Abaqus基礎(chǔ)教程——用ABAQUS/CAE生成橋式吊架模型(一)

2013-08-14 by:Abaqus培訓(xùn)中心來源:仿真在線

Abaqus基礎(chǔ)教程——用ABAQUS/CAE生成橋式吊架模型(一)

圖2-4是一個起重機(jī)橋式吊架,通過訪問每一個功能模塊,演示創(chuàng)建和分析一個簡單模型的基本步驟,引導(dǎo)你進(jìn)入ABAQUS/CAE的模擬過程。吊架是一個簡支的鉸接桁架,左端為固定鉸支座,右端是滾軸支承。各桿件可繞節(jié)點自由轉(zhuǎn)動。桁架的離面運動已被約束。首先應(yīng)用ABAQUS/Standard進(jìn)行模擬,確定在結(jié)構(gòu)中桿件的靜位移和峰值應(yīng)力,所施加的載荷為10kN,如圖2-4所示;然后再應(yīng)用ABAQUS/Explicit進(jìn)行模擬,假設(shè)載荷是突然加到吊架上,研究桁架的動態(tài)響應(yīng)。

對于橋式吊架的例子,將進(jìn)入ABAQUS/CAE的以下功能模塊并完成下面的任務(wù):

部件(Part)

繪制二維幾何形狀,并創(chuàng)建代表桁架的部件。

特性(Property)

定義材料參數(shù)和桁架的截面性質(zhì)。

裝配(Assembly)

裝配模型。

分析步(Step)

設(shè)置分析過程和輸出要求。

載荷(Load)

對桁架施加載荷和邊界條件。

網(wǎng)格(Mesh)

對桁架進(jìn)行網(wǎng)格剖分。

作業(yè)(Job)

生成一個作業(yè)并提交進(jìn)行分析計算。

可視化(Visualization)

觀察分析結(jié)果。

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在本手冊的在線版本,“Overhead hoist frame”第A.1節(jié)中提供了本例題的命令記錄文件,當(dāng)在ABAQUS/CAE中運行該命令記錄文件時,會生成本例的完整分析模型。如果你按照以下指導(dǎo)進(jìn)行操作時遇到困難,或者你希望檢查自己的工作,即可運行命令記錄文件。關(guān)于如何獲取和運行命令記錄文件,可參考附錄A“例題文件”。

如前所述,假設(shè)你將應(yīng)用ABAQUS/CAE生成模型。然而,如果你沒有進(jìn)入ABAQUS/CAE或其它前處理軟件,也可以人工生成定義本例的輸入文件,如在Getting Started with ABAQUS/Standard Keyword Version的第2.3節(jié)中“Creating an input file”的討論。

2.3.1 量綱

在開始定義這個或者任何其它模型之前,需要確定所采用的量綱系統(tǒng)。ABAQUS沒有固定的量綱系統(tǒng),所有的輸入數(shù)據(jù)必須指定一致性的量綱,某些常用的一致性量綱系統(tǒng)列在表2-1中。

表2-1 一致性的量綱系統(tǒng)

量	SI	SI(mm)	US Unit (ft)	US Unit (inch)
長度	m	mm	Ft	in
力	N	N	lbf	lbf
質(zhì)量	kg	tonne(10³kg)	Slug	lbf s²/in
時間	s	s	S	s
應(yīng)力	Pa(N/m²)	MPa(N/mm²)	lbf/ft²	psi (lbf/in²)
能量	J	mJ(10^-3J)	ft lbf	in lbf
密度	kg/m³	tonne/mm³	slug/ft³	lbf s²/in⁴

本指南均將采用SI量綱系統(tǒng)。用戶工作在標(biāo)記“US Unit”的量綱系統(tǒng),必須小心其密度的單位;在材料性質(zhì)的手冊中,由于重力加速度,常常給出的密度與加速度相乘。

2.3.2 創(chuàng)建部件

應(yīng)用Part(部件)模塊創(chuàng)建分析模型中的每個部件。部件定義了模型各部分的幾何形體,因此,它們是創(chuàng)建ABAQUS/CAE模型的基本構(gòu)件?？梢栽贏BAQUS/CAE環(huán)境中直接建立部件,也可以將其它軟件建立的幾何體或有限元網(wǎng)格導(dǎo)入。

通過建立一個二維的可變形的線型(wire)部件,你將從這個吊架問題開始。你可以畫出這個桁架的幾何形狀。當(dāng)創(chuàng)建一個部件時,ABAQUS/CAE會自動地進(jìn)入繪圖(Sketcher)環(huán)境。

在提示區(qū)里,ABAQUS/CAE經(jīng)常顯示短信息,提示你下一步的工作。如圖2-5所示。

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點擊取消(cancel)可取消當(dāng)前的任務(wù),點擊回退(backspace)可回到本任務(wù)的前一個步驟。

創(chuàng)建橋式吊架桁架:

1. 若還未啟動ABAQUS/CAE,可鍵入abaquscae,這里的abaqus是用來運行ABAQUS的命令。

2. 從出現(xiàn)的Start Session對話框中選擇Create Model Database。

當(dāng)Part模塊載入后,光標(biāo)會變成沙漏圖標(biāo)。當(dāng)Part模塊完成載入后,就會在主窗口的左方顯示部件模塊工具箱。工具箱中包含一組工具圖標(biāo),用戶可使用這些工具圖標(biāo)進(jìn)入主菜單條目中的菜單。在工具箱中,每個模塊顯示它自己的一套工具。對于大多數(shù)工具,當(dāng)用戶從主菜單條目中選擇某一項時,模塊工具箱中對應(yīng)的工具會以高亮度顯示,因此,用戶就可以知道它的位置。

3. 從主菜單條目中選擇Part-->Create命令來創(chuàng)建新的部件。

在彈出的Create Part(創(chuàng)建部件)對話框時,在窗口底部的提示區(qū)也會出現(xiàn)相應(yīng)的提示信息,指導(dǎo)你隨后的操作過程。

你應(yīng)用創(chuàng)建部件對話框命名部件;選定模型所在空間(Modeling Space)、類型(Type)和基本特征(Base Feature);并要設(shè)置部件的大致尺寸(approximate size)。當(dāng)部件創(chuàng)建后,仍可對其進(jìn)行編輯和重新命名,但是其模型空間、類型或者基本特征則不能改變。

4. 為桁架部件命名,選擇二維平面可變形體,和線型(Wire)特征。

5. 在Approximate size(大致尺寸)域內(nèi),鍵入4.0。

鍵入對話框底部在Approximate size域內(nèi)的這個參數(shù)值,設(shè)定了新部件的大致尺寸,ABAQUS/CAE采用這個尺寸計算繪圖區(qū)域和區(qū)域中柵格的尺寸。選取這個參數(shù)的原則必須是與最終模型的最大尺寸同一量級。回顧在ABAQUS/CAE中并不使用特殊的量綱,在整個模型中采用一致性的量綱系統(tǒng)。在本模型中采用SI單位(國際單位)。

6. 點擊Continue退出Create Part對話框。

ABAQUS/CAE會自動進(jìn)入繪圖環(huán)境,繪圖工具箱顯示在主窗口的左邊,而繪圖柵格同時出現(xiàn)在繪圖區(qū)域內(nèi)。繪圖包含一組繪制部件二維輪廓的基本工具,無論創(chuàng)建或者編輯部件,ABAQUS/CAE都會進(jìn)入這個繪圖環(huán)境。為了結(jié)束一種工具的應(yīng)用,在圖形窗(Viewport)中點擊鼠標(biāo)中鍵或選擇其它新的工具。

提示:如同ABAQUS/CAE中所有的工具一樣,在繪圖工具箱中,若簡單地將光標(biāo)臨時停留在某一工具處,就會出現(xiàn)一個小窗口,對該工具進(jìn)行簡短的說明。當(dāng)選定一個工具后,就會顯示白色的背景。

下列繪圖環(huán)境的特點有助于繪制理想的幾何形狀:

Ÿ 繪圖柵格可幫助定位光標(biāo)和在圖形窗中對齊物體。

Ÿ 虛線指示了圖形的X、Y-軸并相交在坐標(biāo)原點處。

Ÿ 圖形窗左下角的三方向坐標(biāo)系指示了在繪圖平面和部件方位之間的關(guān)系。

Ÿ 當(dāng)選擇了繪圖工具,在繪圖窗的左上角,ABAQUS/CAE顯示出光標(biāo)位置的X、Y坐標(biāo)值。

7. 通過定義獨立點,利用繪圖工具箱左上方的Create Isolated point(創(chuàng)建獨立點)工具開始繪制桁架的幾何圖形。創(chuàng)建下面三個坐標(biāo)點:(-1.0, 0.0),(0.0, 0.0)和(1.0, 0.0)。這些點的位置代表了桁架底部節(jié)點的位置。

在繪圖區(qū)的任何位置單擊鼠標(biāo)中鍵退出創(chuàng)建獨立點工具。

8. 桁架頂部節(jié)點的位置是不明顯的,但是,利用各桿件之間夾角為60°這一條件能夠很容易地確定頂部節(jié)點的位置。本例,可采用構(gòu)造幾何(construction geometry)確定這些節(jié)點的位置。

在繪圖模塊中,用戶創(chuàng)建構(gòu)造幾何輔助定位和對齊草圖中的幾何體。為了幫助繪圖,繪圖環(huán)境允許添加構(gòu)造線和圓;此外,獨立點可以看作是構(gòu)造幾何。

關(guān)于構(gòu)造幾何的詳細(xì)信息,請查閱ABAQUS/CAE用戶手冊第23.10節(jié) “Creating construction geometry”。

a. 利用創(chuàng)建構(gòu)造角度輔助線(Create construction: Line at an Angle)的工具在第8步創(chuàng)建的每一點上創(chuàng)建角度構(gòu)造線。選擇角度構(gòu)造線工具,操作如下:

i. 注意到在某些工具框圖標(biāo)的底部有個小黑色三角形,這些小三角形表示該圖標(biāo)有若干個隱藏的可以切換的工具選項,點擊位于繪圖工具箱中部偏左的創(chuàng)建構(gòu)造:通過點的水平線工具(Create construction: Horizontal Line Thru Point),按住鼠標(biāo)鍵1不放,顯示其它的圖標(biāo)。

ii. 按住鼠標(biāo)鍵1,沿著一組圖標(biāo)拖動光標(biāo),直到角度構(gòu)造線工具出現(xiàn)為止,此時松開鼠標(biāo)鍵即選擇了這一工具。

角度構(gòu)造線繪圖工具顯示在繪圖工具箱中,背景為白色表示你已經(jīng)選擇了該工具。

b.在提示區(qū)輸入60.0作為構(gòu)造線與水平線之間的夾角。

c. 將光標(biāo)移到坐標(biāo)為(-1.0,0.0)點,并點擊鼠標(biāo)鍵1即創(chuàng)建了一條構(gòu)造線。

9. 類似的,在步驟8中創(chuàng)建的其它兩個點創(chuàng)建構(gòu)造線。

a. 在(0.0,0.0)點創(chuàng)建另一條與水平線夾角為60°的角度構(gòu)造線。

b. 在(0.0,0.0)與(1.0,0.0)兩點分別創(chuàng)建二條與水平線夾角為120°的角度構(gòu)造線。(你不得不在圖形窗中點擊鼠標(biāo)鍵2退出繪圖工具,然后重新選擇工具鍵入新的角度值。)

繪制獨立點和構(gòu)造線,如圖2-6所示。

10. 當(dāng)應(yīng)用繪圖模塊時,若操作有誤,可在已繪圖中刪除畫錯的線,如在下面過程中所闡述的:

a. 在繪圖工具箱中點擊Delete Entities(刪除)工具。

b. 在所繪圖中,點擊所選擇的欲刪除的線,ABAQUS/CAE以高亮度紅色顯示被選中的線。

c. 在圖形窗中點擊鼠標(biāo)鍵2就可刪除該線。

d. 根據(jù)需要,常常重復(fù)步驟b和c。

e. 在繪圖窗中點擊鼠標(biāo)中鍵或點擊提示區(qū)中的Done(完成),結(jié)束使用Delete Entities工具環(huán)境。

圖2-6 桁架的構(gòu)造幾何:點和線

11. 創(chuàng)建幾何線來定義桁架。當(dāng)你添加構(gòu)造線并在繪圖區(qū)中移動光標(biāo)時ABAQUS/CAE就會顯示預(yù)選點(preselection points)(例如,新構(gòu)造幾何體與已存在幾何體的交叉點),允許你將目標(biāo)精確對齊。使用位于繪圖工具箱右上角處的創(chuàng)建線:連接(Create Lines: Connected)工具,用幾何線連接點。記住也可以創(chuàng)建幾何線代表桁架內(nèi)部的支撐,最終圖形如圖2-7所示。

12. 從提示區(qū)(靠近主窗口的底部),點擊Done退出繪圖環(huán)境。

提示:在提示區(qū)中若未見到Done按鈕,在圖形窗中繼續(xù)點擊鼠標(biāo)中鍵,直到它出現(xiàn)為止。

13. 在進(jìn)行下一步之前,在模型數(shù)據(jù)庫中存貯你的模型。

a. 從主菜單條中選File-->Save,顯示Save Model Database As(保存模型數(shù)據(jù)庫為)對話框。

b. 在File Name(文件名)域內(nèi)為新的模型鍵入名字,然后點擊OK。這里無需給出文件后綴名,ABAQUS/CAE會自動在文件名后面附加上.cae。

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