ANSYS與ABAQUS實(shí)例比較 | 懸臂梁受分布力系的變形分析

2017-03-25  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)



問(wèn)題

一根懸臂梁,長(zhǎng)200mm,截面是30mm*20mm的矩形(高度方向是20mm)。該梁左端固定,在其上面施加向下的分布力系,載荷集度是0.6Mpa.已知材料使用低碳鋼,彈性模量是200GPA,泊松比是0.3,要計(jì)算梁的位移。

問(wèn)題分析

這是最簡(jiǎn)單的入門級(jí)問(wèn)題,線性材料,靜力學(xué)分析。

下面分別采用ANSYS17和ABAQUS6.14求解。

方法1
ANSYS17.0求解

1. 創(chuàng)建分析系統(tǒng)

創(chuàng)建一個(gè)靜力學(xué)分析系統(tǒng)

2. 設(shè)置材料屬性

雙擊engineering data,對(duì)于默認(rèn)的鋼材設(shè)置彈性模量是200GPA,泊松比是0.3

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這里是默認(rèn)值,不需要改變。

3. 創(chuàng)建幾何模型

雙擊geometry,進(jìn)入到DM.設(shè)置毫米為長(zhǎng)度單位。

從如下菜單進(jìn)入,選擇BOX

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設(shè)置要?jiǎng)?chuàng)建長(zhǎng)200mm,截面是30mm*20mm的長(zhǎng)方體。

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創(chuàng)建結(jié)果如下圖

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退出DM.

4. 劃分網(wǎng)格

雙擊model進(jìn)入mechanical,設(shè)置單元尺寸為10mm,劃分網(wǎng)格。

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劃分結(jié)果如下圖

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5. 固定左端

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6. 施加分布力系

在上面施加分布力系,載荷集度是0.6Mpa

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7.求解

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8. 后處理

考察在豎直方向的變形

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可見(jiàn),自由端的最大位移量是0.89551mm.

考察米塞斯應(yīng)力,最大值是170.14MPa.

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方法2
ABAQUS6.14求解

1. 創(chuàng)建部件

創(chuàng)建一個(gè)新部件,設(shè)置如下。這是一個(gè)三維實(shí)體,通過(guò)拉伸方式創(chuàng)建。

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先創(chuàng)建截面30mm*20mm,然后拉伸200mm得到實(shí)體如下圖

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2. 創(chuàng)建材料和截面屬性

(1)創(chuàng)建材料,給定彈性模量和泊松比。由于是以mm為單位,所以楊氏模量改變了數(shù)值。

200GPA = 200E9 (N/M2) = 200E3(N/MM2)

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(2)創(chuàng)建截面

設(shè)置為均值的實(shí)體截面類型

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并未該截面分配前面創(chuàng)建的材料模型如下圖

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(3)將截面屬性分配給部件

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將上面所創(chuàng)建的截面屬性分配給長(zhǎng)方體。

3. 定義裝配體
定義一個(gè)裝配體,該裝配體中只包含上面的部件。

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4. 設(shè)置分析步

添加一個(gè)靜力學(xué)分析步

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5. 固定左端

在初始分析步中定義固定邊界條件

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選擇左端面,固定所有自由度

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結(jié)果如下圖

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6. 施加分布力系

在靜力學(xué)載荷步中添加壓強(qiáng)。

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對(duì)上表面施加0.6Mpa的分布力系

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結(jié)果如下圖

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7. 劃分網(wǎng)格

設(shè)置網(wǎng)格尺寸為10mm

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選擇C3D8I單元

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劃分網(wǎng)格結(jié)果如下圖

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8. 提交分析作業(yè)

創(chuàng)建作業(yè)

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提交作業(yè)

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9. 后處理

考察在豎直方向的變形

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可見(jiàn)最大位移發(fā)生在自由端,是0.8921mm

考察米塞斯應(yīng)力,最大是168.4Mpa

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討論與結(jié)論
  • 從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,ANSYS是:自由端的最大位移量是0.89551mm;米塞斯應(yīng)力最大值是170.14MPa. ABAQUS是:自由端的最大位移量是0.8921mm;米塞斯應(yīng)力最大值是168.4Mpa。可見(jiàn),位移的差值非常小,相對(duì)誤差是0.4%。而米塞斯應(yīng)力的差距為1%左右??梢?jiàn),對(duì)于位移的計(jì)算,二者幾乎一致。而應(yīng)力的計(jì)算,則可能二者采用了不同的后處理方法,結(jié)果差距也很小。從這個(gè)角度來(lái)看,對(duì)于這種簡(jiǎn)單的線彈性靜力學(xué)分析而言,用ANSYS或者ABAQUS功效相仿。

  • 從操作步驟來(lái)看,由于ABAQUS中沒(méi)有提供單位,用戶必須自己保證單位的一致性。這一點(diǎn)對(duì)于初學(xué)者而言尤其重要。因?yàn)閱挝坏牟灰恢聦?dǎo)致的離奇結(jié)果經(jīng)常讓初學(xué)者對(duì)于有限元軟件失去信心,不過(guò)ANSYS的WB很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。在這個(gè)方面,ANSYS具備優(yōu)勢(shì)。

  • 從幾何建模來(lái)看,二者幾乎相同。

  • 從網(wǎng)格劃分來(lái)看,ANSYS隱藏了關(guān)于單元的選擇問(wèn)題,而ABAQUS則開(kāi)放了此接口,讓用戶自己選擇合適的單元。這對(duì)于高級(jí)用戶是有利的。實(shí)際上,ANSYS WB中隱藏單元選擇以后,對(duì)于筆者而言是很不習(xí)慣的。就筆者自己的偏好而言,在這個(gè)方面,ABAQUS處理得更妥當(dāng)一些。

  • 從材料設(shè)置來(lái)看,應(yīng)該說(shuō)ANSYS更人性化,很多數(shù)據(jù)都是自動(dòng)提供的,用戶只要稍作修改就可以。而ABAQUS需要自己設(shè)置,相比麻煩一些。

  • 從分析步這個(gè)概念來(lái)看,筆者感覺(jué)分析步的概念在ABAQUS中是十分重要,而ANSYS雖然也只有載荷步的概念,但是它是不明晰的。正是因?yàn)锳BAQUS提供了明確的分析步的概念,使得對(duì)于多步驟的分析顯得相當(dāng)簡(jiǎn)單而直觀,而在ANSYS中則不是那么容易理解。從個(gè)人偏好而言,筆者十分欣賞ABAQUS的分析步概念。在任何一個(gè)學(xué)科中,該學(xué)科提供了哪些基本概念,直接決定著該學(xué)科的理論水平,應(yīng)該說(shuō),ABAQUS的概念層次十分清晰。有材料后,將材料分配給截面,將截面分配給部件,將部件組裝成裝配體,然后對(duì)之確定分析步,在各個(gè)分析步中分別施加不同的邊界條件,再得到作業(yè),并進(jìn)行仿真。這一套概念,思路十分清晰。這種清晰的層次概念是ANSYS所缺乏的。

  • 總體來(lái)說(shuō),就靜力學(xué)分析而言,二者效率和精度都相仿;就思路而言,ABAQUS更清晰;就方便性而言,ANSYS更簡(jiǎn)潔明快。


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