1.5 實例快速入門

本節將通過一個四根桁架結構的求解過程來介紹使用ABAQUS進行桁架結構的靜力學分析過程。通過分析讀者可以看出ABAQUS在基本分析過程中的優越性。

1.5.1 問題描述

桁架結構中各個桿的長度和約束如圖1-5所示，材料為鋼，彈性模量為2.96E3GPa，橫截面積為100，求該結構的結點位移、單元位移和支反力。

1.5.2 問題分析

1．創建部件

步驟01　啟動ABAQUS/CAE，創建一個新的模型并重命名為Truss，保存模型為Truss.cae。

步驟02　單擊工具箱中的（創建部件）按鈕，彈出“創建部件”對話框（如圖1-6所示），在“名稱”文本框中輸入link，設置“模型空間”為“二維平面”、“類型”為“可變形”、“基本特征”為“線”，在“大約尺寸”文本框中輸入300，單擊“繼續”按鈕，進入草圖環境。

步驟03　單擊工具箱中的（創建線：首尾相連）按鈕，利用鼠標選取或者輸入坐標值，通過點（0,0）、（50,0）、（100,80）、（0,80）繪制直線，單擊按鈕，連接（0,0）和（100,80）兩點。單擊提示區中的“完成”按鈕，形成四桁架結構，如圖1-7所示。

2．創建材料和截面屬性

（1）創建材料

進入屬性模塊，單擊工具箱中的（創建材料）按鈕，彈出“編輯材料”對話框，默認材料“名稱”為Material-1，選擇“力學”→“彈性”→“彈性”命令，輸入彈性模量值為2.96e3；單擊“確定”按鈕，完成材料屬性的定義，如圖1-8所示。

（2）創建截面屬性

單擊工具箱中的（創建截面）按鈕，在“創建截面”對話框（如圖1-9所示）中選擇“類別”為“梁”、“類型”為“桁架”，單擊“繼續”按鈕，進入“編輯截面”對話框，“材料”選擇Material-1，單擊“確定”按鈕，完成截面的定義。

（3）賦予截面屬性

單擊工具箱中的（指派截面屬性）按鈕，選擇部件link，單擊提示區中的“完成”按鈕，在彈出的“編輯截面指派”對話框（如圖1-10所示）中選擇“截面”為Section-1，單擊“確定”按鈕，把截面屬性賦予部件link。

3．定義裝配件

進入裝配模塊，單擊工具箱中的（將部件實例化）按鈕，在彈出的“創建實例”對話框（如圖1-11所示）中選擇link，單擊“確定”按鈕，創建部件的實例。

4．設置分析步和輸出變量

（1）定義分析步

在環境欄模塊后面選擇“分析步”，進入分析步模塊，單擊工具箱中的（創建分析步）按鈕，在彈出的“創建分析步”對話框（如圖1-12所示）中，選擇分析步類型為“靜力，通用”，單擊“繼續”按鈕。

在彈出的“編輯分析步”對話框（如圖1-13所示）中接受默認設置，單擊“確定”按鈕，完成分析步的定義。

（2）設置變量輸出

單擊工具箱中的（場輸出管理器）按鈕，在彈出的“場輸出請求管理器”對話框（如圖1-14所示）中可以看到ABAQUS/CAE已經自動生成了一個名稱為F-Output-1的場輸出變量。

單擊“編輯”按鈕，在彈出的“編輯場輸出請求”對話框（如圖1-15所示）中，可以增加或減少某些量的輸出；返回“場輸出請求管理器”對話框，然后單擊“確定”按鈕，完成輸出變量的定義。利用同樣的方法，也可以對歷史變量進行設置。

5．定義載荷和邊界條件

本例不涉及接觸問題，所以可以直接跳過相互作用模塊。

（1）定義邊界條件

在環境欄模塊后面選擇載荷，進入載荷功能模塊，單擊工具箱中的（創建邊界條件）按鈕（或者單擊“邊界條件管理器”對話框中的“創建”按鈕），彈出如圖1-16所示的“創建邊界條件”對話框，在該對話框選擇“分析步”為Step-1、“類別”為“力學：位移／轉角”，單擊“繼續”按鈕。

在圖形區中選擇模型中的點1和點2（選擇多個對象時按下Shift鍵），單擊鼠標中鍵，彈出如圖1-17所示的“編輯邊界條件”對話框，選擇U1和U2（表示約束這兩個自由度，而UR3不約束），完成點1和點2邊界條件的施加。

利用同樣的方法，約束右下角點（點3）U2方向的自由度。

（2）施加載荷

單擊工具箱中的（創建載荷）按鈕，在彈出的“創建載荷”對話框中定義載荷“名稱”為Load-1，選擇載荷“類別”為“力學：集中力”，如圖1-18所示，單擊“繼續”按鈕，在圖形區中選擇右上角點（點4），單擊鼠標中鍵。

在彈出的“編輯載荷”對話框（如圖1-19所示）中，設置CF1為0、CF2為-150（力的方向豎直向下，與軸2的正方向相反），單擊“確定”按鈕，完成載荷的施加，在點4上施加了一個方向向下、大小為150N的集中力。

6．劃分網格

在環境欄模塊后面選擇網格，進入網格功能模塊，將窗口頂部的環境欄“對象”選項設為“部件”選項。

（1）設置網格密度

單擊工具箱中的（為邊布種）按鈕，在圖形區中框選整個模型，單擊鼠標中鍵，彈出如圖1-20所示的“局部種子”對話框，單擊“基本信息”選項卡，在“方法”中選中“按個數”單選按鈕，在“單元數”中輸入1，然后單擊“確定”按鈕。

單擊工具箱中的（指派單元類型）按鈕，在視圖區中選擇模型，單擊“完成”按鈕，彈出“單元類型”對話框（如圖1-21所示），選擇默認的單元B21，單擊“確定”按鈕，完成單元類型的選擇。

（2）選擇單元類型

（3）劃分網格

單擊工具箱中的（為部件實例劃分網格）按鈕，再單擊提示區中的“完成”按鈕，完成網格的劃分。

7．提交作業

在環境欄模塊后面選擇作業，進入作業模塊。

執行“作業”→“管理器”命令，在彈出的“作業管理器”對話框（如圖1-22所示）中，單擊“創建”按鈕，定義作業“名稱”為link，單擊“繼續”按鈕，再單擊“確定”按鈕，完成作業的定義。在“作業管理器”對話框中單擊“提交”按鈕，提交作業。

單擊“監控”按鈕，彈出“link監控器”對話框（如圖1-23所示），可以查看到分析過程中出現的警告信息。

待分析結束后，單擊“結果”按鈕，進入可視化模塊。

8．后處理

下面介紹可視化模塊中的一些操作。

（1）打開結果輸出文件link.odb，有以下幾種方法：

·在“作業管理器”對話框中單擊“結果”按鈕。

·單擊可視化模塊中的（打開）按鈕，彈出“打開數據庫”對話框（如圖1-24所示），選擇link.odb文件，單擊“確定”按鈕。

·在模型樹中把模型切換到結果選項，雙擊“打開數據庫”按鈕，彈出“打開數據庫“對話框，選擇link.odb文件，單擊“確定”按鈕。

（2）顯示結點和單元編號

執行“選項”→“通用”命令，彈出“通用繪圖選項”對話框（如圖1-25所示），切換到“標簽”選項卡，勾選“顯示單元編號”和“顯示結點編號”復選框，并選擇字體顏色，單擊“確定”按鈕，顯示出結點和單元編號，如圖1-26所示。

（3）生成各個結點位移的結果報告

執行“報告”→“場輸出”命令，彈出“報告場變量輸出”對話框（如圖1-27所示），在“輸出變量”下的“位置”下拉列表框中選擇“唯一結點的”選項，輸出選項中取消默認的“S：應力分量”復選框，勾選“U：空間位移”下面的U1和U2（輸出1、2方向的位移值）復選框；切換到“設置”選項卡（如圖1-28所示），設置輸出文件的“名稱”為link，單擊“確定”按鈕。

在ABAQUS工作目錄下生成報告文件link.rpt，內容如下：

類似于上述生成單元應力的數據報告，在輸出位置后面選擇積分點，輸出選項選擇“S：應力分量”中的S11，報告文件為link-element-S，得到的各單元應力值如下：

同樣可以生成各個結點支反作用力的數據報告，在輸出位置后面選擇Unique Nodal，輸出選項選擇“RF：反作用力”中的RF1、RF2，報告文件為link-nodal-RF，得到各結點的支反作用力如下：

利用這些結果與理論計算的結果進行對比，可以發現ABAQUS的計算結果和理論結果完全相符。對于復雜模型，使用ABAQUS有限元軟件進行模擬計算有著不可比擬的優勢。

（4）變形前和變形后的結果

執行“繪圖”→“云圖”→“同時在兩個圖上”命令，即可顯示變形前和變形后的結果云圖，如圖1-29所示。

退出ABAQUS/CAE，有以下3種方法：

·執行“文件”→“退出”命令；

·按下Ctrl+Q組合鍵；

·單擊圖形窗口右上角的“關閉”按鈕。