【技術(shù)篇】ANSYS與ABAQUS的靜力學(xué)分析

一個(gè)桁架系統(tǒng)由4根桿件組成,桿的橫截面積是100平方毫米,桿件為鋼材,彈性模量是200GPA,泊松比為0.3,現(xiàn)在左邊兩個(gè)節(jié)點(diǎn)為固定鉸支座,而在右邊節(jié)點(diǎn)上施加豎直方向的滾動(dòng)支座。在中間節(jié)點(diǎn)上施加豎直向下的集中力,大小為100N,現(xiàn)在要求中間節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)位移,以及各個(gè)支撐處的支反力。

這是一個(gè)簡單的桿件系統(tǒng)。列舉本例子的目的,是要進(jìn)一步考察ANSYS與ABAQUS在靜力學(xué)分析中的異同。

由于是桿件系統(tǒng),在ANSYS中使用經(jīng)典界面會(huì)更方便,本文使用ANSYS的經(jīng)典界面仿真。

長度單位使用毫米。這樣彈性模量大小為200e9 (N/m2) = 200e3(N/mm2)

1. 選擇單元類型

添加LINK180單元。

2. 設(shè)置材料屬性

彈性模量是200GPA,泊松比為0.3。這里使用了毫米單位,因此彈性模量是200e3

3. 設(shè)置截面屬性

設(shè)置連桿的橫截面積是100mm2

4. 創(chuàng)建幾何模型

首先創(chuàng)建四個(gè)節(jié)點(diǎn),坐標(biāo)分別是

1號(hào)點(diǎn):(0,0)

2號(hào)點(diǎn):(200,0)

3號(hào)點(diǎn):(100,80)

4號(hào)點(diǎn):(0,80)

結(jié)果如下圖

從上述四個(gè)點(diǎn)創(chuàng)建桿單元如下圖

5. 創(chuàng)建位移邊界條件

左邊兩個(gè)點(diǎn)施加固定鉸支座

右邊一個(gè)點(diǎn)施加滾動(dòng)支座

6. 施加集中力

中間節(jié)點(diǎn)上施加豎直向下的集中力,大小為100N

7. 分析

8. 后處理

查看變形

1,4號(hào)節(jié)點(diǎn)沒有位移,2號(hào)節(jié)點(diǎn)有水平位移,3號(hào)節(jié)點(diǎn)下降,趨勢(shì)是正確的。

查看3號(hào)節(jié)點(diǎn)的總位移

上表中各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)含義如下

可見,加力節(jié)點(diǎn)的總位移是1.14微米,而右邊節(jié)點(diǎn)的水平位移是0.5微米。而左邊兩個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有位移。

查看各個(gè)支座處的約束力

可見,

左上節(jié)點(diǎn)只有水平力,24.5牛頓;

右邊節(jié)點(diǎn)只有豎直力,40.2牛頓。

左下節(jié)點(diǎn)則同時(shí)有兩個(gè)方向的力,為24.5,59.8牛頓。

1. 創(chuàng)建部件

創(chuàng)建二維的線模型

從點(diǎn)創(chuàng)建直線,得到桁架系統(tǒng)如下圖

2. 創(chuàng)建材料和截面屬性

創(chuàng)建材料,設(shè)置彈性模量和泊松比

創(chuàng)建截面。桁架形式的梁截面

并指定截面面積是100平方毫米,且將前面的材料屬性分配給它。

將截面屬性分配給部件。

3. 定義裝配體

將該唯一的部件導(dǎo)入到裝配體。

4. 設(shè)置分析步

創(chuàng)建一個(gè)通用的靜力學(xué)分析步即可。

5. 定義載荷和邊界條件

在第一個(gè)載荷步中,添加兩個(gè)邊界條件

第一,左邊兩個(gè)節(jié)點(diǎn)為固定鉸支座

第二,右邊一個(gè)節(jié)點(diǎn)為滾動(dòng)支座

在第二個(gè)載荷步中,為中間節(jié)點(diǎn)施加豎直向下的集中力100N

6. 劃分網(wǎng)格

每邊設(shè)置一個(gè)單元

選擇單元類型T2D2

劃分網(wǎng)格

7. 提交作業(yè)

創(chuàng)建并提交作業(yè)

8.后處理

查看節(jié)點(diǎn)位移

該列表對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)如下圖

可見,加力節(jié)點(diǎn)的總位移是1.14微米,而右邊節(jié)點(diǎn)的水平位移是0.5微米。左邊兩個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有位移。

約束力如下

左上節(jié)點(diǎn)只有水平力,24.5牛頓;

右邊節(jié)點(diǎn)只有豎直力,40.2牛頓。

左下節(jié)點(diǎn)則同時(shí)有兩個(gè)方向的力,為24.5,59.8牛頓。

從分析結(jié)果來看,二者的結(jié)果是一致的。

從分析額過程來看,ANSYS經(jīng)典界面使用了直接建模法,而不用劃分網(wǎng)格;而ABAQUS則使用了統(tǒng)一的方式。

經(jīng)過上述兩個(gè)靜力學(xué)算例的比較,我們認(rèn)為,ANSYS與ABAQUS在簡單線彈性問題方面的分析能力大體相同,其結(jié)論是非常相似的,而操作過程稍微有所區(qū)別。如果對(duì)于簡單的問題進(jìn)行線彈性靜力學(xué)分析,隨便選擇其中一款軟件都是可以的。