abaqus桁架模擬的案例
《基于 ABAQUS 的桁架機器人模態分析》
摘 要：為了確保桁架機器人在設計階段滿足模態性能要求，在設計前期需要對桁架機器人進行模態分析研究。本文首先根據物流工廠中的實際需求，確定桁架機器人的整體結構，并建立三維模型；然后基于 ABAQUS 有限元仿真平臺提取桁架機器人的前十階固有頻率以及振型；最后通過模態試驗方法對桁架機器人的實體縮小模型進行分析。結果表明：模態試驗結果中存在四種振型與 ABAQUS 分析結果中的四種振型吻合程度較高，驗證了仿真實驗的可靠性。所做分析為避免發生共振及后續改進等研究提供理論支持。
關鍵詞：桁架機器人；ABAQUS；模態仿真；模態試驗
0 引言
隨著“中國制造 2025”的不斷推廣，鼓勵制 造企業進行物流智能化轉型，推動物流、智能倉儲 等物流新技術、新設備的應用。在這個過程中，智 能物流工廠必須堅持以智能產品為主體，智能生產 為主線[1]。工業機器人是整個生產過程中的關鍵環 節，能有效降低人工成本，提高生產效率。桁架機 器人也叫直角坐標機器人，是工業機器人的一種。由于桁架機器人有著可承受重質量運輸、剛度大、 強度高、安全系數高等特點，使得它在物流工廠應 用中的優勢更加明顯。當前，桁架機器人在智能制 造中有著舉足輕重的地位，它不僅大大降低了企業 總成本中的勞動力投入成本，而且顯著提高了制造 業中的生產效率。桁架機器人主要以直線運動為 主，由 X，Y 及 Z 方向分別提供 3 個獨立的自由度， 完成工作空間點的定位工作。桁架機器人作為智能 物流工廠輸送線中的重要組成部分，對整個系統起 著至關重要的作用，必須保證桁架機器人正常工作 情況下的運動精度及可靠性。因此，對桁架機器人 進行模態分析的研究具有重要的意義。
國內外學者對結構的模態分析進行了大量研 究。
展開 Abaqus | 三維剛架與桁架模型分析
桁架單元的網格劃分，需要局部布種，按個數為1布置，采用T3D2兩結點線性三維桁架單元。
查看位移，應力云圖，觀察到頂部四個角點的位移最大為5.378mm，底部四個鉸結支座反力為403.7KN，四角的錐體桿件的應力偏大。
選取下圖兩個桁架桿繪制應力，查看數據表可知上弦桿應力為82.741Mpa，腹桿為161.473Mpa。
Abaqus 三維剛架與桁架模型分析
桁架單元的網格劃分，需要局部布種，按個數為1布置，采用T3D2兩結點線性三維桁架單元。
查看位移，應力云圖，觀察到頂部四個角點的位移最大為5.378mm，底部四個鉸結支座反力為403.7KN，四角的錐體桿件的應力偏大。
選取下圖兩個桁架桿繪制應力，查看數據表可知上弦桿應力為82.741Mpa，腹桿為161.473Mpa。
來源：Building可視庫
ANSYS與ABAQUS比較之實例2---桁架系統的靜力學分析
ABAQUS6.14分析過程】
1. 創建部件
創建二維的線模型
從點創建直線，得到桁架系統如下圖
2. 創建材料和截面屬性
創建材料，設置彈性模量和泊松比
創建截面。桁架形式的梁截面
并指定截面面積是100平方毫米，且將前面的材料屬性分配給它。
將截面屬性分配給部件。
3. 定義裝配體
將該唯一的部件導入到裝配體。
4. 設置分析步
創建一個通用的靜力學分析步即可。
5. 定義載荷和邊界條件
在第一個載荷步中，添加兩個邊界條件
第一，左邊兩個節點為固定鉸支座
第二，右邊一個節點為滾動支座
在第二個載荷步中，為中間節點施加豎直向下的集中力100N
6. 劃分網格
每邊設置一個單元
選擇單元類型T2D2
劃分網格
7. 提交作業
創建并提交作業
8.后處理
查看節點位移
該列表對應的節點編號如下圖
可見，加力節點的總位移是1.14微米，而右邊節點的水平位移是0.5微米。左邊兩個節點沒有位移。
約束力如下
左上節點只有水平力，24.5牛頓；
右邊節點只有豎直力，40.2牛頓。
左下節點則同時有兩個方向的力，為24.5,59.8牛頓。
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
【討論與結論】
從分析結果來看，二者的結果是一致的。
從分析的過程來看，ANSYS經典界面使用了直接建模法，而不用劃分網格；而ABAQUS則使用了統一的方式。
展開 
《基于 ABAQUS 的大跨距桁架不同截面模態分析和結構優化》
[ 摘要 ] 針對某企業多臺聯動 CNC 車床大跨距桁架機械手機身剛度及整機穩定性問題，基于 ABAQUS 模態 分析理論，對大跨距桁架機械手橫梁不同橫截面進行分析，比較并判別最優橫截面材料力學性能。通過對 桁架機械手橫梁不同橫截面的有限元分析，得出其自振頻率以及前 6 階振型圖。根據企業要求，優化橫梁 結構，使其在滿足高精度高剛度的要求下，機構重量減輕，滿足企業生產需求，提高經濟效益。
[ 關鍵詞 ] ABAQUS；結構優化；模態分析；振動；桁架機械手
0 引言
桁架機械手是一種建立在直角 X，Y，Z 三 坐標系統基礎上 [1]，可以調整零件位置，或者實 現零件的軌跡運動等功能的全自動工業設備 [2]。大部分桁架機械手由直線運動模塊組成 [3-4]。本 文針對江西贛州某自動化加工鐘表企業，實現自 動抓取加工表殼功能，設計出一款適用于多臺 CNC 車床的大跨距桁架機械手。該系統能實現三 臺 CNC 車床并行工作，提高工件加工生產效率， 但由于其桁架機械手縱梁跨度較大，故需要對其 進行桁架結構模態分析，并需要進一步優化結構。
本文大跨距桁架機械手主要由 X 軸橫梁組件、Y軸縱梁組件和支撐立柱等核心部件組成[5-6]。企業要求大跨距橫梁采用矩形橫截面，故對其橫 梁截面進行優化，使其在滿足高精度高剛度的要 求下，機構重量減輕，滿足企業生產需求，提高 經濟效益。
裝有機械臂的組件需要在 X 軸橫梁上行走， 在此過程中，會對 X 軸橫梁產生一定載荷，在此載荷下，機身容易發生變形，需要對對 X 軸橫梁 進行模態分析，優化結構，避免發生共振 [7-8]。
1 桁架機械手結構
如圖 1 所示，X，Y，Z 三個方向的運動組件 為桁架機械手的核心組件，定義規則遵循笛卡爾 坐標系 [9-10]。
展開 ABAQUS案例：CFRP加固H型鋼梁有限元模擬 ￥19.89
1.部件創建
1.1.1選擇模塊，點擊（創建部件）按鈕，【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Solid】，【Type】選擇【Extrusion】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
1.1.2.點擊創建線，輸入如下坐標
1.1.3.點擊鼠標中鍵，輸入拉伸深度2000，得到工字鋼模型。
1.2.1點擊（創建部件）按鈕，【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Shell】，【Type】選擇【Planar】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
1.2.2點擊創建矩形，輸入如下坐標（0，0），（72，1000）。點擊鼠標中鍵，得到CFRP模型。
1.3點擊（創建部件）按鈕，名稱輸入【diankuai】
【Modeling Space】模型空間選擇【3D】,【Type】類型選擇【Deformable】可變形的，【Shape】選擇【Solid】，【Type】選擇【Extrusion】，大致尺寸【Approximate size】輸入2000.
點擊創建矩形，輸入如下坐標（0，0），（72，54）點擊鼠標中鍵，點擊鼠標中鍵，拉伸深度為30.
2.材料定義與指派
2選擇模塊，定義材料屬性
2.1.1點擊創建材料，輸入材料名稱Q235.點擊【Mechanical】，再點擊【Elasticity】→【Elastic】，定義彈性模量輸入2e5，泊松比輸入0.2。
2.1.2點擊【Mechanical】，再點擊【Plasticity】→【Plastic】，定義材料塑性參數。（
展開 BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 Abaqus模擬橡膠大變形/模擬橡膠彎曲
Abaqus為用戶提供了多種本構關系來模擬超彈性材料，這種材料具有高度非線性，當Abaqus進行模擬時假設這種材料是具有彈性、各向同性，并且同時考慮幾何非線性效應。與材料的剪切柔度相比，對于大多數類似橡膠的固體材料，其可壓縮性非常小，當分析對象為平面應力問題、殼、薄膜、梁、桁架、或者鋼筋等，這個問題不值得關注。但是對于固體、平面應變或者軸對稱問題卻不能忽略。對此，Abaqus/Standard提供了雜交單元來模擬超彈性材料中完全的不可壓縮行為。
橡膠材料力學性能的描述方法主要為兩類：一類是認為橡膠為連續介質的現象學描述；另一類是基于熱力學統計的方法。基于連續介質力學的本構模型主要有Polynomial、Reduce Polynomial、Ogden模型等，其中Mooney-Rivlin模型是 Polynomial的特殊形式，Neo-Hookean 模型是Reduce Polynomial的特殊形式。基于熱力學統計主要有Arruda-Boyce和Van der Waals等本構模型。本文利用Abaqus模擬大變形的橡膠，具體步驟如下。
1、在Abaqus/CAE Sketch模塊中作出模型草圖，如圖1所示，然后在Part模塊中分別建立Push、Rubber、Base三個部件。其中Push為解析剛體，Base為離散剛體。
圖1 草圖
2、在Property模塊中定義橡膠的屬性，采用Mooney-Rivlin模型，參數如圖2所示，然后賦給Rubber部件。
圖2 橡膠參數設置
3、裝配，定義分析步，采用默認的場輸出和歷史輸出。為了保證剛開始能夠較容易收斂，設置分析步初始增量步為0.01，打開幾何非線性。
展開 abaqus模擬橡膠支座：鉛芯橡膠隔震支座精細化模擬分享
為了更真實準確地反應荷載作用下支座內部的壓力分布，本文基于ABAQUS平臺對鉛芯橡膠隔震支座進行精細化分析。
（1）模型幾何信息如下表所示：
（2）材料本構橡膠采用超彈性模(Arruda-Boyce模型)，鋼材采用雙折線線模型，鉛芯采用理想彈塑性模型。封板、鋼板和連接板的彈性模量E=200GPa，泊松比取0.3。鉛芯彈性模量E=18GPa，泊松比取0.42。下圖為橡膠的本構選取示意圖。
（3）分析步設置：均采用靜力通用，其中Step1為面壓荷載，Step2為水平荷載加載。
（4）邊界條件及荷載：
支座下連接板固結、橡膠與鋼板和上下封板均采用Tie連接方式，
上連接板施加支座面壓和位移
。
（5）單元類型
由于橡膠為粘彈性材料，支座內部橡膠與鋼板建議開啟混合變形選項；選擇縮減積分可加快計算速度。
（6）本構正確性驗證：選取支座上表面中心點繪制荷載-位移圖如下圖所示。
如圖所示，滯回曲線呈明顯“旗幟”形。
（7）應力云圖和模擬動畫。
由于作者水平和時間有限，建模分析過程可能存在疏忽或有誤的地方還請批評指正！
文章來源：廣東省院結構安全顧問
展開 Abaqus管道焊接模擬&焊后熱處理（PWHT）的有限元模擬
<div contenteditable="false" width="100%"><div><p>教學視頻：<br></p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12175</p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12890</p><p><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png" title="1019135902431.png" alt="1019135902431.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201810/da5a44c22cbd4f09b1b87f1382dabdad.png
展開 激光焊模擬-熱源模型+附：ABAQUS與MSC.Marc焊接模擬的簡要對比
好消息是，通過與Simulia的工程師交流，得知ABAQUS會推出相應的焊接插件（需額外license），可實現熱源模型和逐漸激活的鼠標操作，另外支持free surface convection（FFS）和free surface radiation（RFS）。總的來說，ABAQUS的焊接模擬有點麻煩，但是這些麻煩不會讓我們放棄ABAQUS，希望達索公司能夠顧及相關應用場景。如果精力充足，本人可能開發專用的焊接插件，實現常用焊接模擬的前處理，敬請期待！
使用abaqus中CEL方法模擬氣囊充氣過程 ￥49.9
<p>1、創建氣囊、歐拉計算域</p><p>氣囊使用3D殼建模，尺寸如下圖所示</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202406/attachment/18be8edbcbbd498eac5dd4b4bd65b393.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/18be8edbcbbd498eac5dd4b4bd65b393.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/18be8edbcbbd498eac5dd4b4bd65b393.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/18be8edbcbbd498eac5dd4b4bd65b393.png?image_process=/format,webp/resize,w_760" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/18be8edbcbbd498eac5dd4b4bd65b393.png">
</figure>
</div><p>歐拉計算域尺寸為200*200*200mm</p><div contenteditable="false" width="100%">
展開 這段吉他聲音來自Abaqus仿真模擬 附abaqus五年的經驗總結下載
一些別的模型
話說回來，我也不會因少數人忘了創辦這個公眾號的初心，下期我會給大家分享一下如何來實現一個工程應用：產品包裝袋填充-切割一體化生產線模擬。
產品包裝袋填充-切割一體化生產線
下載地址：abaqus五年的經驗總結
Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的材料成型仿真模擬比較
在成型模擬中，涉及到多種物體之間的接觸，以及毛柸的大變形，因此是一個很強烈的非線性問題。Abaqus由于強大的非線性求解，在材料的成型模擬中應用廣泛。本文利用abaqus中的隱式求解方法standard與隱式求解方法explicit，模擬了同一個金屬板材加工成凹槽的過程。
一、模型的建立
板材的成型模擬過程可以簡化成如圖1所示的物理模型（采用了對稱原理）。毛柸在夾具和沖模的作用力下固定，對沖頭施加一個作用力，使毛柸發生塑性變形，進而形成我們所想要的形狀。
在abaqus中模擬過程中，我們采用二維平面應變模型。關于平面應變和平面應力問題，很多讀者可能會感到困惑。作者在這里對平面應變和平面應力的問題做簡要的區別。平面應變是材料應力應變六面體單元中,Z向的應變為0，只有X與Y方向的應變，一般對應于柱體的問題；而平面應力則是在應變應力六面體單元中,Z向的應力為0，只有X與Y方向的應力，一般對應于薄板的問題。本例中，毛柸在Z向的方向較長，Z方向的應變基本為0，因此本文采用平面應變模型求解。
圖1 成型分析的物理模型
對于毛柸，我們采用二維的可變實體單元建立模型。而對于沖頭，夾具與沖模，相對于毛柸來說，他們的剛性較大，在材料的沖壓成型中，變形可以忽略。因此，我們采用剛性體來模擬。在abaqus中，剛形體的建立有解析剛體和離散剛體。解析剛體一般用來模擬簡單的形狀，如曲線或者殼體；而離散剛體可以模擬任意復雜形狀的剛體。同時解析剛體不需要劃分網格，而離散剛體需要劃分網格。但是解析剛體和離散剛體都需要賦予參考點。這個參考點的運動即代表著剛體的運動。本文在模擬中，對于沖頭，夾具與沖模采用解析剛體進行墨香的建立。
創建以及裝配好的有限元模型如圖2所示。
展開 ABAQUS CEL (例5) 2D模擬CPT的貫入（CEL的假3D模擬，附input文件） ￥13.33
將3D模型簡化為2D模擬往往可以極大節約計算的成本，耦合歐拉拉格朗日法理論上只能支持3D的數值模擬且往往需要大量的時間來完成巖土算例的高精度模擬；
本算例采用了假3D模擬來實現CEL在2D上的應用，利用軸對稱性質將CPT貫入砂土的過程簡化成了2D模型。
