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2013-08-14 by:Abaqus培訓中心 來源:仿真在線
Abaqus基礎教程——用ABAQUS/CAE生成橋式吊架模型(一)
圖2-4是一個起重機橋式吊架,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,引導你進入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。首先應用ABAQUS/Standard進行模擬,確定在結構中桿件的靜位移和峰值應力,所施加的載荷為10kN,如圖2-4所示;然后再應用ABAQUS/Explicit進行模擬,假設載荷是突然加到吊架上,研究桁架的動態(tài)響應。
對于橋式吊架的例子,將進入ABAQUS/CAE的以下功能模塊并完成下面的任務:
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)
對桁架進行網(wǎng)格剖分。
作業(yè)(Job)
生成一個作業(yè)并提交進行分析計算。
可視化(Visualization)
觀察分析結果。
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進行操作時遇到困難,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,假設你將應用ABAQUS/CAE生成模型。然而,如果你沒有進入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。當創(chuàng)建一個部件時,ABAQUS/CAE會自動地進入繪圖(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。
點擊取消(cancel)可取消當前的任務,點擊回退(backspace)可回到本任務的前一個步驟。
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Part模塊載入后,光標會變成沙漏圖標。當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,用戶可使用這些工具圖標進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,當用戶從主菜單條目中選擇某一項時,模塊工具箱中對應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)相應的提示信息,指導你隨后的操作過程。
你應用創(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);并要設置部件的大致尺寸(approximate size)。當部件創(chuàng)建后,仍可對其進行編輯和重新命名,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?；仡櫾贏BAQUS/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都會進入這個繪圖環(huán)境。為了結束一種工具的應用,在圖形窗(Viewport)中點擊鼠標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,對該工具進行簡短的說明。當選定一個工具后,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-軸并相交在坐標原點處。
Ÿ 圖形窗左下角的三方向坐標系指示了在繪圖平面和部件方位之間的關系。
Ÿ 當選擇了繪圖工具,在繪圖窗的左上角,ABAQUS/CAE顯示出光標位置的X、Y坐標值。
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)境允許添加構造線和圓;此外,獨立點可以看作是構造幾何。
關于構造幾何的詳細信息,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)建角度構造線。選擇角度構造線工具,操作如下:
i. 注意到在某些工具框圖標的底部有個小黑色三角形,這些小三角形表示該圖標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)建構造:通過點的水平線工具(Create construction: Horizontal Line Thru Point),按住鼠標鍵1不放,顯示其它的圖標。
ii. 按住鼠標鍵1,沿著一組圖標拖動光標,直到角度構造線工具出現(xiàn)為止,此時松開鼠標鍵即選擇了這一工具。
角度構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作為構造線與水平線之間的夾角。
c. 將光標移到坐標為(-1.0,0.0)點,并點擊鼠標鍵1即創(chuàng)建了一條構造線。
9. 類似的,在步驟8中創(chuàng)建的其它兩個點創(chuàng)建構造線。
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°的角度構造線。(你不得不在圖形窗中點擊鼠標鍵2退出繪圖工具,然后重新選擇工具鍵入新的角度值。)
繪制獨立點和構造線,如圖2-6所示。
10. 當應用繪圖模塊時,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鍵2就可刪除該線。
d. 根據(jù)需要,常常重復步驟b和c。
e. 在繪圖窗中點擊鼠標中鍵或點擊提示區(qū)中的Done(完成),結束使用Delete Entities工具環(huán)境。
圖2-6 桁架的構造幾何:點和線
11. 創(chuàng)建幾何線來定義桁架。當你添加構造線并在繪圖區(qū)中移動光標時ABAQUS/CAE就會顯示預選點(preselection points)(例如,新構造幾何體與已存在幾何體的交叉點),允許你將目標精確對齊。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)點擊鼠標中鍵,直到它出現(xiàn)為止。
13. 在進行下一步之前,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。
ABAQUS/CAE保存模型數(shù)據(jù)庫為一個新的文件,并返回到Part模塊。在主窗口的標題欄(title bar)上會顯示你的文件名和路徑。
用戶應當總是以一定的時間間隔保存模型數(shù)據(jù)(例如,在每次切換功能模塊時);ABAQUS/CAE不會自動地保存你的數(shù)據(jù)庫。
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