悬臂梁—有限元ABAQUS线性静力学分析报告实例

线性静力学分析实例——以悬臂梁为例线性静力学问题是简单且常见的有限元分析类型，不涉及任何非线性（材料非线性、几何非线性、接触等），也不考虑惯性及时间相关的材料属性。

在ABAQUS 中，该类问题通常采用静态通用（Static ，General ）分析步或静态线性摄动（Static ，Linear perturbation ）分析步进行分析。

线性静力学问题很容易求解，往往用户更关系的是计算效率和求解效率，希望在获得较高精度的前提下尽量缩短计算时间，特别是大型模型。

这主要取决于网格的划分，包括种子的设置、网格控制和单元类型的选取。

在一般的分析中，应尽量选用精度和效率都较高的二次四边形/ 六面体单元，在主要的分析部位设置较密的种子；若主要分析部位的网格没有大的扭曲，使用非协调单元（如CPS4I、C3D8I）的性价比很高。

对于复杂模型，可以采用分割模型的方法划分二次四边形/ 六面体单元；有时分割过程过于繁琐，用户可以采用精度较高的二次三角形/ 四面体单元进行网格划分。

悬臂梁的线性静力学分析1.1 问题的描述一悬臂梁左端受固定约束，右端自由，结构尺寸如图1-1 所示，求梁受载后的Mises 应力、位移分布。

材料性质：弹性模量 E 2e3 ，泊松比0.3均布载荷：F=103N图1-1 悬臂梁受均布载荷图1.2 启动ABAQUS启动ABAQUS有两种方法，用户可以任选一种1）在Windows 操作系统中单击“开始” -- “程序” --ABAQUS 6.10 -- ABAQUS/CA。

E（2）在操作系统的DOS窗口中输入命令：abaqus cae 。

启动ABAQUS/CA后E ，在出现的Start Section （开始任务）对话框中选择Create Model Database 。

1.3 创建部件在ABAQUS/CA顶E 部的环境栏中，可以看到模块列表：Module：Part ，这表示当前处在Part （部件）模块，在这个模块中可以定义模型各部分的几何形体。

可以参照下面步骤创建悬臂梁的几何模型。

（1）创建部件。

对于如图1-1 所示的悬臂梁模型，可以先画出梁结构的二维截面（矩形），再通过拉伸得到。

单击左侧工具区中的（Create Part ）按钮，或者在主菜单里面选择Part--Create ，弹出如图1-2 所示的Create Part 对话框。

图1-2 Create Part 对话框在Name（部件名称）后面输入Beam，Modeling Space （模型所在空间）设为3D，Shape选择Solid （实体），Type采用默认的Extrusion ，在Approximate size 里面输入300。

单击Continue... 按钮。

注意：如果无法输入字符，原因可能是当前正处于中文输入法的状态，应切换到英文输入法。

（2）绘制矩形。

ABAQUS/CA自E 动进入绘图环境，左侧的工具区显示出绘图工具按钮，视图区内显示栅格，视图区正中两条相互垂直的点划线即当前二维区域的X 轴和Y轴。

二者相交于坐标原点。

选择绘图工具箱中的工具，窗口提示区显示Pick a starting corner for the rectangle--or enter X,Y（选择矩形的一个角点，或输入X,Y 的坐标），如图1-3 所示。

图1-3 输入点坐标输入矩形的第一个点得坐标为（-100,10 ），移动光标选择与该店相对的点得坐标为（100，-10 ），单击鼠标左键，矩形就画出来了。

如果在绘制过程中操作有误，可以单击绘图工具箱的撤销工具来撤销上一步操作，也可以使用删除工具来删除错误的几何图形，具体操作步骤入校所示。

a 单击绘图工具箱中的删除工具。

b 在所绘图形中选择要删除的线或者图形，ABAQUS/CAE以红色高亮显示被选中的对象。

提示：如果想删除多个对象，可以在单击此对象的同时按住Shift 键，或者按住鼠标左键不放，在视图区中画出一个矩形框，选中矩形框中的对象。

如果想取消对某对象的选择，可以在单击此对象的同时按住Ctrl 键。

c 在视图区单击鼠标中键，或者单击提示区中的Done 按钮，结束对删除工具的使用。

d 根据需要，重复a、b、 c 步骤。

注意：在确认结束某一步操作的时候，一般总是在视图区中单击鼠标中键，或者单击窗口底部提示区的 Done 按钮（完成），一下不再赘述。

（3）由于前面操作中，已经选择了 Extrusion 类型，在上一步退出后，ABAQUS 即弹出“编辑基本拉伸”对话框。

在该窗口中，输入拉伸尺寸 30，如图 1-4 所示。

然后单击 OK 按钮，视图区就出现了悬臂梁的结构图，如图 1-5 所示。

4）保存模型。

在下一步之前，单击窗口顶部工具栏中的 建立的模型。

键入希望保存的文件名， ABAQUS/CAE 会自动加上后缀 .cae 。

用户 还可以在主菜单中选择 File--Save 对所建立的模型进行保存操作。

此处把该部 件取名为 beam 。

说明： ABAQUS/CAE 不会自动保存模型的数据，用户每隔一段时间自己保存 模型。

如果由于意外造成系统死机或者无法自动退出 ABAQUS/CA ，E 下次启动时按钮来保存所图 1-4 “编辑基本拉伸”对话框图 1-5 形成的悬臂梁结构图就会显示自动恢复的对话框，选择Yes 就可以自动恢复尚未保存的数据，但是有时会因为恢复文件中存在错误，出现自动恢复失败，所以建议用户养成经常保存模型的习惯。

1.4 创建材料和截面属性在窗口左上角Module（模块）列表中选择Property （特性）功能模块，按照以下步骤来定义材料。

（1）创建材料。

单击工具区左侧的（Create Material ）按钮，或者在主菜单中选择Material--Create ，弹出Edit Material 对话框（也可以双击左侧模型树中的Material 来完成此操作），如图1-6 所示。

图1-6 Edit Material 对话框在Name（材料名称）后面输入Steel ，单击此对话框中的Mechanical （力学特性）--Elasticity （弹性）。

在数据表中设置Young's Modulus（弹性模量）为2e3，Poisson's Ratio （泊松比）为0.3 ，其余参数不变，如图1-7 所示，单击OK按钮。

图1-7 输入弹性模量和泊松比说明：在ABAQUS/CA中E ，如果希望修改或撤销已经完成的操作，可以在窗口左侧的模型树中找到此操作，在上面单击鼠标右键，选择Edit 或者Delete 。

在绘制二维平面图时，可以单击绘图工具箱中的按钮来撤销上一步操作。

（2）创建截面属性。

单击左侧工具区的（Create Section ）按钮，或者在主菜单中选择Section--Create ，弹出Create Section 对话框（也可以双击左侧模型树中的Section 来完成此操作），Name改为BeamSection，保持其他默认参数不变，单击Continue... 按钮。

在弹出的Edit Section 对话框（见图1-8 ）中，默认的参数（Material ：Steel ；Type：Solid ，Homogeneous；Plane stress/strain thickness ：1）不变，单击OK按钮。

图1-8 Edit Section 对话框（3）给部件赋予截面属性。

单击左侧工具区中的（Assign Section ）按钮，或者在主菜单中选择Assign--Section ，单击视图区中的悬臂梁模型，ABAQUS/CA以E 红色高亮显示被选中，在视图区单击鼠标中键，弹出Edit Section Assignment 对话框，如图1-9 所示，单击OK按钮。

图1-9 Edit Section Assignment 对话框说明：ABAQUS/CAE不把材料属性直接赋予单元或者几何实体，而是首先在截面属性( Section )中定义材料特性，再为每个部件赋予相应的截面属性。

注意：ABAQUS/CAE推荐的建模方法是把整个数值模型(如材料、载荷、边界条件等)都直接定义在几何模型上，而不是像其他前处理器一样定义在单元或者节点上，这样在修改网格时不必重新定义材料和边界条件等模型参数。

这样在处理复杂问题时，可以首先简单地划分粗网格，得到初步的模型结果，然后再适当的区域细化网格。

1.5 定义装配件整个分析模型是一个装配件，前面的Part 功能模型中创建的各个部件将在Assembly 功能模块中装配起来。

具体的操作方式：在窗口左上角Module 列表中选择Assembly(装配)功能模块。

单击左侧工具区的( Instance Part )按钮，或者在主菜单中选择Instance--Create (也可以直接单击左侧模型树中的Assembly左侧的+号，然后双击其下一层的Instance 来完成此项操作)。

在弹出的Create Instance 对话框中(见图1-10 )，前面创建的部件beam 自动被选中，默认参数为Instance Type：Dependent(mesh on part )，单击OK 按钮。

1.6 设置分析步ABAQUS/CA会E自动创建一个初始分析步( Initial step )，可以在其中施加边界条件，用户必须自己创建后续分析步( analysis step )，用来施加载荷。

具体操作方法如下。

图1-10 Create Instance 对话框1）在窗口左上角的Module 列表中选择Step （分析步）功能模块。

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loadbeam。

其余参数如图1-11 所示（Proceduretype ：General ；选择Static General ），单击Continue... 按钮。

图 1-11 Create Step 对话框（3）在弹出的 Edit Step 对话框（见图 1-12 ）中， DescriptionLoad the top of the beam ，其余参数都保持默认值，单击 OK 按钮，后面改为 完成操图1-12 Edit Step 对话框1.7 定义边界条件和载荷在窗口左上角的Module 列表中选择Load（载荷）功能模块，定义边界条件和载荷。

1 施加载荷单击左侧工具区的（Create Load）按钮，或在主菜单中选择Load--Create （也可以直接单击左侧模型树中的Loads 来完成此项操作）。