ABAQUS简支梁分析.docx
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ABAQUS简支梁分析.docx
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ABAQUS简支梁分析
基于ABAQUS简支梁受力和弯矩的相关分析
(梁单元和实体单元)
对于简支梁,基于ABAQUS2016,首先用梁单元分析了梁受力作用下的应力,变形,剪力和力矩;对同一模型,并用实体单元进行了相应的分析。
另外,还分析了梁结构受力和弯矩作用下的剪力及力矩分析。
对于CAE仿真分析具体细节操作并没有给出详细的操作,不过在后面上传了对应的cae,odb,inp文件。
不过要注意的是本文采用的是ABAQUS2016进行计算,低版本可能打不开,可以自己提交inp文件自己计算即可。
可以到小木虫搜索:
“基于ABAQUS简支梁受力和弯矩的相关分析”进行相应文件下载。
对于一简支梁,其结构简图如下所示,梁的一段受固支,一段受简支,在梁的两端受集中载荷,梁的大直径D=180mm,小直径d=150mm,a=200mm,b=300mm,l=1600mm,F=300000N。
现通过梁单元和实体单元分析简支梁的受力情况,变形情况,以及分析其剪力和弯矩等。
材料采用45#钢,弹性模量E=2.1e6MPa,泊松比v=0.28。
图1简支梁结构简图
1.梁单元分析
ABAQUS2016中对应的文件为beam-shaft.cae,beam-shaft.odb,beam-shaft.inp。
在建立梁part的时候,采用三维线性实体,按照图1所示尺寸建立,然后在台阶及支撑梁处进行分割,结果如图2所示。
图2建立part并分割
接下来为梁结构分配材料,创建材料,定义弹性模量和泊松比,创建梁截面形状,如图3,非别定义两个圆,圆的直接分别为180和150mm。
然后创建两个截面,截面选择梁截面,再选择图2中的所有梁,定义梁的方向矢量为(0,0,-1)(点击图3中的n2,n1,t那个图标即可创建梁的方向矢量),最后把创建好的梁赋给梁结构。
图3创建梁截面形状
接下来装配实体,再创建分析步,在创建分析步的时候,点击主菜单栏的Output,编辑EditFieldOutputRequest,在SF前面打钩,这样就可以在结果后处理中输出截面剪力和力矩,如图4所示。
在Load加载中,在固支处剪力边界条件,约束x,y,z,及绕x和y轴的转动,如图5所示,同理,在固支另一处约束y,z,及绕x和y轴的转动。
在梁的两端添加集中力,集中力的大小为300000N。
最后对实体部件进行分网,采用B32梁单元,网格尺寸为10。
完成以上工作后,创建作业并提交分析。
(由于操作比较简单,故没有详细列下所有操作步骤。
)
图4Step中SF输出编辑
图5边界条件约束
图6为等效应力云图,可知最大应力为181.1MPa,最大位置出现在梁台阶处(梁直径变化处)。
根据材料力学,最大弯矩应力产生在C截面,同时根据材料力学知道AB段处的最大应力,其应力为
(1)
(2)
从图6和图7可以知道,梁的最大应力以及AB段的应力都及理论解一致。
图8为梁的等效应力图,可见最大位移出现在梁的两端,最大有1.639mm。
沿着梁的轴线建立路径,然后绘制出梁的变形,图9和图10分别给出了截面剪力和力矩沿路径的变化情况。
值得注意的是,图9中剪力图及材料力学的剪力图有区别,其并不是按照设正法画的剪力图,不过其数值的绝对值及材料力学上的一致。
图10的弯矩图也材料力分析一致,图11为等效位移沿路径的变化情况。
图6等效应力
图7中间段等效应力图
图8等效位移图
图9剪力SF2沿路径情况
图10弯矩SM1沿路径情况
图11等效位移U沿路径情况
2.实体单元分析
ABAQUS2016中对应的文件为beam-solid.cae,beam-solid.odb,beam-solid.inp。
按照图1建立相应的实体单元,然后在支撑处切割实体,再建立材料属性,装配,设置步,在创建分析步的时候,点击主菜单栏的Output,编辑EditFieldOutputRequest,在SF前面打钩,同梁设置操作一样。
图12实体单元结构
图13给出了力载荷及边界条件加载情况,在梁左右两端加载力载荷,可以选择对应的面,然后加载界面切应力(F/S=300000/(3.1414*75^2=16.9765MPa,S为圆的面积),也可以在加载面的中心建立参考点,然后把加载面及参考点相耦合,然后直接在参考点加载300000N的力即可。
在支撑处选择对应的面,然后加载对应的边界条件约束即可。
最后完成相应的分网并提交分析。
图13载荷及边界条件
图14等效应力图
图15等效位移图
图16输出剪力弯矩操作
图17输出剪力弯矩操作
图18剪力数据数据输出
图14给出了等效应力图,其数值结果及梁给出的结果一致,及理论计算也一致,但是图15给出的等效位移图及梁单元计算的等效位移图不同,因此在具体问题分析的时候,我们应该判断具体使用什么单元进行分析。
图16到图18给出了如何把沿轴向方向各个截面的剪力和弯矩输出到一个txt文件的操作。
在图16中打开主菜单Tools中的ViewCutManager,然后在轴线平面前面打钩,结果如16所示,然后单击图16中的Options,再单击Slicing进入到图17,设置实体切割的数目,然后单击OK即可。
再在主菜单中单击Report的FreeBodyCut,然后按照图18中设置,然后单击OK,这样就可以在ABAQUS的当前文件夹找到moment.txt文件,里面记录了各个截面的力矩和弯矩,把里面的数据复制到excel中就可以绘制出弯矩和剪力图。
3.梁同时受集中力和弯矩分析
ABAQUS2016中对应的文件为beam-force-moment.cae,beam-force-moment.odb,beam-force-moment.inp。
对于该分析,还给出用Workbench给出的对应分析,其文件为beam-force-moment.wbpj,Workbench版本为15.0。
图19为梁在中间受集中载荷和弯矩的结构简图,梁的长度l=1000mm,梁的直径d=100mm,Me=9e7N·mm,F=300000N,E=210000MPa,v=0.28。
现采用梁单元进行剪力和弯矩等相关分析。
图19梁受力和弯矩结构简图
其建模等分析过程及前面第一个实例的梁单元分析一样,在梁的中点部分进行切割。
为了对比分析只有集中力,弯矩以及集中力和弯矩同时作用在梁上的几种情形,如图20,对应Load处右键单击,然后选择Suppress,可以抑制载荷作用,选择Resume,可以激活抑制的载荷。
通过载荷抑制或者激活的设置,然后提交分析,就可以得到对应载荷情况下的结果。
图20载荷加载情况
(1)梁中部只受集中力情形
下面四个图给出了只受集中力载荷作用下的等效应力,等效位移,剪力和弯矩图,剪力和弯矩图及材料力学分析一致。
图21等效应力图
图22等效位移图
图23轴线方向剪力图
图24轴线方向弯矩图
(2)梁中部只受弯矩作用
下面四个图给出了在梁的中部只加载弯矩作用下的等效应力,等效位移,力矩和弯矩图。
从剪力和弯矩图可以知道,整个梁受到90000N(Me*l=9e7N·mm*1000mm=90000N)的剪力作用,这及材料力学分析不一致,这应该引起关注。
在材料力学分析中,只受到弯矩作用时,应该没有剪力作用,不过按照这思路也可以做出有弯矩作用下的剪力和弯矩图。
在弯矩图中可以知道,弯矩中部处出现了突变,有均匀剪力作用处,其弯矩呈现线性变化。
图25等效应力图
图26等效位移图
图27轴线方向剪力图
图29轴线方向弯矩图
(3)梁中部同时受集中力和弯矩作用
下面四图给出了梁在中部同时受到集中力和弯矩作用下的等效应力,等效位移,剪力和弯矩图。
从剪力图知道,当给梁加载弯矩后,改变了梁的剪力和弯矩,不过在梁的中部,梁的弯矩图出现了突变,这及材料力学的分析变化趋势相一致。
图30等效应力图
图31等效位移图
图32轴线方向剪力图
图33轴线方向弯矩图
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