有限元编程作业.docx
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有限元编程作业
1问题描述
一个承受拉力的平板，长为0.2m，高位0.1m，在其中心位置有一个半径为0.02m的小圆孔。
左右端面施加一个均布纵向拉压力P=
。
该板条的材料弹性模量为
Pa，泊松比为0.3。
要求分析圆孔应力集中处的MISES应力。
图1-1带孔板条模型
对上述问题进行力学分析，该问题属于平面应力问题，模型为面对称模型，载荷也是面对称的，理应用1/4或者1/2模型（图1-2）进行建模分析，为了能清楚地看到整个模型的效果，仍采用整体模型进行分析。
为了求中间圆孔区域的精确应力结果，采用了非常精细的网格。
图1-21/2带孔板条模型
基本步骤如下，启动ABAQUS/CAE，创建部件（创建部件，绘制圆弧，绘制直线，保存模型），创建材料和截面属性（创建材料，定义材料的弹性模量和泊松比，创建截面属性，给部件赋予截面属性），定义装配件，设置分析步，定义边界条件和载荷（施加载荷，定义平板左边上的对称边界条件，定义平板底边上的边界条件），划分网格（设置边上的种子，设置网格控制参数，设置单元类型，划分网格），提交分析作业（创建分析作业，提交分析），后处理。
以下为INP输入文件
*Heading
**Jobname:
Job-1Modelname:
Plate-Holl
**Generatedby:
Abaqus/CAEVersion6.8-1
*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO
**PARTS，创建部件Plate-Holl
*Part,name=Part-1
*EndPart
**定义部件Plate-Holl的节点
*Node
1,0.00625944603,0.0189952459,0.
……
.024*******
**定义部件Plate-Holl的单元和单元类型
*Element,type=C3D8R
1,243,244,17,16,1561,1562,1335,1334
……
6135,6327,5480,5479,6359,7645,6798,6797,7677
**内部节点集
*Nset,nset=_PickedSet2,internal,generate
1,7908,1
**内部单元集
*Elset,elset=_PickedSet2,internal,generate
1,6135,1
**创建截面属性Section-1
*SolidSection,elset=_PickedSet2,material=A3
**ASSEMBLY
**创建部件Plate-Holl的实例Part-1
*Assembly,name=Assembly
*Instance,name=Part-1-1,part=Part-1
*EndInstance
**内部节点集、单元集、表面集等
*Elset,elset=__PickedSurf4_S4,internal,instance=Part-1-1
41,62,83,104,125,146,……,5954,5976,5998,6020
*Elset,elset=__PickedSurf4_S5,internal,instance=Part-1-1
210,211,212,213,450,451,……,6022,6023,6024,6025
*Surface,type=ELEMENT,name=_PickedSurf4,internal
__PickedSurf4_S4,S4
__PickedSurf4_S5,S5
*EndAssembly
**MATERIALS
**定义材料A3
*Material,name=A3
*Elastic
2e+11,0.3
**----------------------------------------------------------------
**STEP:
Step-1
**定义一般静态分析步
*Step,name=Step-1
*Static
1.,1.,1e-05,1.
**LOADS
**定义端面上的拉力
**Name:
PressureType:
Pressure
*Dsload
_PickedSurf4,P,-8e+06
**OUTPUTREQUESTS
**输出请求
*Restart,write,frequency=0
**FIELDOUTPUT:
F-Output-1
*Output,field,variable=PRESELECT
**HISTORYOUTPUT:
H-Output-1
*Output,history,variable=PRESELECT
*EndStep
结果输出如下
图1-3模型Mises应力云图
图1-4应变云图
图1-52方向上的应力云图
图1-6剪切应力云图
结果分析从上面的结果可以看出，在圆孔区域存在着比较严重的应力集中现象，从而会引起零件的疲劳、断裂等失效现象。
对容易出现应力集中的结构如小孔、倒角等进行分析有助于改善零件的结构性能。
2问题描述
如图所示的钢球与圆形钢板模型，钢球的半径为0.05m。
钢板的半径为0.25m，厚度为0.05m，假设钢球一垂直于钢板的速度500m/s，平行于钢板的速度1000m/s冲击钢板，冲击时间为
s，分析钢板对钢球冲击的响应。
图2-1钢球和钢板模型
分析问题中钢球与圆形钢板模模型为轴对称模型，边界条件也是轴对称的，所以可以取模型的一半进行建模分析，这里取钢板的一半及整个钢球进行建模。
模拟分析主要研究钢板对钢球冲击的响应情况，钢球的响应不属于重点关注的内容，故可以把钢球作为刚体处理。
Inp输入文件如下
*Heading
Trsnsientanalysisofaballerodingaplate
**Jobname:
erodingModelname:
eroding
*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO
*Part,name=Ball
**定义部件Ball的节点和单元
*Node
1,0.0154508501,0.047552824,0.
……
318,-0.010539026,-0.00299332337,0.0370495468
*Element,type=C3D4
1,163,164,165,166
……
1357,297,49,47,51
*Nset,nset=_PickedSet2,internal,generate
1,318,1
*Elset,elset=_PickedSet2,internal,generate
1,1357,1
**Section:
Section-Ball
**定义部件Ball的截面属性
*SolidSection,elset=_PickedSet2,material=Mat-Ball
*EndPart
*Part,name=Plate
**定义部件Plate的节点和单元
*Node
1,0.,-0.100000001,0.
……
7106,0.0467854999,0.00086529908,0.0450000018
*Element,type=C3D8R
1,202,1051,2292,889,1,11,259,97
6070,7106,7105,7096,7060,2120,2119,2110,2074
*Nset,nset=_PickedSet2,internal,generate
1,7106,1
*Elset,elset=_PickedSet2,internal,generate
1,6070,1
**Section:
Section-Plate
**定义部件Plate的截面属性
*SolidSection,elset=_PickedSet2,material=Mat-Plate
*EndPart
**创建部件Ball和部件Plate的实例
**ASSEMBLY
*Assembly,name=Assembly
*Instance,name=Ball-1,part=Ball
0.,0.,0.1
*EndInstance
*Instance,name=Plate-1,part=Plate
*EndInstance
**创建一个参考点
*Node
1,0.,-3.0615158e-18,0.100000001
*Nset,nset=_PickedSet7,internal
1,
*Nset,nset=_PickedSet8,internal,instance=Ball-1,generate
1,318,1
*Elset,elset=_PickedSet8,internal,instance=Ball-1,generate
1,1357,1
*Nset,nset=_PickedSet10,internal,instance=Plate-1
6,10,98,99,100,101,……，2117,2118,2119,2120
*Elset,elset=_PickedSet10,internal,instance=Plate-1,generate
5824,6070,1
*Nset,nset=_PickedSet11,internal,instance=Plate-1
3,4,5,7,8,9,……，1677,1678,1679,1680
*Elset,elset=_PickedSet11,internal,instance=Plate-1
325,326,327,328,329,330,……，3597,3598,3599,3600
*Nset,nset=_PickedSet12,internal,instance=Plate-1
1,2,4,5,6,7,……，2288，2289,2290,2291
*Elset,elset=_PickedSet12,internal,instance=Plate-1
1,36,37,72,73,108,……，5884,5885,5886,5919
*Nset,nset=_PickedSet13,internal
1,
*Elset,elset=__PickedSurf9_S4,internal,instance=Ball-1
7,149,162,292,485,487,……,1098,1192,1218,1260
*Elset,elset=__PickedSurf9_S2,internal,instance=Ball-1
17,207,275,585,870,1008,……,1228,1235,1308,1326
*Elset,elset=__PickedSurf9_S3,internal,instance=Ball-1
19,57,60,62,66,76,……，1352,1353,1355,1357
**Name:
Symm-PlateType:
Symmetry/Antisymmetry/Encastre
**定义刚体约束:
Rigid-body
*RigidBody,refnode=_PickedSet7,elset=_PickedSet8
*EndAssembly
**MATERIALS
**定义材料Mat-Ball和Mat-Plate
*Material,name=Mat-Ball
*Density
7800.,
*Elastic
2.068e+11,0.3
*Material,name=Mat-Plate
*Density
7800.,
*Elastic
2.078e+11,0.3
*Plastic
1.22e+09,0.
2.44e+09,1.
**定义失效模式
*ShearFailure
1.0
**Conflicts,Generatedkeywords
**INTERACTIONPROPERTIES
**相互作用定义
*SurfaceInteraction,name=Contact
**Name:
Fixed-PlateType:
Displacement/Rotation
*Boundary
_PickedSet11,1,1
_PickedSet11,2,2
_PickedSet11,3,3
_PickedSet11,4,4
_PickedSet11,5,5
_PickedSet11,6,6
*Boundary
_PickedSet12,YSYMM
**PREDEFINEDFIELDS
**施加速度场Velocity
**Name:
VelocityType:
Velocity
*InitialConditions,type=VELOCITY
_PickedSet13,1,1000.
_PickedSet13,2,0.
_PickedSet13,3,-500.
**----------------------------------------------------------------
**定义一个动态显示分析步
**STEP:
Step-1
*Step,name=Step-1*Elset,elset=__PickedSurf9_S1,internal,instance=Ball-1
54,55,107,365,417,507,838
*Surface,type=ELEMENT,name=_PickedSurf9,internal
__PickedSurf9_S4,S4
__PickedSurf9_S2,S2
__PickedSurf9_S3,S3
__PickedSurf9_S1,S1
*Surface,type=NODE,name=_PickedSet10_CNS_,internal
_PickedSet10,1.
**
Applyvelocityoftheball
*Dynamic,Explicit
4e-05
*BulkViscosity
0.06,1.2
**
**INTERACTIONS
**Interaction:
Ball-Plate
*ContactPair,interaction=Contact,mechanicalconstraint=KINEMATIC,cpset=Ball-Plate
_PickedSurf9,_PickedSet10_CNS_
**
**OUTPUTREQUESTS
*Restart,write,numberinterval=1,timemarks=NO
**FIELDOUTPUT:
F-Output-1
*Output,field,variable=PRESELECT
*Output,history
**创建一个新的输出请求，输出接触力、力矩等结果变量
*ContactOutput,cpset=Ball-Plate
CAREA,CFN1,CFN2,CFN3,CFNM,CFS,CFT,CMN,CMS,CMT,XN,XS,XT
**HISTORYOUTPUT:
H-Output-1
*Output,history,variable=PRESELECT
*EndStep
结果输出如下
图2-2钢板Mises应力分布
图2-3模型的内能曲线和动能曲线（绿色为内能，蓝色为动能）
图2-4X方向的接触力
图2-5Z方向的接触力
结果分析：
从分析结果图2-3可以看出，在碰撞过程中模型中的动能大部分转化为内能，只有一部分一其他的形式散发出去。
碰撞过程中的接触力的变化范围比较大，对于结构有较强的破坏性。
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