
Assemblingthemodel
本分析所用到的组装仅用到一个组件--Beam.
Toassemblethemodel:
24.在BEAM的模型树中,将Assembly展开并在其Instances上双击以加入新的组件.
ABAQUS/CAE会自动切换到组装模块,同时CreateInstance窗口会弹出来.
25.在CreateInstance窗口中选取Beam然后按OK.
ABAQUS/CAE会将此新的组件显示出来.
Configuringtheanalysis
在此分析中我们感兴趣的是悬臂梁的上平面受到压力时的静态反应.这只是一个单一事件,所以此分析只需要一个分析步就可以了.因此,这个分析模型中将会有两个分析步:
∙Aninitialstep(初始分析步),在这个时候加上边界条件来约束这个悬臂梁的其中一端.
∙一般的静态分析步,在这个分析步中你将施加一个压力在此梁的上平面上.
ABAQUS/CAE会自动的产生initialstep(初始分析步),不过其余的分析步则必须使用者自己制做.
Tocreateageneral,staticanalysisstep:
26.在BEAM的模型树中的Steps上双击做出一个新的分析步.
ABAQUS/CAE会自动的切换到Step模块,同时CreateStep窗口会弹出.
27.在CreateStep窗口中:
a.将此分析步命名叫做BeamLoad.
b.从CreateStep列出来的可选用选项中选取Static,General选项.
c.单击Continue.
然后EditStep窗口会出现.
28.在EditStep窗口中:
a.在其中的Basic标签页里的Description字段里输入Loadthetopofthebeam.
b.点一下Incrementation标签页,将Initial字段中的值1删除掉.输入0.1作为初始的递增值.
c.点一下Other标签页查看其中内容;你可以接受其默认值就好.
d.单击OK将此分析步制作出来并结束此Editstep窗口.
Applyingaboundaryconditionandaloadtothemodel
接着,你将要定义边界条件以及在BeamLoad分析步中要用的负载.
Toapplyboundaryconditionstooneendofthecantileverbeam:
29.在BEAM的模型树中的BCs上双击做出一个新的边界条件.
ABAQUS/CAE会切换到Load模块,同时CreateBoundaryCondition窗口会弹出来.
30.在CreateBoundaryCondition窗口中:
l.将此边界条件命名为Fixed.
m.选择Initial分析步作为此边界条件要施加的分析步.
n.在其中的Category列表中,使用其预设的Mechanical选项.
o.在右边的TypesforSelectedStep列表中,选用Displacement/Rotation.
p.按Continue按钮.
ABAQUS/CAE会在提示区出现提示以引导你完成整个程序.这根悬臂梁的一端面将被整个固定住.
31.点一下提示区的Show/HideSelectionOptions图示
可以开启Options窗口.将此SelecttheEntityClosesttotheScreen
选项关闭,让你可以选到要选取的面,如下图 W1–10所示.
Figure W1–10Correctfaceselected.
当你移动鼠标光标到该面上时,ABAQUS/CAE会更改鼠标光标,在其箭头的右边加上省略符号(...),表示此时有一个以上的对象可以选取.这时你点一下,ABAQUS/CAE将会选取最靠近你的面并在提示区有一些按钮让你可以选择要用的面.要循环切换这些选取对象的方法,如下:
q.按下提示区的Next或Previous按钮直到选到你要的面.
r.单击OK接受该对象.
32.在窗口中单击鼠标中键或单击提示区的Done按钮完成此几何的选取.
EditBoundaryCondition窗口会弹出来.当你是在initial的分析步中定义边界条件时,其预设六个自由度都没有拘束.
33.在EditBoundaryCondition窗口中:
s.将U1,U2,跟U3打开,因为只有移动的自由度需要被拘束(这个beam模型稍后将使用实体元素来分割网格).
t.按下OK完成此边界条件定义并结束此窗口.
ABAQUS/CAE会在此所选面的每个角落以及中间点的地方显示一些箭头来表示受到拘束的自由度,如图 W1–11所示.
Toapplyaloadtothetopofthecantileverbeam:
34.在BEAM的模型树中的Loads上双击做出一个新的负载.然后会出现CreateLoad窗口.
35.在CreateLoad窗口中:
u.将此负载命名为Pressure.
v.选择BeamLoad作为此负载要施加的分析步.
w.在其中的Category列表中,接受其预设的Mechanical选项.
x.在TypesforSelectedStep列表中,选择Pressure选项.
y.单击Continue按钮.
ABAQUS/CAE会在提示区出现提示以引导你完成整个程序.
36.在绘图区中,选取该beam零件的上表面作为负载要施加的表面.选取的面会反反白如下图 W1–11所示.
Figure W1–11Fixedboundaryconditions;facefordistributedload.
37.在窗口中单击鼠标中键或单击提示区的Done按钮完成此几何的选取.
38.在接下来弹出来的EditLoad窗口中:
zz.输入0.5作为负载的值.
aa.Amplitude的方式则用默认值(Ramp)以及Distribution也是用默认值(Uniform).
bb.单击OK完成此负载的定义并结束这个窗口.
ABAQUS/CAE会在此beam零件的上表面上加上向下的箭头表示这个负载是施加在负2的方向上.
Meshingthemodel
你可以用Mesh模块来制作有限元素网格.在ABAQUS/CAE中有一些建网格的技术可以使用,你可以使用这一些技术来建网格,挑选元素形状以及元素类型.当你进入Mesh模块时.其中指定给这个模型使用的预设网格技术会以不同的颜色显示出来;如果ABAQUS/CAE显示为橘色,表示他不能被分割成网格除非你再加以调整.
Toassignthemeshcontrols:
39.在模型树中的Beam零件上的Mesh上双击.
ABAQUS/CAE会切换到Mesh模块并将Beam显示出来.
40.从主菜单中,选取MeshControls指令.
41.在其MeshControls窗口中,使用Hex作为预设的ElementShape(单元形状).
42.接受其中的Technique区的默认值Structured.
43.按下OK来指定此对象的网格自动划分定义并结束此窗口.
ToassignanABAQUSelementtype:
44.从主菜单中,选取MeshElementType.
45.在其ElementType窗口中,接受以下这几项的默认值:
∙在ElementLibrary中Standard是预设选项.
∙在GeometricOrder中Linear是预设选项.
∙在Family中的预设选项是3DStress.
46.在此窗口的下半部,检查其单元形状(elementshape).在每一张标签页的下方都会有一段有关此时的预设单元的说明.
47.在Hex卷标页中,选择Incompatiblemodes选项.
有关C3D8I单元的说明会出现在此窗口的底部.ABAQUS/CAE现在会用C3D8I单元来建构此有限单元模型.
48.按OK完成此指定单元类型的操作并离开此窗口.
Tomeshthemodel:
49.从主菜单中,选取SeedPart来为此零件下网格分割点.
此时GlobalSeeds窗口会弹出来.其预设的总体单元尺寸值是根据此零件而定的.
50.在GlobalSeeds窗口中,approximateglobalsize字段输入10然后按OK.
ABAQUS/CAE会将此设定用于此零件上,如下图 W1–12所示.
Figure W1–12Seededpartinstance.
51.从主菜单中,选取MeshPart来将此零件做网格划分.
52.按下提示区的Yes按钮或者是在窗口中单击鼠标中键确认要将此零件做划分网格.
ABAQUS/CAE便将此零件划分网格并将结果显示出来,如下图 W1–13所示.
Figure W1–13Partinstanceshowingtheresultingmesh.
Creatingandsubmittingananalysisjob
BEAM模型的定义已经完全完成了.接着,要做一个分析job并将之送入解析器中求解.完成整个分析工作.
Tocreateandsubmitananalysisjob:
53.在模型树中的Jobs上双击做出一个新的analysisjob.
ABAQUS/CAE会自动切换到Job模块,同时CreateJob窗口会弹出来.
54.在这个CreateJob窗口中,将此job命名为Deform并选取BEAM模型.按下Continue按钮.
EditJob的编修窗口会弹出来.
55.在此EditJob的编修窗口中的Description字段输入Workshop1.
56.单击窗口中的各个卷标页查看其中的各项内容及其默认值.按OK按钮接受这些默认值.
57.在模型树中,将Jobs展开并在其下的DeformJob上单击鼠标右键.
DeformJob的菜单会弹出来.
58.从该菜单中,选取Submit选项.
该Job的图示会改变,会在该Job名称后面用括号括起来说明其Job的状态.当这个Job还在跑时其中会显示Running.当这个Job成功的跑完之后,这个状况会变成Completed,如下图 W1–14所示.
Figure W1–14JobstatusintheModelTree.
Viewingtheanalysisresults
现在你可以到Visualization模块中查看结果了.
59.在模型树中,在jobDeform上单击鼠标右键并从该菜单中,选取Results选项.
ABAQUS/CAE会自动切换到Visualization模块,同时开启由此Job所产生的输出数据库(Deform.odb),并显示出此模型的fastplot如下图 W1–15所示.
Figure W1–15Fastplotofthemodel.
60.从主菜单中,选取PlotDeformedShape来查看此模型的变形形状,如下图 W1–16所示.
Figure W1–16Deformedmodelshape.
你也许需要使用Auto-FitView指令或是用工具列中的
图标来将对象填满在窗口中.
61.从主菜单中,选取PlotContoursonDeformedShape来查看此模型的vonMises应力分布图,如下图 W1–17所示.
Figure W1–17Misesstresscontourplot.
62.从主菜单中,选取FileSave将模型存盘.选取FileExit结束ABAQUS/CAE程序.
63.将abaqus.rpy这个回放档改名称成为BEAM.rpy.重开一个新的ABAQUS/CAE,并在其中使用以下这个指令来执行这个回放档
abaquscaereplay=BEAM.rpy
你在上一次使用ABAQUS/CAE时所使用的指令,透过回放Pythonscript而自动的再执行了一遍.从主菜单中选取FileExit结束ABAQUS/CAE程序.
64.重开一个新的ABAQUS/CAE,并利用以下的指令来重建BEAM.cae模型
abaquscaerecover=BEAM.jnl
这次你会发现只有重建BEAM.cae模型时有需要的指令才会被执行.
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