ABAQUS單位問題

ABAQUS沒有固定的量綱系統(單位制),所輸入的數據必須具有一致性的量綱系統(單位制)。

常用的一致性量綱系統(單位制)如下:

ABAQUS單位問題的圖1

案例分析

使用三種單位制m-kg-smm-tonne-scm-g-us求解下面案例,演示三種單位制用法,并比較結果。

如圖所示梁部件,長度為L=1m,梁截面為正方形,邊長B=0.2m,梁一段固支,另一端施加靜力F=10kN載荷,梁材料為鋼材密度為7800kg/m3,楊氏模量207GPa=2.07e11Pa),泊松比0.3。求解梁應力應變分布、最大值以及應變能。


ABAQUS單位問題的圖2

1. Part(部件)和Assembly(裝配)

建立梁部件,三種單位制輸入參數如下:

ABAQUS單位問題的圖3

ABAQUS單位問題的圖4

進一步創建裝配體。


2. Mesh(網格)

對梁部件進行網格劃分,三種單位制的網格全局種子尺寸、單元數量和類型設置如下:

ABAQUS單位問題的圖5

ABAQUS單位問題的圖6

3. Property(材料屬性)

創建材料屬性,三種單位制參數如下:

ABAQUS單位問題的圖7

靜態分析與密度無關,可以不設置密度,泊松比為無量綱量。

然后,創建截面屬性,并賦予部件。


4. Step(分析步)

選用StaticGeneral算法,建立靜態分析步。注意靜態分析中設置的時間并非表示真實時間,以下參數僅為比較三種單位制換算關系:

ABAQUS單位問題的圖8

5. Interaction(相互作用)

若將集中載荷施加在梁端面上,可以通過創建點-面耦合約束實現,首先創建參考點RP-1,然后創建耦合約束,將參考點與梁的端面耦合在一起,并約束點面所有自由度創建。這樣施加在參考點的力便會傳遞到梁端面上。

ABAQUS單位問題的圖9

6. Load(載荷)

創建載荷和約束,梁一端完全約束,載荷F施加在參考點RP-1上,載荷F方向為全局坐標Y軸負方向,因此在CF2填入負值,三種單位制下CF2數值如下:

ABAQUS單位問題的圖10

ABAQUS單位問題的圖11

7. Job(作業)

提交作業。


8. Visualization(后處理)

下面比較三種單位制(m-kg-s,mm-tonne-scm-g-us)下梁應力應變分布、應變能以及最大值。

ABAQUS單位問題的圖12

m-kg-s單位制下,Mises應力分布(最大值8.538e6Pa,即8.538MPa

ABAQUS單位問題的圖13

mm-tonne-s單位制下,Mises應力分布(最大值8.538MPa

ABAQUS單位問題的圖14

cm-g-us單位制下,Mises應力分布(最大值8.538e-5Mbar,即8.538MPa

ABAQUS單位問題的圖15

三種單位制下,應變分布(最大值4.372e-5,應變為無量綱量)

ABAQUS單位問題的圖16

m-kg-s單位制下,梁應變能(最大值0.61577J

ABAQUS單位問題的圖17

mm-tonne-s單位制下,梁應變能(最大值615.77mJ0.61577J

ABAQUS單位問題的圖18

cm-g-us單位制下,梁應變能(最大值6.1577E-006[1e5J],即0.61577J

總結:

ABAQUS中沒有設置單位的窗口,在進行數據輸入、計算或分析結果時,軟件只是對數值進行處理,為保證計算結果正確性,必須事先明確一套一致性的單位制(量綱系統)。

選擇不同的單位制,物理量是不變的,變的只是物理量的數值和單位。

無量綱量的數值不隨單位制改變而改變。

其中基本物理量的單位(基本量綱),用戶可以根據方便和實際情況任意指定,但一定要注意,一旦基本物理量的單位(基本量綱)被指定,其他物理量的數值和單位應做相應調整。


文中案例涉及的模型文件:

ABAQUS單位問題的圖19s1.zip

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