Abaqus基礎(chǔ)教程——用ABAQUS/CAE生成橋式吊架模型(三)

2013-08-14 by:CAE網(wǎng)格處理經(jīng)驗(yàn) 來源:仿真在線

Abaqus基礎(chǔ)教程——用ABAQUS/CAE生成橋式吊架模型(三)

2.3.7在模型上施加邊界條件和載荷

施加的條件,例如邊界條件(boundary conditions)和載荷(loads),是與分析步相關(guān)的,即用戶必須指定邊界條件和載荷在哪個或那些分析步中起作用。現(xiàn)在,你已經(jīng)定義了分析中的步驟,可以應(yīng)用Load(載荷)模塊定義施加的條件。

在桁架上施加邊界條件

在結(jié)構(gòu)分析中,邊界條件施加在模型中的已知位移和/或轉(zhuǎn)動區(qū)域,在模擬中,這些區(qū)域可以約束從而保持固定(有零位移和/或轉(zhuǎn)動),或者指定非零位移和/或轉(zhuǎn)動。

在本例中,桁架的左下端部分是完全約束的,因此不能沿任何方向移動。然而,桁架的右下端部分在豎直方向受到約束,但沿水平方向可以自由移動?？僧a(chǎn)生運(yùn)動的方向稱為自由度(degree of freedom(dof))。

在ABAQUS中平移和旋轉(zhuǎn)自由度的標(biāo)識如圖2-9所示。

Abaqus基礎(chǔ)教程——用ABAQUS/CAE生成橋式吊架模型(三)ansys結(jié)果圖圖片1

對桁架施加邊界條件:

1. 在位于工具欄的Module列表中,點(diǎn)擊Load進(jìn)入Load(載荷)模塊。

Load模塊載入時光標(biāo)會變?yōu)樯陈┬螤睢?

2. 從主菜單欄,選擇BC-->Create,

顯示Create Boundary condition(創(chuàng)建邊界條件)對話框。

3. 在Create Boundary condition對話框中:

a. 命名邊界條件為Fixed。

b. 從分析步列表中選擇Initial(初始步)作為邊界條件起作用的分析步。所有指定在初始步中的力學(xué)邊界條件必須賦值為零。這個條件是在ABAQUS/CAE中自動強(qiáng)加的。

c. 在Category(類型)列表中,接受Mechanical(力學(xué))作為默認(rèn)的類型選項(xiàng)。

d.在Types for Selected Step(選擇步驟類型)列表中,選擇Displacement/Rotation(位移/旋轉(zhuǎn)),并點(diǎn)擊Continue。

ABAQUS/CAE在提示區(qū)中會顯示提示,以指導(dǎo)用戶完成整個過程。例如,用戶被要求選擇在何處施加邊界條件。

為了在區(qū)域上施加指定條件,用戶可以或者直接在圖形窗中選擇區(qū)域,或者在一個存在的集合(集合是模型中一個命名的區(qū)域)中施加條件。集合是一個方便的工具,它可以用來管理大型復(fù)雜的模型,在這個簡單的模型中,用戶將不需要使用集合。

4. 在圖形窗中,選擇在桁架左下角的頂點(diǎn)作為施加邊界條件的區(qū)域。

5. 在圖形窗中點(diǎn)擊鼠標(biāo)鍵2或點(diǎn)擊提示區(qū)中的Done按鈕,表示用戶已經(jīng)完成了區(qū)域選擇。

顯示Edit Boundary Condition(邊界條件)對話框。當(dāng)在初始步定義邊界條件時,所有可能的自由度默認(rèn)是尚未約束的。

6. 在對話框中:

a. 因?yàn)樗械钠揭谱杂啥染枰s束,固選中U1和U2。

b. 點(diǎn)擊OK創(chuàng)建了邊界條件并關(guān)閉對話框。

ABAQUS/CAE在模型端點(diǎn)處顯示出兩個箭頭,表示約束了自由度。

7. 重復(fù)上述過程,在桁架右下角端點(diǎn)約束自由度U2,命名邊界條件為Roller。

8. 從主菜單欄中選擇BC-->Manager,

ABAQUS/CAE顯示Boundary Condition Manager(邊界條件管理器)。管理器表示在初始步中創(chuàng)建Created(激活)了邊界條件,并從基本狀態(tài)傳播到Propagated from base state(繼續(xù)起作用)分析步Apply load中。

提示:在整個過程中,為了觀察每列的標(biāo)題,通過拉開列標(biāo)題之間的分界線以擴(kuò)展它的寬度。

9. 點(diǎn)擊Dismiss按鈕關(guān)閉Boundary Condition Manager。

在本例中,所有的約束是在整體坐標(biāo)的軸1或軸2方向。在許多情況下,需要的約束方向并不一定與整體坐標(biāo)方向?qū)R,在這種情況下,用戶可定義一個局部坐標(biāo)系以施加邊界條件。在第5章“應(yīng)用殼單元”中通過一個斜板的例子具體演示如何定義。

在桁架上施加載荷

現(xiàn)在,你已經(jīng)在桁架上施加了約束,你可以在桁架的底部施加載荷。在ABAQUS中,術(shù)語載荷(load)(例如在ABAQUS/CAE中的Load模塊)通常代表從初始狀態(tài)開始引起結(jié)構(gòu)的響應(yīng)發(fā)生變化的各種因素,包括:

Ÿ 集中力,

Ÿ 壓力,

Ÿ 非零邊界條件,

Ÿ 體力,

Ÿ 溫度(與材料熱膨脹同時定義)。

有時候術(shù)語載荷專門用來指與力有關(guān)的量(如在Load模塊的Load Manager);例如,集中力,壓力(Load),和體力而不包括邊界條件或者溫度。從討論的內(nèi)容上,該項(xiàng)的實(shí)際含意必須是清楚的。

在本模擬中,10kN的集中力施加在桁架底部中點(diǎn)的負(fù)軸2方向;載荷施加在分析步模塊中創(chuàng)建的線性擾動步中。實(shí)際上并不存在真正意義的集中或點(diǎn)載荷;載荷總是施加在有限大小的區(qū)域上,然而,如果被施加載荷的區(qū)域很小,可以理想化處理為集中載荷是合適的。

在桁架上施加集中力:

1. 從主菜單欄選擇Load-->Manager。

彈出Load Manager(載荷管理器)窗口。

2. 在Load Manager的底部,點(diǎn)擊Create按鈕。

彈出Create Load(創(chuàng)建載荷)對話框。

3. 在Create Load對話框:

a. 命名載荷為Force。

b. 從分析步列表中,選擇Apply Load作為施加載荷的分析步。

c. 在Category(類型)列表中,接受Mechanical(力學(xué))作為默認(rèn)類型選項(xiàng)。

d. 在Type for Selected Step(選擇分析步類型)列表中,接受默認(rèn)選項(xiàng)Concentrated force(集中力)。

e. 點(diǎn)擊Continue。

在整個過程中,ABAQUS/CAE在提示區(qū)中顯示提示以指導(dǎo)用戶。用戶被要求選擇一個載荷施加的區(qū)域。

如同創(chuàng)建邊界條件時一樣,用戶可以或者直接在圖形窗中選擇加載區(qū)域,或者在一個存在的集合中。如前所述,用戶將直接在圖形窗(Viewport)中選擇區(qū)域。

4. 在圖形窗中,選擇桁架底部中點(diǎn)的頂點(diǎn)作為載荷施加區(qū)域。

5. 在圖形窗中點(diǎn)擊鼠標(biāo)鍵2,或點(diǎn)擊提示區(qū)中的Done按鈕,表示用戶完成了選擇區(qū)域。

彈出Edit Load(編輯載荷)對話框。

6. 在對話框中:

a. 在CF2(表示2方向的集中力分量)處輸入量值-10000.0。

b. 點(diǎn)擊OK即創(chuàng)建了加載并關(guān)閉對話框。

ABAQUS/CAE在頂點(diǎn)處顯示出一個向下的箭頭,表示這里施加了一個沿軸2負(fù)方向的載荷。

7. 檢查Load Manager窗口并注意到在Apply load分析步創(chuàng)建了新荷載Created(被激活)。

8. 點(diǎn)擊Dismiss按鈕關(guān)閉Load Manager。

2.3.8 模型的網(wǎng)格剖分

用戶應(yīng)用Mesh(網(wǎng)格)模塊生成有限元網(wǎng)格。用戶可以選擇ABAQUS/CAE使用的創(chuàng)建網(wǎng)格、單元形狀和單元類型的網(wǎng)格生成技術(shù)。盡管ABAQUS/CAE具有一系列的各種網(wǎng)格生成技術(shù),但是,關(guān)于一維區(qū)域(例如本例)的網(wǎng)格生成技術(shù)不能改變。默認(rèn)使用在模型中的網(wǎng)格生成技術(shù)由模型的顏色標(biāo)識,它顯示在進(jìn)入Mesh模塊時;如果ABAQUS/CAE顯示模型為橙黃色,則表示沒有用戶的幫助就不能剖分網(wǎng)格。

設(shè)置ABAQUS單元類型

在本節(jié)中,用戶將給模型設(shè)置特殊的ABAQUS單元類型,盡管你可以現(xiàn)在設(shè)置單元類型,你也能等到網(wǎng)格生成之后進(jìn)行。

應(yīng)用二維桁架(truss)單元模擬桁架模型。因?yàn)殍旒軉卧獌H承受拉伸和壓縮的軸向載荷,選擇這些單元模擬諸如吊車桁架這類鉸接桁架是理想的。

設(shè)置ABAQUS單元類型的過程:

1. 在位于工具欄的Module列表中,點(diǎn)擊Mesh進(jìn)入Mesh(網(wǎng)格)模塊。

Mesh模塊載入時光標(biāo)會變?yōu)樯陈┬螤睢?

2. 從主菜單欄中選擇Mesh-->Element Type。

3. 在圖形窗中選擇整個桁架,作為設(shè)置單元類型的區(qū)域。當(dāng)完成時,在提示區(qū)點(diǎn)擊Done按鈕。

彈出Element Type(單元類型)對話框。

4. 在對話框中,選擇如下:

Ÿ Standard (標(biāo)準(zhǔn))作為Element Library(單元庫)選擇項(xiàng)(默認(rèn))。

Ÿ Linear(線性)作為Geometric Order(幾何階次)選擇項(xiàng)(默認(rèn))。

Ÿ Truss(桁架)作為單元的Family(單元族)選擇項(xiàng)。

5. 在對話框的下部,檢查單元形狀的選項(xiàng)。在每個選項(xiàng)頁的底部提供了默認(rèn)的單元選擇的簡短描述。

因?yàn)楸纠哪Ｐ褪嵌S桁架,在Line選項(xiàng)頁上只顯示出二維桁架單元。單元類型T2D2的說明顯示在對話框的底部。現(xiàn)在,ABAQUS/CAE將網(wǎng)格中的單元設(shè)定為T2D2單元。

6. 點(diǎn)擊OK設(shè)定單元類型,并關(guān)閉對話框。

7. 在提示區(qū),點(diǎn)擊Done按鈕,結(jié)束過程。

生成網(wǎng)格

基本的網(wǎng)格剖分是兩步驟操作:首先在部件實(shí)體的邊界上撒種子(seeds),然后對部件實(shí)體剖分網(wǎng)格?；谙Ｍ玫降膯卧叽缁蛘哐刂織l邊上劃分的單元數(shù)目,用戶選擇種子的數(shù)目,并且ABAQUS/CAE會盡可能地在種子處布置網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)。對于本例,用戶只需在每根桿件上建立一個單元。

撒種子和劃分網(wǎng)格:

1. 從主菜單欄中,選擇Seed-->Instance在部件實(shí)體上撒種子。

注意:通過在部件實(shí)體的每條邊上分別撒種子,用戶可獲得對于剖分網(wǎng)格過程更多的控制,但對本例并不需要這樣做。

提示區(qū)顯示出默認(rèn)的單元尺寸,ABAQUS/CAE用它在部件實(shí)體上播撒種子。這個默認(rèn)的單元尺寸是根據(jù)部件實(shí)體的尺寸。用戶將使用一個相對大的單元尺寸,因此,每個區(qū)域僅生成一個單元。

2. 在提示區(qū),指定單元尺寸為1.0,然后點(diǎn)擊[Enter]或者在圖形窗中點(diǎn)擊鼠標(biāo)鍵2。

3. 在圖形窗中點(diǎn)擊鼠標(biāo)鍵2,接受當(dāng)前的種子分布。

4. 從主菜單欄中,選擇Mesh-->Instance對部件實(shí)體剖分網(wǎng)格。

5. 從提示區(qū)的按鈕中,點(diǎn)擊Yes確認(rèn)你希望對部件實(shí)體進(jìn)行剖分網(wǎng)格。

提示:通過在主菜單欄中選擇View-->Assembly Display Options,用戶可以在網(wǎng)格(Mesh)模塊中顯示節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)量。在顯示的Assembly Display Options(裝備件顯示選項(xiàng))對話框中,切換至Mesh(網(wǎng)格)選項(xiàng)頁,選中Show node labels(顯示節(jié)點(diǎn)標(biāo)記)與Show element label(顯示單元標(biāo)記)。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才