有限元上機(jī)實(shí)驗(yàn)報告[以Abaqus軟件進(jìn)行的有限元分析]汪健強(qiáng)汪健強(qiáng)有限元上機(jī)實(shí)驗(yàn)報告汪健強(qiáng)有限元上機(jī)實(shí)驗(yàn)報告ABAQUS實(shí)驗(yàn)1——平面問題應(yīng)力集中分析目的要求：掌握平面問題的有限元分析方法和對稱性問題建模的方法。通過簡單力學(xué)分析，可以知道本實(shí)驗(yàn)問題屬于平面應(yīng)力問題，基于結(jié)構(gòu)和載荷的對稱性，可以只取模型的1/4進(jìn)行分析。用8節(jié)點(diǎn)四邊形單元分析X=0截面。x的分布規(guī)律和最大值，計(jì)算圓孔邊的應(yīng)力集中系數(shù)，并與理論解對比。一、實(shí)驗(yàn)過程概述：1、啟動ABAQUS/CAE2、創(chuàng)建部件3、創(chuàng)建材料和截面屬性4、定義裝配件5、設(shè)置分析步6、定義邊界條件和載荷7、劃分網(wǎng)格8、提交分析作業(yè)9、后處理10、退出ABAQUS/CAE二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：邊界受力圖X方向應(yīng)力分量ox應(yīng)力云圖:

左邊界直線與圓弧邊交點(diǎn)的ox值為：2.96714MPa；RiId-iHlpdk-rwaH■:￡&L1|FUd*4RiId-iHlpdk-rwaH■:￡&L1|FUdft弘IvtftLom■■wqwHMbeiNodesR<Ran內(nèi)aET冑NadiID5j0脂COO^iJfPmInmRLJTiEd■5Z!回￡511PmInmRLJTiEd■5Z!回￡5112flWL?CEcLMELA-fihprooin^1口itenrukiminIbv24.Selected^inbr￥Jbet-ClkkForfaaMraptiamiWfiieujF4e>.(2)左右對稱面上的。x曲線:三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析：模型全局ox應(yīng)力分布：ox應(yīng)力集中分布于中心圓孔與x、y軸相交的地方，且與x軸相交處應(yīng)力為負(fù)，與y軸相交處應(yīng)力為正；沿圓周向周圍，ox迅速減??；沿y方向的ox應(yīng)力大于沿x方向的ox應(yīng)力。應(yīng)力集中系數(shù)為2.92975，小于理論值3.0。誤差來源：有限元分析方法是將結(jié)構(gòu)離散化，網(wǎng)格劃分得越稀疏，計(jì)算出的結(jié)果就越偏離理論值。分的越密集，結(jié)果越接近與理論值。四、實(shí)驗(yàn)小結(jié)與體會：通過本次實(shí)驗(yàn)，對理論課所學(xué)有限元基本方法有了一個更加直觀、深入的理解。通過對Abaqus軟件三個步驟：前處理、分析計(jì)算、后處理的操作，了解了這款軟件的基本應(yīng)用和它對有限元的一些很好的應(yīng)用。試驗(yàn)中，遇到諸多問題，仔細(xì)思考，加之請教老師，逐一解決，確實(shí)很有收獲。更增加了對有限元的認(rèn)識，和對其功能之強(qiáng)大有了更深的理解。實(shí)驗(yàn)二平面問題有限元解的收斂性實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅涸贏BAQUS軟件中用有限元法探索整個梁上ox和oy的分布規(guī)律。計(jì)算梁底邊中點(diǎn)正應(yīng)力。x的最大值；對單元網(wǎng)格逐步加密，把ox的計(jì)算值與理論解對比，考察有限元解的收斂性。

針對上述力學(xué)模型，對比三節(jié)點(diǎn)三角形平面單元和8節(jié)點(diǎn)四邊形平面單元的求解精度。實(shí)驗(yàn)過程概述：(1)創(chuàng)建部件(2)創(chuàng)建材料和截面屬性(3)定義裝配件(4)設(shè)置分析步(5)定義邊界條件和載荷(6)劃分網(wǎng)格(7)提交分析作業(yè)(8)后處理(9)細(xì)化網(wǎng)格驗(yàn)證收斂性(10)高階單元分析與收斂實(shí)驗(yàn)結(jié)果:邊界受力圖單元類型：CPS3，單元尺寸：50(1)模型ox應(yīng)力云圖：模型oy應(yīng)力云圖:franit!1|Step/FrarTne.-|fieldoutputMfliriable:ProbaValuK■4SelecthrorriviewportiCcy-inlabelEbe：4&Mises|吊IdOuLJPartti&tance7Node]D_Ckig.匚oordcDeLCaardsSememe9EAM-1丄ij&Mi-EM13.1472OickMB1whileprobingtocbHA也lux■Selectc-dProbeValuesClickMB3Fa刊rtInitan曲IN應(yīng)IDOriepCMRlIDEAJM-L11底邊中點(diǎn)ox最大值：13.1472MPa底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線：Tiuedi^ianceahn^pslhTiuedi^ianceahn^pslh模型模型oy應(yīng)力云圖;單元類型：CPS3，單元尺寸：20模型ox應(yīng)力云圖：/ydOiPioheVdlue5SplwtviewportKer-inhb5cleaedProbetdlij5cleaedProbetdlij亡&Prolw;Nodn>[jZ旳穴Im佃mBE4iM-L3Nod?ID2COrig.Coords-DffT-CoordsElamsr^L劃17.0&MClickMQ1whileprobing2stoicvnluTOC\o"1-5"\h\zCkkIWBPartIndaneeNode:DOrig.€q?iiBEAM426BEAM.!2CEEW1前底邊中點(diǎn)ox最大值：17.0888MPa底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線:單元類型：CPS3，單元尺寸：10模型ox應(yīng)力云圖：模型oy應(yīng)力云圖:(3)底邊中點(diǎn)。x最大值：18.1592MPaFieldoutpLitvariable&Sil|Fie-ldFieldoutpLitvariable&Sil|Fie-ldProbeValue-s§嵯』TfromviffwpcKtKey-inIProbe:Node-srCScfcMBlwhilepratingtostoreviSelectedProbeValunClickhPartIrntaneeNckI&HDOrig.Ct晟PartInstanceBEAM-L刃Nodt[D51I11Orig.Coords1Def.Coords1ElflmenlBH￡&11底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線:模型oy應(yīng)力云圖:模型oy應(yīng)力云圖:單元類型：CPS8，單元尺寸：100模型ox應(yīng)力云圖：⑶底邊中點(diǎn)。x最大值：19.0951MPafriSiYie-.1SiepybffiiYie...FieldoulputvariabL?-friSiYie-.1SiepybffiiYie...FieldoulputvariabL?-￡51.1AeHFrobeValues$Sde<tFromvi已呦中我'l<cy-inIFrobeiNodes卜Gi謐：whil?prcbmgto閃口忙磯S^KfcedPnobeValu?□kickPariSnctaniDEModeIDCrig.CcBEiXM-l□0Part[risrance6EAM-LNo*DO6□Crig.CCMr-di□D",Coortfi□ElPFlPlTtjS,ill13.0951(4)(4)底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線:單元類型：單元類型：CPS8，單元尺寸：50(1)模型(1)模型ox應(yīng)力云圖:模型oy應(yīng)力云圖:(3)底邊中點(diǎn)ox最大值:18.9939MPaRnarrwi1FieldoutpulvflnfltHe-S,(3)底邊中點(diǎn)ox最大值:18.9939MPaRnarrwi1FieldoutpulvflnfltHe-S,511ProbeVdues口Select+romvienfiportKcyinhtProbe;Nodes-f^arl：InstanceBco.M-1hbdffD11OngCocrdtDef.CoordsLie-meritsEill訶蟲I■汕PartanttuigeNo日憎IDOiigLBE^M-111.ClirkMBlwhieprobingtovak5e，ettedProbeVjIubsClickME(4)底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線:u>:>aoaliuedi^Ldiic^u>:>aoaliuedi^Ldiic^alongpath■lHQ(2)模型oy(2)模型oy應(yīng)力云圖:單元類型：CPS8，單元尺寸：20(1)模型ox應(yīng)力云圖：底邊中點(diǎn)。x最大值：18.9577MPaFrame:1咅1気用?「旳呼Fiflldoutput:vfirinble;5.511PrubeVakjEsoiSalKth冊Hewpon'ftProbs;Nodsn*'■5PartIn^ncrBEAM-LBNEsdeID26Oig.CocmdiDef.Coordstferrientsy.S.5111E.9577dkkMBlRhlb(Hobingtov.SelectedPraH芒VglufftPArtIn^nuNl忌3DOtSEAM-1:e底線上各點(diǎn)x方向的應(yīng)力曲線：四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析：應(yīng)力分布情況和規(guī)律：底邊ox為正，頂邊為負(fù)，沿y軸正向ox逐漸增大；oy集中分布于兩端鉸接處，且oy與y同號；ox、oy均對稱于y軸分布。oy的有限元解與材料力學(xué)解的符號不同，因?yàn)橛邢拊?jié)點(diǎn)力正方向與材料力學(xué)中的內(nèi)力正方向的定義不同。c)對最大應(yīng)力點(diǎn)的。x應(yīng)力收斂過程的分析:計(jì)算次數(shù)單兀類型單元尺寸(mm)計(jì)算應(yīng)力。x(MPa)誤差(％)1CPS35013.1472-31.56412CPS32017.0888-9.821643CPS31018.1592-4.173094CPS810019.09510.5CPS85018.99390.6CPS82018.95770.

收斂性好；而采用同樣的單元時，網(wǎng)格劃分得越密，則求解精度就越高，收斂性就越好。所以，米用細(xì)化網(wǎng)格和米用高精度單兀的方法可以提高有限兀計(jì)算的精度和收斂性。五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)和體會：通過本次實(shí)驗(yàn)，了解了簡支梁再受均布載荷時應(yīng)力的分布規(guī)律。在用有限元方法求解時,通過網(wǎng)格加密和改變單元類型可以提高計(jì)算精度。通過采用不同的單元網(wǎng)格，對三節(jié)點(diǎn)三角形平面單元和八節(jié)點(diǎn)四邊形平面單元的求解精度進(jìn)行了比較，結(jié)果表明八節(jié)點(diǎn)四邊形平面單元的求解精度更高。通過不同的方法，知道有限元的解法有很多種，但我們要找到最適合的一種方法，不一定是分布最密集的，但一定要最能體現(xiàn)力與位移之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)三一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅菏褂幂S對稱單元，依照軸對稱的原理建模分析；使用visualization功能模塊查看結(jié)果，延展軸對稱單元構(gòu)造等效的三維視圖。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容概述：(3)創(chuàng)建部件(4)創(chuàng)建材料和截面屬性(5)定義裝配件(6)設(shè)置分析步(7)定義邊界條件和載荷(8)劃分網(wǎng)格(9)提交分析作業(yè)(10)后處理三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果:邊界受力圖應(yīng)力云圖:：三維視圖:四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析：A）通過延展軸對稱單元構(gòu)造等效三維視圖的方法：在visualization功能模塊中，點(diǎn)擊主菜單DBDisplayOptions，彈出ODBDisplayOptions對話框選擇Sweep/Extrude標(biāo)簽頁，選中Sweepelements,然后點(diǎn)擊OK。視圖區(qū)中即顯示出等效的三維模型。通過不同的element可以看不同的角度和剖面圖。b）為什么軸對稱問題不約束徑向位移？軸對稱問題只需添加軸向位移約束，以保證其不發(fā)生剛體位移，而徑向位移約束條件不必添加，因?yàn)楦鶕?jù)對稱性條件，徑向位移自動被約束。五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)和體會：通過本次實(shí)驗(yàn)，掌握使用軸對稱單元，如何依照軸對稱的原理建模分析，如何使用Visualization功能模塊查看結(jié)果，延展軸對稱單元構(gòu)造等效的三維視圖，進(jìn)一步了解至I」了該軟件的其他功能，了解了ABAQUS的強(qiáng)大之處，可以進(jìn)行更多方面的研究，值得我們熟練掌握它。實(shí)驗(yàn)四三維模型的線性靜力分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅簢L試分析三維單元的應(yīng)力應(yīng)變情況，要求用ABAQUS/CAE軟件建立相應(yīng)的實(shí)體模型和有限元離散模型，同時說明使用的單元類型。建?？紤]利用問題的對稱性。對比四面體單元和高精度六面體單元的計(jì)算精度。二、實(shí)驗(yàn)過程概述：1)創(chuàng)建部件2)創(chuàng)建材料和截面屬性3)定義裝配件4)劃分網(wǎng)格5)設(shè)置分析步6)定義載荷和位移邊界條件7)提交分析作業(yè)8)后處理9)考察不同單元類型對解的影響10)應(yīng)力集中區(qū)的網(wǎng)格劃分三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：tMiiataAd._|tMiiataAd._||DvKdtMiiataAd._|tMiiataAd._||DvKd邊界受力圖【1】(1)應(yīng)力云圖:(2)Y方向位移云圖:PrabeVabJHFlddOutfldLaStep1.,Siep-LobdFfdmd!Lpii迴Frfim|FibId寸ulpUtrantblp;U.U2FrotaaVduflt43口口！Itan?1葉護(hù)價K^」h舊比PrcbB；NncHR“門LrKIAhCdNachIDOng：Coard^DeF,CscxdsEErnudickME-1r?h3epraUnglosurebridesindoublebdow.SehrbedPrabpVjIumtickMi33ForlaHnapdant.tirrlnm^ctN$dtICOHgCoai^eD*f.Ceo^fllemthitU,uf3RACKET-129-O,25S&42BRACKET-!30-0.2^53jRACKE7-L24■0.25^41.BRACKET-!2J■C.3W5J汪健強(qiáng)有限元上機(jī)實(shí)驗(yàn)報告汪健強(qiáng)有限元上機(jī)實(shí)驗(yàn)報告ABAQUS【2】米用C3D4單元鱉TTTngTMWi垂罔〒常吟I_-iWHi（3）自由端位移:TOC\o"1-5"\h\z自由端面上四個端點(diǎn)的y方向位移（mm）：-0.-0.-0.-0.（4）米用C3D4單兀后：自由端面上四個端點(diǎn)沿y方向的位移（mm）：-0.-0.-0.-0.米用C3D4單兀的計(jì)算精度不如米用C3D20單兀的精度咼。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析:a）關(guān)于應(yīng)力集中現(xiàn)象:應(yīng)力集中出現(xiàn)在構(gòu)件的幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變的地方，在該局部地區(qū)周圍應(yīng)力顯著增大。對應(yīng)力集中區(qū)的網(wǎng)格劃分，為了體現(xiàn)出應(yīng)力顯著變化的規(guī)律，應(yīng)該對應(yīng)力集中區(qū)采用分割命令，在應(yīng)力集中區(qū)域生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。c）對于對稱性的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該采用對稱性約束和計(jì)算的方法減少計(jì)算量。五、實(shí)驗(yàn)小結(jié)和體會：對于一般復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)入MASH功能模塊后，結(jié)構(gòu)顯示為橙色，無法使用默認(rèn)的網(wǎng)格劃分技術(shù)來生成網(wǎng)格，此時需要把部件分割為幾個簡單的區(qū)域，然后在每個區(qū)域上分別生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。關(guān)于C3D4的設(shè)計(jì)還有一些不熟悉，生成兩個MODEL時對另一個的處理，原理不是太了解。

實(shí)驗(yàn)五板-梁組合建模實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?學(xué)會使用梁單元和板殼單元，同時掌握不同類型單元組合建模的方法，要求用ABAQUS軟件建立殼單元和梁單元相結(jié)合的有限元離散模型。二、實(shí)驗(yàn)過程概述:(1)創(chuàng)建部件(2)創(chuàng)建材料和截面屬性(3)定義裝配件(4)設(shè)置分析步(5)設(shè)置相互作用(6)定義邊界條件和載荷(7)劃分網(wǎng)格(8)提交分析作業(yè)(9)后處理(2)網(wǎng)格圖三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(2)網(wǎng)格圖受力圖應(yīng)力云圖:位移云圖:UrH&gHitbde+1.595e+OD4-t.737*40D+L5超位移云圖:UrH&gHitbde+1.595e+OD4-t.737*40D+L5超eKD+1.421S+DD—?.1-2的■代0——4■丄.105e+CD——-9侏71—-+7——+6.315?-01—”n】+3.15Ce-Ql+0OOOe+flO（4）實(shí)驗(yàn)小結(jié)和體會：1）通過本次實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，我對如何使用梁單元和板殼單元進(jìn)行建模分析有了一定的認(rèn)識，能夠用ABAQUS軟件對梁、板殼類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化和有限元分析。2）對于不同類型單元的組合建模，如果各不同類型單元間存在著耦合約束關(guān)系，就應(yīng)該為其創(chuàng)建耦合約束條件，例如本實(shí)驗(yàn)中的支柱與臺面的交接處。3）這個題目讓我認(rèn)識到做有限元分析時要細(xì)心認(rèn)真，可能一個小的步驟的錯誤就有可能導(dǎo)致整個分析中斷，我就是在耦合的時候漏了一步使得后面的步驟都無法進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)六綜合練習(xí)題一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅喊凑仗崾?，采用C3D20單元完成較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元分析，顯示模型的位移和應(yīng)力。二、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）part模塊中創(chuàng)建零件（2）property模塊中創(chuàng)建材料和截面屬性（3）assembly模塊中創(chuàng)建裝配件（4）step模塊中定義一個靜態(tài)一般分析步（5）mesh模塊中將鉸鏈分塊，劃分為C3D20單元類型的網(wǎng)格（6）load模塊中施加載荷和位移約束（7）Job模塊中創(chuàng)建分析任務(wù)，并提交運(yùn)算（8）Visualization模塊中顯示應(yīng)力云圖和位移云圖三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(1)應(yīng)力云圖:+73D5e-0CIS6S7C+0C4-n0F?8e-0C+i頃ie亠（X+4S72e-0C+4-