有限元编程作业.docx

1、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1-2 1/2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

2、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* Job name: Job-1 Model name: Plate-Holl* Generated by: Abaqus/CAE Version 6.8-1*Preprint, echo=NO, model=N

3、O, history=NO, contact=NO* PARTS，创建部件Plate-Holl*Part, name=Part-1*End Part*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, 13346135, 6327, 5480, 5479, 6359, 7645, 6798, 6797, 7677*内部节点集*Nset, nset=_Picke

4、dSet2, internal, generate1, 7908, 1*内部单元集*Elset, elset=_PickedSet2, internal, generate1, 6135, 1* 创建截面属性 Section-1*Solid Section, 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*End Instance*内部节点集、单元集、表面集等*Elset, elset=_Pi

5、ckedSurf4_S4, internal, instance=Part-1-141, 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*End A

6、ssembly* 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*Static1., 1., 1e-05, 1.* LOADS* 定义端面上的拉力* Name: Pressure Type: Pressure*Dsload_PickedSurf4, P, -8e+06* OUTPUT REQUESTS* 输出请求*Restart, write, frequency=0* FIELD OUTPUT: F-Output-1*Output, fie

7、ld, variable=PRESELECT* HISTORY OUTPUT: H-Output-1*Output, history, variable=PRESELECT*End Step结果输出如下图1-3 模型Mises应力云图图1-4 应变云图图1-5 2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

8、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 Trsnsient analysis of a ball eroding a plate* Job name: eroding Model name: eroding*Preprint, ec

9、ho=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, 1661357, 297, 49, 47, 51*Nset, nset=_PickedSet2, internal, generate 1, 318, 1*Elset, elset=_PickedSet2, int

10、ernal, generate1, 1357, 1* Section: Section-Ball*定义部件Ball的截面属性*Solid Section, elset=_PickedSet2, material=Mat-Ball*End Part*Part, name=Plate*定义部件Plate的节点和单元*Node1, 0., -0.100000001, 0.7106, 0.0467854999, 0.00086529908, 0.0450000018*Element, type=C3D8R 1, 202, 1051, 2292, 889, 1, 11, 259, 976070, 710

11、6, 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*Solid Section, elset=_PickedSet2, material=Mat-Plate*End Part*创建部件Ball和部件Plate的实例 * ASSEMBLY*Assembly, name

12、=Assembly*Instance, name=Ball-1, part=Ball 0., 0., 0.1*End Instance*Instance, name=Plate-1, part=Plate*End Instance*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, int

13、ernal, instance=Ball-1, generate 1, 1357, 1*Nset, nset=_PickedSet10, internal, instance=Plate-16, 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-13, 4, 5, 7, 8, 9, ，1677, 16

14、78, 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-11, 2, 4, 5, 6, 7, ，2288，2289, 2290, 2291*Elset, elset=_PickedSet12, internal, instance=Plate-11, 36, 37, 72, 73, 108, ，5884, 5

15、885, 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_S

16、3, internal, instance=Ball-1 19, 57, 60, 62, 66, 76, ，1352, 1353, 1355, 1357* Name: Symm-Plate Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre* 定义刚体约束: Rigid-body*Rigid Body, ref node=_PickedSet7, elset=_PickedSet8*End Assembly* MATERIALS* 定义材料Mat-Ball和Mat-Plate*Material, name=Mat-Ball*Density7800.,*Elastic 2.

17、068e+11, 0.3*Material, name=Mat-Plate*Density7800.,*Elastic 2.078e+11, 0.3*Plastic 1.22e+09,0. 2.44e+09,1.*定义失效模式*Shear Failure1.0*Conflicts, Generated keywords* INTERACTION PROPERTIES* 相互作用定义*Surface Interaction, name=Contact* Name: Fixed-Plate Type: Displacement/Rotation*Boundary_PickedSet11, 1, 1

18、_PickedSet11, 2, 2_PickedSet11, 3, 3_PickedSet11, 4, 4_PickedSet11, 5, 5_PickedSet11, 6, 6*Boundary_PickedSet12, YSYMM* PREDEFINED FIELDS* 施加速度场Velocity* Name: Velocity Type: Velocity*Initial Conditions, type=VELOCITY_PickedSet13, 1, 1000._PickedSet13, 2, 0._PickedSet13, 3, -500.* -* 定义一个动态显示分析步* ST

19、EP: 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_Pic

20、kedSet10, 1.*Apply velocity of the ball*Dynamic, Explicit, 4e-05*Bulk Viscosity0.06, 1.2* * INTERACTIONS* Interaction: Ball-Plate*Contact Pair, interaction=Contact, mechanical constraint=KINEMATIC, cpset=Ball-Plate_PickedSurf9, _PickedSet10_CNS_* * OUTPUT REQUESTS*Restart, write, number interval=1,

21、time marks=NO* FIELD OUTPUT: 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*Contact Output, cpset=Ball-PlateCAREA, CFN1, CFN2, CFN3, CFNM, CFS, CFT, CMN, CMS, CMT, XN, XS, XT* HISTORY OUTPUT: H-Output-1*Output, history, variable=PRESELECT*End Step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2-4 X方向的接触力图2-5 Z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。