基于ABAQUS的纯弯曲梁正应力实验模拟.pdf

判业钟
基于 ABAQUS的纯弯曲梁正应力实验模拟
Experiment simulation of normal stress on pure bending beam
based on ABAQUS
鲁华宾,韩金华
LU Hua-bin. HAN Jin-hua
(南通航运职业技术学院机电系,南通226010)
摘要:本文以买验室XL3418材料力学多功能实验台为原型,建立纯弯曲梁的三维力学模型,通过
ABAQUS软件的前处理、求解器、后处理三个步骤进行了纯警曲梁正应力分布实验的模拟,
并给出详细的买现过程,对降低?验室的维护及增强学生对梁横截面上应力分布的认识具有
积极意义。
关键词: ABAQUS;纯弯曲;正应力
中分类号:TB302
文献标识码:A文章编号:1009-0134(2012)01(上)-0090-03
Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2012.01(上).28
0引言
ABAQUS简介
纯弯曲梁横截面上正应力分布实验是材料力
ABAQUS作为国际上最先进的大型通用有限
学的一个重要的实验,旨在让学生理解和掌握纯元软件之一,具有惊人的广泛的模拟性能。其庞
弯曲粱横截面上正应力的分布规律及验证正应力
大的求解功能,以及非线性力学分析能力均达到
计算公式。实验室一般采用蜗杆加力机构施加载
世界领先水平。 ABAQUS拥有大量不同种类的
荷使梁发生纯弯曲,通过应变仪读出贴在梁纯弯
单元模型、材料模型、分析过程等。无论是分析
曲段不同高度处的应变片的应变值,再利用公式
个简单的线性问题,还是一个包括几种不同材
o=Ee计算出该点的应力值,实验台简图如图1料、承受复杂的机械和热载荷过程以及变化接触
所示。由于应变仪是精密仪器很容易受到外界因条件的非线性组合问题,应用该软件计算分析都
素干扰影响测量结果,随着使用年限的增加一些
会得到令人满意的结果叫。由于 ABAQUS优秀的分
指标逐渐呈现不理想状态,如实验精度:误差率析能力、求解能力和模拟复杂系统的可靠性,使
常在10%以上,有时高达15%,甚至20%以上山
得 ABAQUS被广泛应用于世界各国的工业生产和
学生在实验中操作不当也会损坏设备,造成维研究设计中。 ABAQUS软件还在大量的高科技产
成本过高。 ABAQUS是国际上最先进的大型通用
品研究中发挥着巨大的作用
有限元计算分析软件之一,具有强健的计算功能2 ABAQUS实验模拟
和广泛的模拟性能,拥有大量不同种类的单元模
ABAQUS/CAE (Complete ABAQUS
型、材料模型和分析过程,能够方便的模拟力 Environment)是 ABAQUS的交互式图形环境,
学实验。
可以用来方便快捷地构造模型,为部件定义材料
弯曲梁
特性、载荷、边界条件等模型参数。 ABAQUS
支座
连杆
CAE具有强大的网格划分功能,并可检验所构
造的分析模型,提交、监视和控制分析作业,然
手轮
后使用后处理模块来显示分析结果6?。本模拟实
加载机构
验以实验室XL3418材料力学多功能实验台为模
传感器
型进行建模
机架
2.1进入Par模块,创建三维实验槙型
创建一个名称为beam,横截面为20×40,长
图1试验台简图
度为630的矩形等截面直梁。进入二维环境绘制
收日期:2011-08-26
作者简介:鲁华宾(1973-),男,河南沈丘人,讲师,工程师,研究方向为机械优化设计及设备的管理与开发
90)】第34卷第1期2012-01(上)
ww,xuetai.com
进心自
20×40的矩形截面,设置拉伸长度为630,拉伸后RP-2,参考点位置在基准面的正上方。创建约
生成的三维直梁;在距离梁两端135处,建立两个束,将参考点和对应分区面的上边建立分布耦合
基准面 Datum Plane-1和 Datum Plane-2,为便于施约束,以便施加集中载荷。
加载荷并以这两个基准面将梁分区,完成后如图22.6进入Load模块,定义载荷和边界条件
所
1)定义边界条件。边界条件应建立在 Initial
初始分析步中,以便延续到后续所有分析步,在
后续分析步中起作用。在梁的两个端面上分别建
立BC-1和BC-2铰接约束。
2)施加载荷。逐级加载,每次施加集中载
荷为500N,每个参考点得到的载荷为250N,前
面分析步中施加的载荷会延续到后续分析步中
直起作用。首先在分析步Step-1中施加500N载荷
Load-1,Load-1作用在两参考点上分别在当前分析
步及后续分析步中起作用;同样在两参考点上分
图2分区后三维梁
别施加500N载荷Load-2,Load-2在分析步Step-2及
后续分析步中起作用;直到在分析步Step-10中施
加500N载荷Load-10,Load-10作用在两参考点只
y Initial
在当前分析步Step-10中起作用,完成施加载荷。
v Step-2
Static. General
v Step3
Static, General
OFF
2.7进入Mesh模块,划分网格
Static, General
Statie. Genera
OFF
OFF 1
划分网格是一个十分重要的环节,网格质量
Static. Genera
Static. General
OFF 1
的好坏直接关系到分析能否顺利,模拟能否符合
Static. General
v Step-9
OFF
实际,也关系到能否得到高精度的分析结果,因
w Step-10
Geners
此单元类型选择时,既要注意所选类型适合所分
Dismiss
析问题、保证结果的精度,又要避免过度增加工
图3分析部管理器
作量;要有良好的单元形状和适当的网格密度。
2.2进入 Property模块,创建材料和截面属性
本实验中纯弯曲梁形状规则,宜采用六面体结
在材料名称中输人 steel,键入杨氏模量数值
构化网格C3D20单元类型,即20节点三维实体单
元。为了方便得到不同高度处节点的应力值,网
210GPa和泊松比0.3。创建截面属性并将截面属性
格密度采用10毫米等间距网格,因此单元总数为
赋予梁部件。
2×4×63共504个。划分网格后的三维梁如图4所
2.3进入 Assembly模块,定义装配件
示。实验数据监测梁纯弯曲段5个节点处的应力
进入装配模块,点击 Instance Part图标:进入值,5个节点到中性层的距离如表1所示。
Create Instance)对话框,保持所有参数默认值不
变,完成对装配件的定义。
2.4进入Step模块,设置分析步
进入分析步模块,点击 Create Stepl图标,弹开
Create Step对话框,名称默认为Step-1,下拉菜单
中选择 static, general项,其他保持所有参数默认
值不变,完成