ABQ有限元分析练习操作过程

有限元分析上机报告习题1：选用平面应变单元分析如图1所描述的水坝受力情况，设坝体材料的平均密度为2g/cm3，考虑自重影响，材料弹性模量为30GPa。按水坝设计规范，在坝体底部不能出现拉应力。分析坝底的受力情况，是否符合要求。按以下步骤施加体力：1)在材料属性中设定密度：→MaterialModels→Density→Dens:2000施加重力载荷：→Gravity→ACELY:9.8→OK4m5m2m水深4m习题一建模过程：1、创建part，命名dam，选择2Dplanar，Deformable,shell,Approximatesize:10。2、进入property,创建材料material-1，Density：2000kg/m3,Elastic:Young’sModulus——3e10pa，Possion’sRatio——0.3；创建section-1，选择solid，homogeneous；全选part，Assignsection，即材料赋予完毕。3、进入Assembly，创建Instancepart。4、进入step，创建两个分析步step-1与step-2，分别用来做重力分析与静水压力分析，选择static,general，之后选择默认。5、进入load，创建边界条件BC-1，在Initial下选择Mechanical，Displacement/Rotation，选中坝体的最低边，全选U1，U2，UR3。创建荷载Load-1，该荷载为重力荷载，在step-1下选择Mechanical，Gravity，在Component2中，输入：9.8m/s2；创建Load-2，该荷载为静水压力，在step-2下选择Mechanical，Pressure，选择坝体的竖直边界，在Distribution中选择Hydrostatic，Magnitude为最底的静水压力，即9.8*1000*4=39200N；Zeropressureheight为静水压力为零的Y坐标，此题的水面Y坐标为1.5，Referencepressureheight为Magnitude所在位置的Y坐标，此题在坝底的Y坐标为-2.5。6、进入mesh，选择Object为part(或者将assembly转化为Independent)，网格尺寸为0.15m，单元类型选择planestrain，其他默认，网格划分采用扫描技术，即sweep,这样划分的网格较规整；最后划分网格。7、进入job，创建dam的工作，其他默认；submit，得到结果。8、进入visualization，查看结果。结果分析：按水坝设计规范，在坝体底部不能出现拉应力，在有限元模型的结果里即可采用最大主应力这一指标来进行判断，即Max.Principal，当这一指标小于0时，代表着该处受压，大于0时，代表该处受拉，结果见图1。图1水坝的主应力云图从图1可以明显的看到，水坝的底部所有主应力都是小于0，即表示水坝底部处于受压状态，故满足要求。习题3、如图3所示的空心圆球，R1=0.3m，R2=0.5m，受到P=100Mpa的内压作用，材料的弹性模量为MpaE5101.2，泊松比为0.3。求空心圆球的受力后的径向位移并分析计算精度，要求将计算结果与解析解进行比较，选则一个与解析解最接近的网格方案。空心圆球受内压作用后径向位移的解析解为：PRRrRErur11212)1(3132332图3空心圆球的四分之一截面习题二建模过程：1、创建part，命名sphere，选择3D，Deformable，solid，Revolution,Approximatesize:2000，绘制空心球的1/8。2、进入property,创建材料material-1,Elastic:Young’sModulus——2.1e5Mpa，Possion’sRatio——0.3；创建section-1，选择solid，homogeneous；全选part，Assignsection，即材料赋予完毕。3、进入Assembly，创建Instancepart。4、进入step，创建一个分析步step-1，用来做径向内压分析，选择static,General，之后选择默认。5、进入load，创建荷载Load-1，该荷载为压力荷载，在step-1下选择Mechanical，Pressure，选择空心球的内面，在Distribution中选择Uniform，Magnitude为100Mpa。创建BC-1，选择Symmetry/Antisymmetry/Encastre，选中关于坐标轴YZ的面，再选择XSYMM的约束方式；创建BC-2，选择Symmetry/Antisymmetry/Encastre，选中关于坐标轴XY的面，再选择YSYMM的约束方式；创建BC-3，选择Symmetry/Antisymmetry/Encastre，选中关于坐标轴XZ的面，再选择ZSYMM的约束方式。6、进入mesh，选择Object为part(或者将assembly转化为Independent)，网格尺寸为30mm，单元类型选择C3D8R，其他默认，网格划分采用结构划分，即这样划分的网格较规整；最后划分网格。7、进入job，创建sphere的工作，其他默认；submit，得到结果。8、进入visualization，查看结果。结果分析：已知空心圆球受内压作用后径向位移的解析解为：PRRrRErur11212)1(3132332其解析结果见图2，最大值为0.13418，最小值为0.06888。2503003504004505005500.060.070.080.090.100.110.120.130.14u（mm）r（mm）解析解图2空心球径向位移解析解为了比较不同网格划分的方案的优劣，均采用结构划分，然后比较不同网格大小下有限元分析的结果，与解析解最接近的结果，其网格大小最适宜，即最经济。下面分别取网格大小为50mm、40mm、30mm三种结果进行绘制，见图3。从图上可以看到，在50mm、40mm、30mm的网格大小情况下，其曲线都非常接近，误差比较小，当网格大小达到30mm时，两组数据基本相同，如果继续细分网格时，其计算时间与内存消耗将大大增加，故在精度满足的情况下，要考虑计算代价的问题，故网格化分为30mm是比较合适的。3003504004505000.060.070.080.090.100.110.120.130.14u（mm）r（mm）解析解大小30mm有限元解大小40mm有限元解大小50mm有限元解图3空心球径向位移比较图习题4、一侧固定的方板如图4所示，长宽均为1m，厚度为5cm，方板的右侧受到均布拉力Mpaq200的作用。材料的弹性模量为MpaE5101.2，泊松比为0.3。对方板采用两种不同位移约束方式进行计算，分析采用那种约束方式比较合理。位移约束方式如下：1)对12边同时施加x和y方向的位移约束；2)对12边施加x方向的位移约束,对12边的中间一点施加y方向的位移约束。图4矩形板示意图习题四建模过程：1、创建part，命名square，选择3D，Deformable，solid，Extrusion,Approximatesize:2000。2、进入property,创建材料material-1,Elastic:Young’sModulus——2.1e5Mpa，Possion’sRatio——0.3；创建section-1，选择solid，homogeneous；全选part，Assignsection，即材料赋予完毕。3、进入Assembly，创建Instancepart。4、进入step，创建三个分析步step-1、step-2，step-1用来做“对12边同时施加x和y方向的位移约束”的分析，选择static,general，之后选择默认；step-2用来做“对12边施加x方向的位移约束,对12边的中间一点施加y方向的位移约束”选择static,general，之后选择默认5、进入load，创建荷载Load-1，该荷载为压力荷载，在step-1下选择Mechanical，Pressure，Distribution中选择Uniform，Magnitude为-200Mpa；创建BC-1，采用位移约束，在step-1分析步下，该边界为12边同时施加x和y方向的位移约束；创建BC-2，采用位移约束，在step-2分析步下，该边界为对12边施加x方向的位移约束；创建BC-3，在step-2分析步下，该边界为对12边的中间一点施加y方向的位移约束。6、进入mesh，选择Object为part(或者将assembly转化为Independent)，网格尺寸为0.03m，单元类型选择C3D8R，其他默认，网格划分采用结构划分，最后划分网格。7、进入job，创建square的工作，其他默认；submit，得到结果。8、进入visualization，查看结果。结果分析：1、理论分析：对于本题的结果，在理论上分析，其均匀受拉，板内受拉方向的内力应该保持一致，即均为200Mpa。2、考虑第一种情况：对12边同时施加x和y方向的位移约束，其Mises应力云图见图5。从图5很明显地看到，板内的Mises应力分布不均匀，在两个固定的角端部出现了较小的应力集中。图5第一种约束方式Mises应力云图2、考虑第二种情况：对12边施加x方向的位移约束,对12边的中间一点施加y方向的位移约束，其Mises应力云图见图6。从图6很明显地看到，板内的Mises应力分布均匀，大小为200Mpa。图6第二种约束方式Mises应力云图综上所述，由于第二种约束方式的Mises应力云图同理论分析更为接近，因此，第二种约束方式更为合理。习题5、通过Abaqus有限元软件模拟具有小圆孔的平板均匀拉伸产生的应力集中问题，验证弹性力学中的结论以及对比材料只考虑弹性和考虑弹塑性的区别。如图为平面模型，小孔半径远小于平面板的边长，两边受均匀拉应力q.图5中心有圆孔板示意图习题五建模过程：1、创建part，命名rectangle，选择3D，Deformable，shell，planarApproximatesize:3000，该板采用平面应力单元进行建模，尺寸为1000mmX500mm，小孔半径为40mm。为了后面网格化分的质量及计算的效率，将模型取原模型的四份之qqxy一。2、进入property，创建材料material-1，Elastic：Young’sModulus——2.1e5Mpa，Possion’sRatio——0.3；创建材料material-2，plastic：YieldStress：345Mpa，PlasticStrain：0，YieldStress：345Mpa，PlasticStrain：1，即理想弹塑性模型。创建section-1，选择solid，homogeneous，选择material-1；创建section-2，选择solid，homogeneous，选择material-2。3、先研究“验证弹性力学中的结论”这个问题，故对材料赋section-1。3、进入Assembly，创建Instancepart。4、进入step，创建分析步step-1，选择static,general，之后选择默认。5、进入load，创建荷载Load-1，该荷载为pressure，选择板的右边，Magnitude为-100Mpa；创建BC-1，对模型的左边界使用位移约束，具体U1为0，创建BC-2，对模型的下边界使用位移约束，具体U2为0。6、进入mesh，选择Object为part(或者将assembly转化为Independent)，网格尺寸为10mm，在细部圆弧处选择网格数为24。设置网格参数：ElementShape为Quad，网格划分采用结构划分；设置单元类型，GeometricQr