abaqus靜力學分析的案例
基于Abaqus靜力學分析的球銷安全性結構仿真研究
1背景
Abaqus作為一款十分成功的大型商用通用有限元仿真軟件，應用其進行結構的靜力學仿真分析是拿手好戲。通過仿真手段不僅能夠及時了解結構的力學響應，還能夠依據應力應變仿真結果對分析的結構進一步進行安全性能評估，這極大地提高了產品設計在概念設計、結構設計及最終的試驗設計階段的時間成本，縮短了產品生產設計周期。鑒于此，本文依據Abaqus仿真平臺，通過對常用的工程連接構件球銷的線性靜力學分析，來了解Abaqus靜力學分析流程，以便后續更好地應對復雜體的結構靜力學分析。
2問題
球銷作為一種關鍵的轉向機構，是各大傳動系統中傳遞載荷的重要零件，主要用于轉向節或者轉向臂配合。那么在設計過程中，就必須考慮球銷在額定載荷下的安全性，需要對其進行必要的靜力學分析。
基于軟件平臺
3幾何建模
依據國標設計一種常規的汽車球銷如圖1所示。考慮模型相對倒角較多，模型由ug10.0建立并轉成文本格式（x_t格式）導入Abaqus進行分析，模型的幾何尺寸等參數常見附件qiuxiao.x_t。
圖1 ug10.0建立的球銷幾何模型
4有限元分析
由于球銷模型結構并不規則，在對其進行網格劃分時候需要對其進行切分，網格劃分不另外采取其他網格劃分前處理器，直接在Abaqus中進行，主要步驟如圖2所示。應注意的是，在對其進行切分的時候，必須要選好切方的基準面（如圖2（a）所見），之后切分完成后通過掃掠網格劃分即可完成結合體的整體網格劃分如圖2（c）所示。關于對球銷的材料賦予，查閱機械設計手冊得知球銷的本構參數如表所示。之后進行的單元塑性設置、邊界載荷約束均按照案例操作完成，并無特殊設置要求，其他求解輸出設計為默認。最后遞交求解后的得到的應力云圖如圖3所示。
展開 “神工坊”高性能工業仿真平臺｜Abaqus隱式靜力學分析
本期選取CAE領域最常用的仿真軟件Abaqus，選擇基于Abaqus隱式求解的某型機翼受載的案例，我們來看下基于“神工坊”高性能工業仿真平臺”的Abaqus隱式求解計算，和其他仿真云平臺進行效率對比如何。
Abaqus隱式求解能夠應用于大多數的線性問題以及部分的非線性問題，包括靜態、動態分析，因此廣泛的應用于工程上結構設計中強度、剛度校核。隱式分析利用迭代的方法進行求解，使用Newton-Rapson的方法進行迭代。因為采用迭代的方法，且由于模型中可能涉及接觸或者材料的復雜性，可能較難收斂，從而導致大量的迭代，需要求解大量的線性方程組，因此對計算機有著較高的性能要求。
Abaqus隱式靜力學分析
模型介紹
使用隱式分析仿真模型為某型機翼受載的有限元模型，使用材料為某型鋁合金，模型網格單元數30萬，均為殼體網格，殼體網格使用S4，計算迭代步長70步。初始時間步為0.01，最小時間增量步為5E-06。
在機翼的一端施加固定約束,并在機翼內部施加力矩載荷。由于模型不能完全公開展示，因此對圖中部分區域進行了模糊處理，下同。
仿真結果
計算完成后的應力、位移云圖如下所示。
仿真云平臺對比
進行Abaqus隱式求解分析時,所使用的
“神工坊”高性能工業仿真平臺
（點擊了解詳情）與其他兩家仿真云平臺的硬件參數如下表所示。
提交隱式計算后，各個平臺的計算日志如下。
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實例2---桁架系統的靜力學分析
經過上述兩個靜力學算例的比較，我們認為，ANSYS與ABAQUS在簡單線彈性問題方面的分析能力大體相同，其結論是非常相似的，而操作過程稍微有所區別。如果對于簡單的問題進行線彈性靜力學分析，隨便選擇其中一款軟件都是可以的。
后面將會開始考察非線性問題。首先考慮材料非線性。
來源：宋博士的博客，版權歸作者所有。
ABAQUS鋼筋混泥土靜力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、掌握三維模型的繪制
2、掌握靜力學分析相關的材料參數設置
3、理解靜力學分析步的建立
4、學習鋼筋混凝土的相互關系的設置
5、了解靜力學網格的劃分
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
本案例提供了分析相關所有的分析文件。
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ABAQUS 二維地基受壓靜力學分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習二維地基三維模型的處理
2、學習靜力學分析步的建立
3、學習靜力學分析的邊界條件的施加
4、學習靜力學分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS 2018.
案例介紹了ABAQUS 二維地基受壓靜力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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基于Hyperworks+ABAQUS彈簧單元（spring2）的創建及靜力學分析 ￥35
彈簧單元是ABAQUS的特殊功能單元，可以直接定義結點受到的力與結點（相對）位移的關系，所以彈簧單元可以方便的表達一些界面接觸特性。彈簧的種類：按照本構分，彈簧單元可分為線性（linear）彈簧和非線性（nonlinear）彈簧。按照彈簧力的方向及彈簧幾何特點，又可以分為接地彈簧（spring1），兩結點彈簧（spring2），軸向彈簧（springa）。
線性（linear）彈簧可以通過CAE定義，非線性（nonlinear）彈簧則需要修改或者寫inp 文件。spring1，接地彈簧，該彈簧的一個結點（隱含的，不需要定義）是不動的，另一個結點定義在我們需要約束的節點上。彈簧力的方向，即被約束自由度方向，需要我們定義，既可以在整體坐標系下定義，又可以在結點局部坐標系下定義（查看orientation）。
spring2，兩結點彈簧，彈簧力的方向同上。
springa，軸向彈簧，彈簧力的方向由兩結點的連線方向確定。
另外注意：spring1，spring2可以約束轉角自由度，即抗扭彈簧，而springa不可以。
本案例講述的是如何在Hyperworks的ABAQUS模塊中創建spring2（兩結點彈簧，彈簧力的方向同上。），后面有時間將陸續在后續案例中講述如何在Hyperworks+ABAQUS中創建spring1（接地彈簧）及springa（軸向彈簧）。
彈簧變形動畫
ABAQUS中有限元分析結果
展開 懸臂梁—有限元ABAQUS線性靜力學分析
線性靜力學分析實例——以懸臂梁為例
線性靜力學問題是簡單且常見的有限元分析類型，不涉及任何非線性（材料非線性、幾何非線性、接觸等），也不考慮慣性及時間相關的材料屬性。在ABAQUS中，該類問題通常采用靜態通用（Static，General）分析步或靜態線性攝動（Static，Linear perturbation）分析步進行分析。
線性靜力學問題很容易求解，往往用戶更關系的是計算效率和求解效率，希望在獲得較高精度的前提下盡量縮短計算時間，特別是大型模型。這主要取決于網格的劃分，包括種子的設置、網格控制和單元類型的選取。在一般的分析中，應盡量選用精度和效率都較高的二次四邊形/六面體單元，在主要的分析部位設置較密的種子；若主要分析部位的網格沒有大的扭曲，使用非協調單元（如CPS4I、C3D8I）的性價比很高。對于復雜模型，可以采用分割模型的方法劃分二次四邊形/六面體單元；有時分割過程過于繁瑣，用戶可以采用精度較高的二次三角形/四面體單元進行網格劃分。
懸臂梁的線性靜力學分析
1.1 問題的描述
一懸臂梁左端受固定約束，右端自由，結構尺寸如圖1-1所示，求梁受載后的Mises應力、位移分布。
材料性質：彈性模量，泊松比均布載荷：F=103N
圖1-1 懸臂梁受均布載荷圖
1.2 啟動ABAQUS
啟動ABAQUS有兩種方法，用戶可以任選一種。
（1）在Windows操作系統中單擊“開始”--“程序”--ABAQUS 6.10 -- ABAQUS/CAE。
（2）在操作系統的DOS窗口中輸入命令：abaqus cae。
展開 基于Hyperworks+ABAQUS彈簧單元（springa）的創建及靜力學分析 ￥35
彈簧單元是ABAQUS的特殊功能單元，可以直接定義結點受到的力與結點（相對）位移的關系，所以彈簧單元可以方便的表達一些界面接觸特性。彈簧的種類：按照本構分，彈簧單元可分為線性（linear）彈簧和非線性（nonlinear）彈簧。按照彈簧力的方向及彈簧幾何特點，又可以分為接地彈簧（spring1），兩結點彈簧（spring2），軸向彈簧（springa）。
線性（linear）彈簧可以通過CAE定義，非線性（nonlinear）彈簧則需要修改或者寫inp 文件。spring1，接地彈簧，該彈簧的一個結點（隱含的，不需要定義）是不動的，另一個結點定義在我們需要約束的節點上。彈簧力的方向，即被約束自由度方向，需要我們定義，既可以在整體坐標系下定義，又可以在結點局部坐標系下定義（查看orientation）。
spring2，兩結點彈簧，彈簧力的方向同上。
springa，軸向彈簧，彈簧力的方向由兩結點的連線方向確定。
另外注意：spring1，spring2可以約束轉角自由度，即抗扭彈簧，而springa不可以。
本案例講述的是如何在Hyperworks的ABAQUS模塊中創建springa（軸向彈簧）。
彈簧變形動畫
ABAQUS中有限元分析結果
展開 Abaqus靜力學強度分析-接觸問題解決辦法（草稿版勿購） ￥99
<p>靜力學強度分析中，</p><p>經常會遇到結構初始不接觸，會導致計算報<strong>剛體位移</strong>；</p><p>或者自己裝配時<strong>初始穿透</strong>，這個穿透是不需要的；</p><p>還有就是過盈配合，模型初始穿透是需要的；</p><p>還有就是摩擦系數設置不合理，導致收斂困難；</p><p>還有就是動態不穩定，就比如插銷脫離瞬間；</p><p>等等</p><p>目前還處于想法階段，還未整理</p><p><br></p>
展開 基于ABAQUS彈簧單元（springa+spring1）的創建及靜力學分析 ￥40
彈簧單元是ABAQUS的特殊功能單元，可以直接定義結點受到的力與結點（相對）位移的關系，所以彈簧單元可以方便的表達一些界面接觸特性。彈簧的種類：按照本構分，彈簧單元可分為線性（linear）彈簧和非線性（nonlinear）彈簧。按照彈簧力的方向及彈簧幾何特點，又可以分為接地彈簧（spring1），兩結點彈簧（spring2），軸向彈簧（springa）。
線性（linear）彈簧可以通過CAE定義，非線性（nonlinear）彈簧則需要修改或者寫inp 文件。spring1，接地彈簧，該彈簧的一個結點（隱含的，不需要定義）是不動的，另一個結點定義在我們需要約束的節點上。彈簧力的方向，即被約束自由度方向，需要我們定義，既可以在整體坐標系下定義，又可以在結點局部坐標系下定義（查看orientation）。
spring2，兩結點彈簧，彈簧力的方向同上。
springa，軸向彈簧，彈簧力的方向由兩結點的連線方向確定。
另外注意：spring1，spring2可以約束轉角自由度，即抗扭彈簧，而springa不可以。
本案例主要講述如何在ABAQUS中創建接地彈簧（spring1）、軸向彈簧（springa）。購買本案例的朋友附件中同時贈送了非線性接地彈簧的創建模型。
彈簧變形動畫
ABAQUS中spinga彈簧及接地彈簧的創建
ABAQUS中有限元分析結果
展開 折疊椅hypermesh進行六面體網格劃分導入abaqus進行靜力學分析 ￥7.5
針對折疊椅安裝完成后承受60kg垂直靜載荷進行有限元分析，通過有限元分析得到折疊椅在該載荷條件下整體應力云圖分布及整體變形云圖。
優化設計分析系列（一）:靜力學優化設計 ￥9
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
(4)Response Surface(響應曲面優化分析工具):通過圖表來動態地顯示輸入與輸出參數之間的關系。
展開 基于ANSYS WORKBENCH的剛體動力學-靜力學分析[轉]
那么，如何對于一個運動的機構中某個別構件進行強度分析呢？按照以往的方法，是先使用多體動力學軟件例如ADAMS進行剛體動力學分析，得到鉸鏈處的約束力，然后再在有限元軟件例如ANSYS中對感興趣的構件劃分網格，并導入從ADAMS中得到的載荷，對之進行強度分析。
ANSYS15.0提供了一套完善的解決方案，使得直接在WORKBENCH中就可以完成全過程。其方法如下：
1. 從工具箱中，拖拽一個剛體動力學模板到項目示意圖中，然后按照正常步驟創建一個剛體動力學分析，施加力，力偶等，然后插入所需要的求解結果物體。
2. 在圖形窗口中確定感興趣的時間點。
3. 選擇某個求解結果物體，然后在右鍵菜單中選擇export motion load，并指定一個載荷文件名。
4. 在項目示意圖中，拷貝一個rigid dynamics分析系統。并把它用static structural分析系統進行取代。
5.編輯static structural分析系統，壓制不需要的構件，而只留下想分析其強度剛度的構件。
6. 把該構件的剛度行為從rigid改變成flexible.
7. 把網格求解器設置從ANSYS Rigid Dynamics改成ANSYS Mechanical
8. 刪除或者壓制所有在Rigid Dynamics分析中所使用的載荷。
9.選擇static structural分支，然后在其右鍵菜單匯總選擇Insert> Motion Loads....，從而導入前面文件中的載荷。
10.刪除原有的結果物體，添加新的應力，變形等物體。
11. 求解得到此時刻構件的變形。
展開 線性靜力學分析-口型梁靜力分析
在sw simulation中做靜應力分析有局限性，就像這種理論性的靜應力分析，也需要詳實的把機構畫出來，來設置固定和連接。
(有2D簡化，有梁模擬，還不理解其使用意義）
其設置連接，設置夾具等方式還不了解。參數設置過程中會比ANSYS更加難操作。
Ansys workbench模擬背板靜力學分析 ￥29.9
靜力學分析能夠深入理解結構在已知靜力載荷下的響應，包括位移、應力和應變等，通過靜力學分析，可以確定模型在外部影響下的應力、應變和形變的變化規律。在分析過程中，載荷的大小和方向是恒定的，因為在靜力學分析中，假設模型受到的作用力和輸出結果不會隨時間變化。在分析中，可以選擇多種不同的載荷，如溫度、位移、慣性力和壓力等。</p><p>在對液壓底座支架結構進行分析時，首先需要研究其在變化或者固定的載荷影響下的結構力學行為。在分析過程中，首先需要進行離散化處理，通過劃分模型，使得面變為有限個單元，然后再進行細分，是單元變成有限個節點，最后組合單元構成整體，以此方式研究連續體模型，分析模型的靜力學特性。</p><p><br></p><p>5.2 背板靜力學仿真</p><p>5.2.1 模型導入</p><p>完成連桿的座椅模型后，在另存為類型中選擇step格式，這是通用的CAD數據交換格式，可以被大多數工程軟件所接受，并將模型導出step格式導入到ansys workbench中。</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/2351d2a2e6d370308fffc76e8ee9ec4e.png"></p><p>5.2.2 設置材料參數</p><p>在Workbench的項目圖表視圖中，找到需要編輯的幾何體，通常位于“幾何”（Geometry）分支下。</p><p>在幾何體上右鍵單擊，選擇“編輯”（Edit）。這將打開一個材料列表，您可以在其中選擇或添加材料。</p><p>在材料列表中查找“碳纖維”，這通常是ANSYS Workbench自帶材料庫中的選項。
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