abaqus桁架截面的案例
《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 多約束下桁架結構截面優化在MSC.Nastran上的程序實現(論文下載)
本文采用序列二次規劃SQP方法來求解多約束下桁架結構截面優化問題，并利用對偶規劃方法將原問題化為等價的二次規劃問題，將兩種方法結合使用，減少了計算量。利用MSC/PCL語言將該算法在MSC.Nastran上進行了程序實現，開發出了優化模塊的新版本。將每一步優化迭代過程的初始值引入到用戶程序，經過有限次迭代即可得到最優設計結果，多個算例表明了程序的可靠性和精確性。
有需要的朋友可以去這里下載:
http://www.caenet.cn/paper/Paper.aspx?ID=381
Abaqus技巧之變截面梁單元 附使用ABAQUS 生成纖維梁截面下載
變截面梁單元在工程設計中經常使用，例如建筑結構中的懸挑梁就經常采用根部截面大而端部截面小的梁，在一些高聳結構如煙囪，旗桿等，變截面梁也極為常見。
在通用有限元abaqus中，實際上是存在變截面梁單元的，只是其定義方式較為隱蔽而不易被發現，本文給出在abaqus中定義采用變截面梁單元的定義方法。
（1）分別定義變截面梁兩端的profile
（2）建立梁section，選擇截面積分為before analysi，然后選擇截面沿長度變化為Tapered，接著指定start 端和 end 端的profile，并輸入相應的材料屬性。（如果是B31和B32單元需要定義橫向剪切剛度，一般在1e10左右數量級，也可參考幫助文檔的公式進行具體計算，如果需要輸出梁截面的應力，則還需要定義output points坐標作為應力輸出的位置）
其他按照普通梁單元的方式進行定義即可，以上就是定義變截面梁單元的具體步驟，使用變截面梁單元需要注意以下幾點：
（a）即使是變截面梁單元首端和末端截面不能相差太大，如果兩端面積或者慣性矩之比大于10.0，則軟件會報錯表明截面相差太大。
（b）變截面梁單元截面剛度積分只能基于變形前積分。
（c）對于一個幾何梁被劃分為多個梁單元的情況下，需要對每個梁單元分別指定不同的section，如果只定義整個幾何梁的首端和末端，可能會使得實際的梁截面是“鋸齒形”，如下圖所示：
下載地址：使用ABAQUS 生成纖維梁截面
展開 《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：一種由桿件彼此在兩端用鉸鏈連接而成的結構。桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹梁節省材料，減輕自重和增大剛度。
案例一：三維鋼框架模型分析
選取梁單元創建部件，材料為鋼材，密度7.85E-09，楊氏模量206000，泊松比0.3，屈服應力235，塑性應變0，量綱選取mm級，截面形狀工字鋼。
設置一個分析步，打開幾何非線性，初始增量步設為0.001，無需定義相互作用，底端完全固定，左端中心施加200mm的位移。網格全局尺寸為600，采用B31兩結點空間線性梁單元。
由于工字形截面有不同的積分點位置，默認為底部翼緣的左邊，導致顯示的受力云圖不對稱，需在結果選項卡中設置截面點-包絡，只顯示每個截面的最大應力。
應力云圖不對稱
繪制左端中心結點的位移-力曲線，查看數據表可見在200mm位移時，受到267.486KN的力。
繪制左端中心結點的位移-力曲線，查看數據表可見在101.975mm位移時，受到232.295Mpa應力，即將達到屈服應力235Mpa。
案例二：桁架單元網架分析
選取桁架單元創建部件，材料為鋼材，密度7.85E-09，楊氏模量206000，泊松比0.3，屈服應力235，塑性應變0，量綱選取mm級，桁架單元截面形狀為圓形，這里選擇直徑為100mm，壁厚為3mm，計算截面積為914.203。
展開 Abaqus | 三維剛架與桁架模型分析
桁架：一種由桿件彼此在兩端用鉸鏈連接而成的結構。桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹梁節省材料，減輕自重和增大剛度。
案例一：三維鋼框架模型分析
選取梁單元創建部件，材料為鋼材，密度7.85E-09，楊氏模量206000，泊松比0.3，屈服應力235，塑性應變0，量綱選取mm級，截面形狀工字鋼。
設置一個分析步，打開幾何非線性，初始增量步設為0.001，無需定義相互作用，底端完全固定，左端中心施加200mm的位移。網格全局尺寸為600，采用B31兩結點空間線性梁單元。
由于工字形截面有不同的積分點位置，默認為底部翼緣的左邊，導致顯示的受力云圖不對稱，需在結果選項卡中設置截面點-包絡，只顯示每個截面的最大應力。
應力云圖不對稱
繪制左端中心結點的位移-力曲線，查看數據表可見在200mm位移時，受到267.486KN的力。
繪制左端中心結點的位移-力曲線，查看數據表可見在101.975mm位移時，受到232.295Mpa應力，即將達到屈服應力235Mpa。
案例二：桁架單元網架分析
選取桁架單元創建部件，材料為鋼材，密度7.85E-09，楊氏模量206000，泊松比0.3，屈服應力235，塑性應變0，量綱選取mm級，桁架單元截面形狀為圓形，這里選擇直徑為100mm，壁厚為3mm，計算截面積為914.203。
展開 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。
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【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 ABAQUS中圓形截面網格劃分小技巧
在ABAQUS中，網格劃分的質量往往代表著計算結果的精度。但在很多情況下，我們常常會遇到不規則截面，這些截面在劃分網格時，通常需要提前做一些處理，才能劃分出合適的網格。如果遇到圓形截面，那該怎么劃分呢？
作者近期在做模擬時，遇到這樣一個情況：一塊鋼板上有三個圓形孔，該鋼板應該怎么劃分網格呢？
（1）在圓形截面周圍，使用草圖繪制一個正方形（正方形尺寸大于圓形截面尺寸即可）
（2）在正方形對角線位置進行劃分，便于后期的切割。
（3）使用“拆分幾何元素”功能中的“三點劃分”功能，將正方形截面內部區域進行切割，正好切割成四部分。（從網格劃分結果上看，劃分是正確的。）
該方法比較簡單，不一定是正確的，還是希望能夠對大家有所幫助！
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展開 【軟件使用】Abaqus技巧之變截面梁單元
變截面梁單元在工程設計中經常使用，例如建筑結構中的懸挑梁就經常采用根部截面大而端部截面小的梁，在一些高聳結構如煙囪，旗桿等，變截面梁也極為常見。
在通用有限元abaqus中，實際上是存在變截面梁單元的，只是其定義方式較為隱蔽而不易被發現，本文給出在abaqus中定義采用變截面梁單元的定義方法。
（1）分別定義變截面梁兩端的profile
（2）建立梁section，選擇截面積分為before analysi，然后選擇截面沿長度變化為Tapered，接著指定start 端和 end 端的profile，并輸入相應的材料屬性。（如果是B31和B32單元需要定義橫向剪切剛度，一般在1e10左右數量級，也可參考幫助文檔的公式進行具體計算，如果需要輸出梁截面的應力，則還需要定義output points坐標作為應力輸出的位置）
其他按照普通梁單元的方式進行定義即可，以上就是定義變截面梁單元的具體步驟，使用變截面梁單元需要注意以下幾點：
（a）即使是變截面梁單元首端和末端截面不能相差太大，如果兩端面積或者慣性矩之比大于10.0，則軟件會報錯表明截面相差太大。
（b）變截面梁單元截面剛度積分只能基于變形前積分。
（c）對于一個幾何梁被劃分為多個梁單元的情況下，需要對每個梁單元分別指定不同的section，如果只定義整個幾何梁的首端和末端，可能會使得實際的梁截面是“鋸齒形”，如下圖所示：
以上，就是abaqus中變截面梁單元的定義，具體操作視頻可關注公眾號 有限元術 查看
展開 Abaqus復雜梁截面定義（meshed beam cross-sections）
Abaqus復雜梁截面定義.pdf
abaqus系列技巧13：什么是截面？
這個問題，主要針對剛接觸abaqus的人來說。里面有些概念可能不太嚴謹，因為解釋太多了，容易看不明白，當了解比較深的時候，自然知道哪里不嚴謹了。
所謂截面，其實大多數軟件都有類似的功能，但是像abaqus這么做的，真沒多少，同樣的例子還包含abaqus的裝配模塊。這里不講它，只說截面
截面在材料模塊中，如下圖所示。
如何理解呢？以下圖為例，簡單說明：
對于梁來說，我們可以直接用線單元來表示，那么截面顧名思義，可以定義為截面信息，毫無疑問
對于殼來說，我們可以直接用面單元來表示，那么截面顧名思義，可以定義為厚度信息，毫無疑問
對于實體來說，我們定義截面信息就沒有任何意義了。因為實體沒有截面的信息，為什么還要我們定義呢？
這個就是軟件邏輯設計的問題。軟件設計的邏輯就是“材料→截面→模型”，而不是“材料→模型”&“截面→模型”。所以，截面這一步必不可少，當是實體的時候，你需要設置它，但是不要關注它，因為沒有意義（針對通常的靜力學分析）。
對于某些特殊分析中，才會用到下面的內容。
想獲得幻想飛翔最新CAE技術文章，請關注幻想飛翔公眾賬號：幻想飛翔CAE。
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也歡迎加入abaqus交流群516073058進行討論研究
展開 
abaqus變截面H型鋼怎么建模
有沒有大佬可以提供一個連續變截面H型鋼或者變截面梁之類的建模視頻？謝謝
基于ABAQUS平臺的截面特性計算PYTHON腳本 ￥20
在構件計算過程中，不可避免需要計算截面特性，常見的特性值計算可采用CAD/MIDAS/ANSYS等軟件計算。但有時我們需計算一些不常見的截面特性值，如截面不對稱系數，這就帶來一些困難，因為常見方法的計算結果中并未給出這些值。對于常見的形狀規則的截面，我們可以根據公式進行手算積分計算，但對于形狀較為復雜的截面，我們難以手算。此時，采用數值計算方法顯得非常重要。常見的方法為：將截面離散為若干單元，將理論積分公式離散為各單元數值之和，如碩士階段學過的條帶法。
帖子內容是基于ABAQUS平臺編寫PYTHON腳本，以計算所需的截面特性值。
具體思路如下：
（1）將繪制的截面形狀以IGS格式（也可以是其他能導入ABAQUS的格式）導入ABAQUS中；
（2）以導入的截面形狀為草圖，在PART中建立殼部件；
（3）裝配并劃分網格，以離散截面為若干三角形單元（劃分三角形單元的目的是適應復雜截面的網格劃分）；
（4）讀取部件單元節點坐標；
（5）調用截面特性計算函數，以計算形心坐標；
（6）根據所計算的形心坐標移動部件，使得坐標原點位于截面幾何形心；
（6）調用截面特性計算函數，以計算所需截面特性。
程序實現及各步驟解釋如下圖所示。
完整代碼如下：
展開 有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列38： 梁單元差異（2）-梁截面方向
可惜不是的，把上面的L型幾何參數四個值原封不動輸入到Patran的Section中：
Patran打開三維顯示梁的方式，轉到Abaqus的同一個角度，顯然實體和Abaqus完全不同，Nastran的后臺計算的剛度矩陣等必然也和Abaqus不同了。
所以型材幾何尺寸的設置方向和Abaqus不同
2.3.2 Nastran梁截面幾何尺寸的設置方向
Nastran后臺計算時局部坐標系的Iyy和Izz分別采用梁截面幾何尺寸設置的I22和I11。
很怪的設置，不明白Nastran為何這么做，如果有哪位大神知道也可以告訴我們。
梁截面幾何尺寸的方向的向上（即1方向）是Abaqus局部坐標系的y，截面方向的向右（即2方向）是Abaqus局部坐標系的z方向。
想要Nastran結果和Abaqus一致，只需要把yz顛倒就行，譬如按這個原則輸入上面L型材的Patran的Section的四個參數，把1、2方向顛倒：
在Patran全局坐標系下顯示三維模型，可發現和Abaqus完全一致：
2.4 iSolver的梁截面方向
iSolver的梁截面方向采用Abaqus的形式，不過后臺也支持了Nastran的梁截面按Nastran形式的自動轉換，使得iSolver能同時處理Abaqus和Nastran的梁模型定義問題。
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實例3---矩形截面簡支梁的彈塑性分析--第1篇
【問題】
一跨度為2米，高0.2米的矩形截面梁，在上面受到8MPa的豎直向下的均布載荷。梁的左下端是固定鉸支座，右下端是滾動支座。材料為理想的彈塑性材料，彈性模量是200GPa，泊松比為0.3，屈服應力是380MPa。現在要求對該梁做靜力學分析，以考察加力后梁上的應力分布，以及塑性應變。
【問題分析】
1. 這是一個材料非線性問題，材料是理想的彈塑性。這意味著它在開始是線彈性，當越過屈服點后，應力就保持不變，而只是變形持續增加。
2. 從題目來看，該問題可以用一個平面應力問題來考慮。這就是說，忽略梁的厚度方向的應力。
3. 本篇是第1篇，使用ABAQUS求解。
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【方法1. 使用ABAQUS進行分析】
1. 創建部件
二維平面應力問題，所以生成一個二維平面的部件。
繪制一個矩形（2*0.2）如下圖
2. 定義材料屬性，截面性質
首先定義彈性屬性
再定義塑性部分，當塑性應變是0時，其屈服應力是380Mpa
此時材料成為彈塑性材料
然后定義截面屬性
這意味著它是均質的實體截面。
最后將該截面屬性指定到部件。
3. 生成裝配體
唯一的部件，根據它生成裝配體。
4. 創建分析步
創建一個靜力學分析步。
5. 定義載荷和邊界條件
在初始載荷步中定義兩個邊界條件
（1）左下角點----固定鉸支座
（2）右下角點----滾動支座
在通用靜力學分析步中定義分布載荷
最后結果如下圖
6. 劃分網格
使用CPS4R平面應力單元
指定單元尺寸為0.05m
最后劃分網格如下
7.
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