完整word版abaqus612典型实例分析.docx
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完整word版abaqus612典型实例分析
1■应用背景概述
随着科学技术的发展,汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具。
但当今由于交通事故造成的损失日益剧增,研究汽车的碰撞安全性能,提高其耐撞性成为各国汽车行业研究的重要课题。
目前国内外许多著名大学、研究机构以及汽车生产厂商都在大力研究节省成本的汽车安全检测方法,而汽车碰撞理论以及模拟技术随之迅速发展,其中运用有限元方法来研究车辆碰撞模拟得到了相当的重视。
而本案例就是取材于汽车碰撞模拟分析中的一个小案例保险杠撞击刚
性墙。
2■问题描述
该案例选取的几何模型是通过导入已有的*.IGS文件来生成的(已经通过
Solidworks软件建好模型的),共包括刚性墙(PART-wall)、保险杠
(PART-bumpe)、平板(PART-plane)以及横梁(PART-rail)四个部件,该分析案例的关注要点就是主要吸能部件(保险杠)的变形模拟,即发生车体碰撞时其是否能够对车体有足够的保护能力?
这里根据具体车体模型建立了保险杠撞击刚性墙的有限元分析模型,为了节省计算资源和时间成本这里也对保险杠的对称模型进行了简化,详细的撞击模型请参照图1所示,撞击时保险杠分析模型以
2000mm/s的速度撞击刚性墙,其中分析模型中的保险杠与平板之间、平板与横梁之间不定义接触,采用焊接进行连接,对于保险杠和刚性墙之间的接触采用接触对算法来定义。
1.横梁(rail)2.平板(plane)3保险杠(bumper)4.刚性墙(wall)
图2.1碰撞模型的SolidWorks图
为了使模拟结果尽可能真实,通过查阅相关资料,定义了在碰撞过程中相关
的数据以及各部件的材料属性。
其中,刚性墙的材料密度为7.83>10-9,弹性模
量为2.07>05,泊松比为0.28;保险杠、平板以及横梁的材料密度为7.83>0-9,弹性模量为2.07>05,泊松比为0.28,塑形应力-应变数据如表2.1所示。
表2.1应力-应变数据表
应力
210
300
314
325
390
438
505
527
应变
0.0000
0.0309
0.0409
0.0500
0.1510
0.3010
0.7010
0.9010
注:
本例中的单位制为:
ton,mm,s。
3■案例详细求解过程
本案例使用软件为版本为abaqus6.12各详细截图及分析以该版本为准。
3.1创建部件
(1)启动ABAQUS/CAE,创建一个新的模型数据库,重命名为Thecrashsimulation,保存模型为Thecrashsimulation.cae
(2)通过导入已有的*IGS文件来创建各个部件,在主菜单中执行【File】
—【Import】—【Part】命令,选择刚刚创建保存的的bumper_asm.igs文件,弹出[CreatePartFromIGSFile】对话框如图3.1所示,根据图3.1所示设定【RepairOptions]的相关选项,其它参数默认,单击【Ok】按钮,可以看到在模型树中显示了导入的部件bumper_asm。
图3.1CreatePartFromIGSFile对话框
(3)从【Module]列表中选择【Part】,进入【Part】模块,通过鼠标左
键选择模型树中模型Parts
(1)下面的bumper_asm部件,并单击鼠标右键选择
Copy命令,弹出【PartCopy】对话框如图3.2所示,在【PartCopy】对话框提示区中输入bumper,并在【CopyOptions】中选择【Separatedisconnectedregionsintoparts]选项,单击【Ok】按钮完成导入几何模型四个部件的分离,这时我们可以看到模型树上模型Part
(1)下有五个部件,分别为bumper_asmbumper_1、bumper_2、bumper_3和bumper_4,选择bumper_asm部件单击鼠标右键并选择Delete命令删除此部件,此时模型Parts
(1)下只剩下了四个部件,分别为
bumper_1、bumper_2、bumper_3和bumper_4,将部件bumper_1、bumper_2、bumper_3和bumper_4分别对应更名为wall(刚性墙)如图3.3所示、bumper
(保险杠)如图3.4所示、plane(平板)如图3.5所示和rail(横梁)如图3.6所示。
Copybumperto:
bumper
CopyOptions
ECompressfeatures(geometrypartsonly)匚Scalepartby
□Mirror
partaboutX-Yplane卜
Separatedisconnectedregionsintoparts
OK
Can匚亡I
图3.2PartCopy对话框
图3.3部件wall(刚性墙)模型图
1.与plane连接部位
图3.4部件Bumper(保险杠)的模型图
1与部件bumper连接区域2.与部件rail连接区域
图3.5部件plane(平板)模型图
1•与部件bumper连接区域
图3.6部件rail(横梁)模型图
3.2定义材料属性
(3)
(1)从【Module】列表中选择【Property】,进入【Property】模块,单
击工具箱中(CreateMaterial),弹出【EditMaterial】对话框,输入材料名称
Material-wall,执行【General】—【Density],输入材料密度7.83E-9,执行
【Mechanical】—【Elasticity】—【Elastic】,输入弹性模量2.07E3,泊松比0.28,单击【OK】按钮,完成材料Material-wall的定义;继续创建另外一种材料,材
料名称为Material-bumper-plane-rail(三种材料的参数数据是完全一样的),执行【General】—Density,输入材料密度7.83E-9,执行【Mechanical】—【Elasticity]—【Elastic],输入弹性模量2.07E3,泊松比0.28,执行【Mechanical】—】Plasticity]—【Plastic】,输入如图3.7塑性数据,单击【OK】按钮,完成材料Material-bumper-plane-rail的定义。
Data
YieldStress
PlaUicStrain
1
210
0
2
300
0.0309
3
314
0-0409
4
325
0,05
5
390
0.151
6
43S
0.301
7
505
0701
8
527
0+91
图3.7塑性数据
(2)单击工具箱中(CreateSection),弹出【CreateSectior】对话框,如图
3.8所示,创建一个名称为Section-wall的均匀壳截面,单击Continue按钮,弹出【EditSectior】对话框,如图3.8所示,在Shellthickness(壳厚度)文本框内输入1,材料使用Material-wall,为了提高运算效率我们选用默认的Simpson
积分算法,在壳体厚度方向上布置3个积分点,Section-wall的截面属性参数设
置完成后如图3.8所示;按照上述方法继续创建另外三个截面属性,名称分别为:
Section-bumpe、Section-planeSection-rail,壳体厚度分别为12、3,材料使用Material-bumper-plane-rail,算法选用默认的Simpson积分算法,壳体厚度方向上布置3个积分点。
单击工具箱中(AssignSection),把截面属性Section-wall、Section-bumpe、Section-plane以及Section-rail分别赋予部件wall、部件bumper、部件plane和部件rail。
截面属性被赋予成功后,部件颜色为橙黄色。
如图3.9
所示。
图3.8EditSection编辑框
图3.9被赋予截面属性的bumper部件
3.3定义装配部件
从【Module】列表中选择【Assembly】,进入【Assembly模块,单击提示区中(InstaneePart,在弹出的【CreateInstance]对话框中依次选中部件wall、部件bumper、部件plane和部件rail,单击【OK]按钮,创建了各个部件的实例,其中各个实例已经按照默认位置装配完成,各个实例最终装配模型如图3.10
所示。
XRP1
图3.10整体装配模型
3.4定义网格划分
(1)从【Module】列表中选择【Mesh】,进入【Mesh】模块,环境栏中
Object选择Part:
wall,单击工具箱中(SeedPar),弹出【GlobalSeedS对话
框,输入Approximateglobalsize:
30,其它参数设置选择默认,单击【OK】按钮,完成种子的设置;单击工具箱中(AssignMeshControls),根据信息区提示
选择整个部件Part-rigid-plane,单击【Done]按钮,弹出【MeshControls】对话框,ElementShape栏中选择单元形状为Quad,Technique栏中选择Free,单击【OK】按钮;单击工具箱中(AssignElementType),选择Explicit、Linear、
Shell,即选择四边形减缩壳体单元S4R;单击工具箱中(MeshPart),单击提
示区【YeQ按钮,完成部件wall的网格划分。
戈扮好的网格如图3.11所示。
图3.11部件wall的网格划分
(2)从环境栏中Object选择Part:
bumper,单击工具箱中(SeedPart),
弹出【GlobalSeedS对话框,输入Approximateglobalsize:
15,其它参数设置选择默认,单击【OK】按钮,完成种子的设置,执行【SeedEdgd—【Biased命令,用鼠标左键选择如图3.13所示左边的两条曲线,选择时鼠标尽量靠近图示箭头指向曲线的一半区域,单击信息提示区的【Done]按钮,在信息提示区
输入Biasratio(>=1):
2.0,回车,输入种子数为20,单击【Done]按钮;继续执行【SeedEdgei—【Biased]命令,用鼠标左键选择如图3.13所示右边的四条曲线,注意箭头指向方向,单击信息提示区的【Done]按钮,在信息提示区
输入Biasratio(>=1):
3.0,回车,输入种子数为4,单击【Done]按钮完成种子设置。
单击工具箱中(AssignMeshControls),根据信息区提示选择整个部件bumper,单击【Done]按钮,弹出【MeshControls]对话框,设置如图3.12所示,单击【0K]按钮。
单击工具箱中(AssignElementType),选择Explicit>Linear、Shell,即选择四边形减缩壳体单元S4R;单击工具箱中(MeshPart),
单击提示区【YeQ按钮,完成部件bumper的网格划分。
ElementShape
QQuadQuad-dominatedTri
Algorithm
■mIni■■■Lh11mi■isadSubIAnai■iJU
0^Medialaxis!
k...«...u»...u—“
Defaults
(3)
从环境栏中Object选择Part:
plane,单击工具箱中(SeedPart,弹出【GlobalSeedg对话框,输入Approximateglobalsize:
15,其它参数设置选择默认,单击【OK】按钮,完成种子的设置;单击工具箱中(AssignMeshControls),根
据信息区提示选择整个部件Part-rigid-plane,单击【Done]按钮,弹出【Mesh
Controls]对话框,设置如图3.12所示,单击【0K]按钮;单击工具箱中(Assign
ElementType),选择Explicit>Linear、Shell,即选择四边形减缩壳体单元S4R;
单击工具箱中(MeshPart),单击提示区【YeSI按钮,完成部件plane的网格
划分,按照如同部件plane网格划分参数的设定完成部件rail的网格划分。
(4)从环境栏中Object选择Assembly,单击工具箱中(VerifyMesh),框选整个分析模型(包括四个部件),单击提示区中【Done]按钮,弹出【VerifyMesh]对话框,在Type栏中选择AnalysisChecks,单击【Highlight]按钮,可以统计整个分析模型各个实例的网格信息如下所示:
Partinstanee:
bumper-1Numberof
elements:
1518,Analysiserrors:
0(0%),Analysiswarnings:
0(0%)Partinstanee:
plane-1Numberofelements:
120,Analysiserrors:
0(0%),Analysiswarnings:
0(0%)Partinstanee:
rail-1Numberofelements:
204,Analysiserrors:
0(0%),Analysiswarnings:
0(0%)Partinstanee:
wall-1Numberofelements:
425,Analysiserrors:
0(0%),Analysiswarnings:
0(0%)通过分析模型的网格分析检查所知,各实例模型网格质量没有警告和错误信息。
其检查结果如图3.14所示。
图3.14网格质量检查
3.5定义接触
(1)从Module列表中选择Interaction,进入Interaction模块,执行
【Interaction]—【Property]—【Create]命令,或者单击工具箱中(Create
InteraetionProperty),在弹出的【CreateInteractionProperty]对话框中输入接触属性名称IntProp-nofric,Type选择Contaet,单击【Continue]按钮,进入【Edit
ContactProperty对话框,接受该属性的所有默认设置,定义了一个无摩擦接触属性。
第十二步执行【Tools】—【ReferencePoint命令,在图形窗口选择实例wall的任意一个角点,创建一个参考点RP-1。
执行【Tools】—【DisplayGroup]—【Create]命令,弹出【CreateDisplayGroup]对话框,如图3.15所示,选择Partinstancesbumper-1,单击【Replace]按钮,图形窗口界面只显示了实例bumper。
执行【Constraint]—【Create]命令,或者单击工具箱中(Create
Constraint),弹出【CreateConstraint]对话框,输入Name:
Constraint-rigid-wall,选择Type:
Rigidbody,单击【Continue]按钮,弹出【EditConstraint]对话框,如图3.16所示,Regiontype中选择Body(element9,单击右部的【Edit]按钮,在图形窗口中选择实例wall的全部,单击提示区中【Done]按钮,返回
【EditConstraint]对话框,单击ReferencePoint栏中Point后面的【Edit]按钮,在图形窗口选择参考点RP-1,返回【EditConstraint]对话框,单击【0K]按钮,把实例wall约束成刚体。
图3.15CreateDisplayGroup对话框
Constrainselectedregionstobeisothermal
(coupledthermak,strE5sanalysisonly)
图3.16EditConstraint对话框
(2)执行【Interaction】—【Create】命令,或者单击工具箱中(Create
Interaction),在【CreateInteraction】对话框中输入接触名称Int-wall-bumper,分析步选择Initial,接触类型选择选择Surfacc-to-surfacecontact(Explicit),单击
【Continue]按钮,根据提示区信息选择刚性墙作为主面,单击鼠标中键,根据信息提示区选择Brown颜色作为刚性墙法向方向,选择从面类型为Surface,运
用显示组命令是图形界面只显示实例bumper,选取整个实例bumper,单击鼠标
中键,选择Purple颜色作为保险杠接触的法向方向,单击鼠标中键,弹出【EditInteraction】对话框,接触属性对话框的各项设置如图3.17所示,单击【0K】
按钮,完成实例刚性墙和保险杠接触关系的设置。
Name:
Int-wall-bumperl
Type;Surface-to-surfacecontact(Explicit)
Step:
Initial
PFirstsurface:
Surf-wall2[_/
0Secondsurface:
Surf-bumper
Kinematiccontactmethod
Mechanicaltonstraintformulation:
Slidingformulation:
Finitesliding®Smallsliding
Clearance
In-i^lcl-ji-;nzNotspecified
Contactinteractionproperty:
IntProp-nofric
Contactcontrols:
Weightingfactor9UseanalysisdefauhSpecify
(Default)
OK
图3.17EditInteraction对话框
(3)执行【Constraint】—【Create】命令,或者单击工具箱中(Create
Constraint),弹出【CreateConstraint】对话框,输入Name:
Constraint-plane-bumpe,选择Type:
Tie,单击【Continue]按钮,选择主面类型为Surface,根据提示区信息选择与部件bumperTie区域”作为主面,并选择Purple颜色作为平板接触的法向方向,单击鼠标中键,完成主面定义;根据提示区信息选择从面类型为Surface,选择与部件planeTie区域”作为从面,并选择Brown颜色作为保险杠接触法向方向,单击鼠标中键,弹出【EditConstraint]对话框,各参数设定如图3.18所示,单击【0K】按钮,完成实例plane和实例
bumper之间的焊接设定。
图3.18EditConstraint对话框
(4)按照步骤(3)的方法设定实例plane和实例rail之间的焊接。
执行
【Constraint]—【Create】命令,弹出【CreateConstraint]对话框,输入Name:
Constraint-plane-rail,选择Type:
Tie,单击【Continue]按钮,选择主面类型为Surface,根据提示区信息选择的与部件railTie区域”作为主面,并选择Brown颜色作为平板接触法向方向,单击鼠标中键,完成主面定义;根据提示区信息选择从面类型为Surface,选择的与部件planeTie区域”作为从面,并选择Purple颜色作为横梁接触的法向方向,单击鼠标中键,弹出【EditConstraint]对话框,如图3.18所示,在Specifydistanee后面的文本框内输入5.0,单击【0K】按钮,完成实例plane和实例rail之间的焊接设定。
3.6定义分析步
(1)从Module列表中选择Step,进入Step模块,单击工具箱中(Create
Step),弹出【CreateStep】对话框,输入分析步名称为Step-crash选择分析步类型为Genera:
Dynamic,Explicit,单击【Continue]按钮,进入【EditStep]对话框,输入分析步描述Description:
thecrashsimulationofbumpertowall,分
析步Timeperiod:
0.01,单击【OK]按钮,完成一个动态显式分析步定义,其中选项Nlgeom默认为ON。
(2)执行【Output]—【RestartRequests命令,弹出【EditRestartRequests对话框,如图3.19所示,勾选Overlay和TimeMarks下面的复选框,单击【OK]按钮,完成创建重启动要求。
ResUrtRequests
Step
IntervalsOverlay
TimeMarks
Step-crash
11?
]
[V]
OK
a
Cancel
图3.19EditRestartRequests对话框
(3)执行【Output]—【FieldOutputRequests]—【Manager]命令,弹出【FieldOutputRequestsManage]对话框,单击【Edit]按钮,进入【EditField
OutputRequest对话框,设置Domain:
Wholemodel,Frequency:
Everyspacedtimeintervals,Interval:
20,Timing:
OutputatapproximatetimesOutputVariables:
CFORCE丄E,S,U,单击【OK]按钮,单击【Dismiss按钮,退出【FieldOutputRequestsManager]对话框。
第十九步执行【Output]—【HistoryOutput
Requests—【Manager]命令,弹出【HistoryOutputRequestsManager]对话框,单击【Edit]按钮,进入【EditHistoryOutputRequest]对话框,设置Domain:
Wholemodel,Freq